第３２卷第３期 ２０１３年５月 建筑热能通风空调 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｖｏ１Ｊ３２ Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２０１ ３．６２－６５
文章编号：１００３．０３４４（２０１３）０３—０６２—４
空调室内气流组织与热舒适数值模拟和实验
谢东刘泽华熊军莫顺权
南华大学城市建设学院
摘 要：基于Ｆａｎｇｅｒ提出的热舒适ＰＭＶ和ＰＰＤ评价指标，针对夏、冬两季空调室内三种不同气流组织方式下热
舒适环境进行了数值模拟研究，并在标准气流室内针对典型计算工况进行热舒适度测试实验，数值模拟结果与测
试结果进行了对比分析，结果发现侧下送上回气流组织方式人体热舒适感觉较好。研究结论为气流组织优化设计
和空调室内热舒适环境的改善提供了参考依据。
关键词：热舒适环境气流组织数值模拟实验测试
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｉｒｆｌｏｗ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ａｎｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｍｆｏｒｔ ｉｎ Ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｒｏｏｍ
ＸＩＥ Ｄｏｎｇ，ＬＩＵ Ｚｅ－ｈｕａ，ＸＩＯＮＧ Ｊｕｎ，ＭＯ Ｓｈｕｎ—ｑｕａｎ
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ＰＭＶ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ＰＰＤ ｉｎｄｅｘ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ Ｆａｎｇｅｒ．ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｗａｓ ｕｓｅｄ
ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｄｏｏｒ ｔｈｅｒｍａ１ ｃｏｍｆｏｒｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｉｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ ｗｉｎｔｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｎｄｏｏｒ ｔｈｅｒｍａ１ ｃｏｍｆｏｒｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｉｒｆｌｏｗ ｒｏｏｍ．ｔｈｅｎ
模型[1]
如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ms，送风温度为25℃，壁面温度为30℃。
1．建立模型及网格划分
① 建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。
② 读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。
2．求解模型的设定
① 启动FLUENT。启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。
[1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317 a. 几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。
b. 如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。
c. 对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。
② 求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图：
下面说一说Pressure-based和Density-based的区别： a. Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled
专题研讨
不同气流组织下冬季空调室内热舒适环境的数值模拟
谢东ｌ＇２，王汉青ｌ， ，熊军
（１冲南大学能源科学与技术学院，湖南长沙４１００８３；２．南华大学城市建设学院，湖南衡阳４２１００１；
３．湖南工业大学土木工程系，湖南株洲４１ ２００８）
●●…。’’。。。。。。。。。。‘。’’’’’’。。。。。。。。。。。。。。。。’’。。。。。。。。。。。’。。。。。。。。。。。。’’。。。。。。。●● 摘要：基于 — 模型和Ｆａｎｇｅｒ提出的热舒适性ＰＭＶ评价指标，对三种不同气流组织条 ：
： 件下冬季室内热舒适环境进行了数值模拟，模拟结果给出了室内的速度、温度及舒适度 ：
： 指标分布情况。研究结论为改善室内热舒适环境，舒适性空调系统的设计及节能控制提供了参 ：
・ 考依据。 ：
： 关键词：热舒适； 指标； 气流组织； 数值模拟 ：
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中图分类号：ＴＵ８３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８４４９（２００８）０６—００１２—０４
０ 引言
人的一生大部分时间都是在室内度过的，室内的
微气候直接影响人的健康、心情和工作效率。随着社
会的发展，人类对居住建筑的要求越来越高，通风空调
技术的发展日新月异。随着空调的日益普及，出现了
很多“病态建筑综合症”，室内空气环境越来越引起人
们的重视。
目前在舒适性空调系统中，大多采用室内温度为
被控参数的控制方案，由于人体的热舒适感除了与室
内空气温度有关外，还受室内空气湿度、空气流动速度
等多种因素的影响，所以单纯控制室内温度很难创造
真正舒适的室内环境，即使达到较舒适的室内环境，也
会导致空调系统的能耗和运行费用增加，造成不必要
的能量耗费。研究房间空调系统对房间舒适度的影响，
须考虑房间气流组织。本文以空调房间为研究对象，
某报告厅变风量空调系统气流组织的数值模拟
随着改革开放进程的日益发展，人们工作、办公水平有了极大的提高，各式各样的办公建筑应运而生，这其中便包含报告厅。报告厅属于人员密集型建筑，使用时间上随机性也很大，若要求室内参数随时满足人员需求，其空调系统的运行调节便显得尤为重要。一个空调系统良好的运行策略不仅能带来舒适的室内环境，还能节约大量的能源，对于国家节能减排任务也是一个有力的支持，因此作为建筑耗能大户的空调系统的运行节能自然被重视起来。对于报告厅这种人员密集型建筑而言，由于其热、湿负荷很大且不均匀性很强，考虑到运行节能及调节方便，最好设计成全空气变风量空调系统（VAV）。
VAV空调系统能较好的适应负荷的变化，随时改变系统风量达到运行节能，但是如果VAV空调系统部分负荷下的气流组织效果不好就难以达到良好的室内空气品质，同时也达不到节能的目的。为此本文以某报告厅的VAV空调系统为研究对象，运用计算流体力学软件Fluent对此此空调系统部分负荷下气流组织进行数值模拟，并找出部分负荷下优化的系统运行参数。围绕此课题，本文展开以下工作：第一，对本文模型做简要介绍，并合理简化之后，进行空调系统冷、热负荷的计算。依据送风温差确定系统冬夏两季的全负荷工况下送风量。
根据模型尺寸确定采用双侧侧送下回的送回风形式，并通过计算确定送回风口尺寸及送风速度，为后面的模拟提供理论依据。第二，建立报告厅的数学模型，生成三维模型的空间计算网格，同时确定出边界条件。通过设置求解器，经迭代计算收敛后得到冬夏两季全负荷工况下气流场的模拟结果。对模拟结果进行分析，可以验证经理论计算得出的送风系统形式是否合理。
第三，对冬夏两季分别按80%、60%的空调负荷进行部分负荷工况下的数值模拟。通过对两种变风量末端设备的分别模拟可知，不同形式的末端设备形成的室内流场差别很小。由于本文模型采用双侧送风，所需送风射程较短，因此仅需要采用节流型的末端送风设备即可满足室内气流组织要求，同时还能节省空调系统造价。第四，针对此模型选用节流型变风量末端设备，就部分负荷工况下冬季射流倾角对流场的影响作近一步模拟。
