基于数值模拟的教室空调末端送风方式的研究

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1、基于数值模拟的教室空调末端送风方式的研究刘洋（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东省广州市510640）摘要：针对大学课室上课人数不固定的情况，结合理论计算，提出了针对教室等大空间的空调末端分区送风方式，并利用AIRPAK3.0软件，采用数值模拟和实验相结合的方式进行了验证，结果表明，空调末端分区送风方式能够在保证课室人员热舒适性的情况下，达到空调节能的目的。关键词：数值模拟热舒适性气流组织TheStudyofAirSupplyStrategyinClassroomBasedonNumericalSimulationLiuyang(SchoolofMechanicalandAutomoti

2、veEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,510640,Guangdong,China)Abstract:Accordingtotheuncertainnumberofstudentsinclass,theregionalairsupplymethodwasputforward.Numericalsimulationresultsshowedthatregionalairsupplymethodenergycouldbesavedinthepremiseofthermalcomfort.Thecoolingcapacityoftermina

3、lequipmentwasdecreasedby19.08%.Keywords:numerical，simulation，thermal，comfortair，distribution1前言随着高等教育事业的快速发展，高等院校教学类建筑的设计水平也越来越高，以提高学生的学习效率。由于课室面积相对较大使用情况复杂，而不同时期上课人数往往变化较大，如何针对教室内人数情况采用相应的供冷方式，解决课室的冷量浪费，已成为急需解决的问题之一。利用计算流体力学软件分析在不同条件下的教室内气流组织情况和热舒适性情况，具有成本低、结果可视化等特点。国内外已有多位学者通过数值模拟的方式研究了教室内的气流[1]组

4、织和热舒适性。张惟斌等应用FLUENT软件对一多功能会议室空调系统分别用全新风送*作者简介：刘洋硕士研究生主要从事气流组织模拟与室内热舒适性研究风与二次回风送风两种送风方式进行了数值模拟。分析和比较了送风速度、送风温度、室内[2]结构参数等因素对室内温度场和速度场的影响；Lin,Zhang等研究了分层通风下教室内环境的热舒适性，结果显示，分层通风能够保证教室内的热舒适性，同时相比于置换通风其拥有[3]很大的节能空间。王磊等采用数值模拟的方式，从理论上分析了教室自然通风条件下的热舒适性，同时计算了各教室在满足热舒适性条件下的补偿风速。本文提出了教室空调末端分区送风的方法，并采用气流组织模拟的方

5、式，以一个经过空调末端节能改造的教室为研究对象，分析了普通送风方式和分区送风方式在室内人数较少情况下的室内气流组织和热舒适性情况，通过实际测量验证了模拟的准确性。对比两种工况下的模拟结果发现，分区送风方式在满足教室内热舒适性的前提下，能够合理的进行教室内供冷量的分配，达到末端节能的目的。2模型的建立2.1物理模型2.1.1模型尺寸所研究的教室位于广州大学城某大学A4教学楼四层，该楼内教室采用风机盘管加新风机组的供冷方式，顶部设有四个风机盘管，教室长15.66m，宽8.8m，地板距天花高度2.8m，外墙朝南，面积135㎡，最多可容纳108名学生。具体模型如图1所示，其中回风口1，2，3，4分别

6、对应风机盘管1，2，3，4。教室共有送风口12个，各盘管的送风口与盘管对应的回风口平齐，其余4个送风口为新风送风口。图1教室模型2.1.2室内热源和边界条件的确定笔者于7月中旬某日，下午15:00左右，对教室进行了实地的测试，以确定各边界条件的准确性。其中，利用Fluke59红外测温仪测量得到内墙内表面温度为30℃，外窗内表面温度为42℃。利用A543热线式温度风速仪，测量了室外平均气温为37.8℃，外墙外部空气层温度为38.5℃。由于教室上下两层均为空调区域，近似将天花和地板认为绝热。教室内光线充足，无照明设备。室内热源主要为来自人员散热，测试当天，教室内上课人数为60人，人员[4]静坐时

7、的新陈代谢率取1met即58.2w/㎡，群集系数取为0.96，人员总散湿量，3916.8g/h。[4]建筑外墙为砖混结构，厚度370mm，笔者估算外墙传热系数为1.53w/㎡·K，同时利用AIRPAK3.0软件采用ASHARE晴天辐射模型计算了南向太阳辐射为179.31w/㎡。采用室外综合温度将太阳辐射对外墙的作用加载在边界条件上，计算得到室外综合温度为44℃。模拟时近似将玻璃吸收的太阳辐射以定温边界条件的形