低溫送風系統(tǒng)若干問題的淺析

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　　摘要： 低溫送風空調(diào)系統(tǒng)能夠大量的節(jié)省能耗，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，其優(yōu)點已經(jīng)得到很多工程設(shè)計人員及業(yè)主的認同。但是，這種系統(tǒng)也存在一些影響其應(yīng)用的難題，其中關(guān)鍵的一點是：對低溫送風系統(tǒng)的射流分離點的控制比較困難。本文從五個方面對低溫送風系統(tǒng)的射流分離距離進行分析和討論：（1）由于送風溫度的降低，容易導致送風射流提前分離下降到工作區(qū)，從而造成室內(nèi)人員的吹冷風感。（2）由于送風射流的提前分離，會造成室內(nèi)一部分區(qū)域形成空氣滯止區(qū)。（3）在部分負荷情況下，低溫送風系統(tǒng)的射流分離距離的研究更加具有工程意義。（4）房間空間結(jié)構(gòu)對低溫送風系統(tǒng)的分離距離的影響。（5）在空調(diào)供熱工況下，低溫送風系統(tǒng)的分離距離的研究。

　　關(guān)鍵詞： 低溫送風 射流分離 節(jié)能 室內(nèi)環(huán)境

　　1 低溫送風系統(tǒng)射流分離點的簡介

　　1.1 低溫送風系統(tǒng)的特點及其射流分離的特性低溫送風系統(tǒng)就是隨著冰蓄冷系統(tǒng)的發(fā)展而興起的。它可以充分利用冰蓄冷系統(tǒng)直接供應(yīng)的1～4℃的低溫冷媒水，從而在不增加制取低溫冷媒水費用的前提下，降低送風溫度提高送風溫差。并且?guī)硪幌盗械膬?yōu)點：Ⅰ.送風量減少節(jié)省送風系統(tǒng)的風機能耗；Ⅱ.減少送風設(shè)備（如風管、散流器、空氣處理機組、風機等設(shè)備）的初投資和安裝費用，以及所需的安裝空間，從而有可能降低樓層高度；Ⅲ.提高冷媒水的除濕能力，從而提高了室內(nèi)舒適性。低溫送風系統(tǒng)可以節(jié)約能源，改善室內(nèi)環(huán)境，這些優(yōu)點已經(jīng)在實踐中證實。但是，這種系統(tǒng)也存在一些影響其應(yīng)用的難題，其中關(guān)鍵的一點是：由于低溫送風系統(tǒng)的送風溫差增大，射流分離點的控制比較困難，從而有可能會惡化室內(nèi)環(huán)境。

　　1.2 目前的研究現(xiàn)狀在1988年，Dorgan C E， Elleson J S.[2]就提出了：低溫送風系統(tǒng)的低溫射流容易下降到工作區(qū)，從而造成室內(nèi)人員的吹冷風感，降低了室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量。在應(yīng)用低溫送風系統(tǒng)剛開始時，常采用帶風機的混合箱末端設(shè)備。但是，采用這種方法，有研究表明[3]：這種空氣分布末端設(shè)備的小功率風機消耗大量的能耗，甚至有可能超過所節(jié)約的風機能耗，而且小風機的噪聲比較大，降低室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，所以這種方法不是一種理想的節(jié)能方法。

　　隨后，有許多研究者對低溫送風系統(tǒng)的散流器進行了研究，并設(shè)計了一些專用的散流器，如：旋流型散流器[4]、噴嘴型散流器[5]以及中國西南交通大學設(shè)計的“風車－風扇”式旋流型散流器[6].通過這些散流器可以提高送風射流與室內(nèi)空氣的混合，從而降低射流提早下降到工作區(qū)的可能性。本文將從五個方面對低溫送風系統(tǒng)進行分析和討論：

　　2 射流下降引起吹風感

　　2.1 吹風感的定義“吹風感”的概念是用來評價室內(nèi)空氣速度和溫度對人體舒適性的一個指標。其定義是：在空氣濕度和熱輻射一定的情況下，由于空氣流動和溫度引起的局部冷、熱感[10].其評價方法是：有效吹風溫度法。

　　2.2 射流下降對舒適性的影響對于制冷工況，送風射流下降到工作區(qū)，會產(chǎn)生兩個方面的影響。一方面，在射流下降的區(qū)域會造成空氣流速比較大并且溫度也比較低，從而會造成室內(nèi)人員的吹冷風感。另一方面，由于射流提前下降，造成室內(nèi)存在空調(diào)風不能到達的區(qū)域。在該區(qū)域里，空氣流速比較低而且溫度比較高，從而造成室內(nèi)人員比較熱，降低室內(nèi)熱舒適性。

　　在低溫送風系統(tǒng)射流下降的可能性更大，而且影響也更加嚴重。由于送風溫度低，會對低溫送風系統(tǒng)造成兩個負面影響。其一，送風溫差增大，導致射流的浮力的影響增大，從而使射流提前下降的可能性增大。其二，送風流量減少，低溫送風系統(tǒng)的氣流組織設(shè)計的難度加大。如果送風系統(tǒng)沒有進行良好設(shè)計的話，很可能會導致室內(nèi)溫度分布的不均勻，降低了室內(nèi)的熱舒適性。

　　對于低溫送風系統(tǒng)的氣流組織的幾點建議：（1）宜采用具有送風射流不易下降的圓形散流器，但需注意這種射流的射程比較短。（2）為了使室內(nèi)的溫度分布比較均勻，需要采用數(shù)量更多，尺寸較小的散流器來分布較小流量的空調(diào)風。（3）采用擴散性能比較好的散流器，使低溫射流快速與室內(nèi)空氣混合，從而降低射流下降的可能性，提高室內(nèi)溫度分布的均勻性。（4）射流的紊度也是產(chǎn)生吹冷風感的一個原因，不要輕信高紊流度的射流會使低溫射流能與室內(nèi)空氣混合較快提高室內(nèi)的熱舒適性。所以在應(yīng)用高紊流度的散流器，需要考慮射流的紊流度，以免造成的負面效應(yīng)。

　　3 射流分離距離對滯止區(qū)的影響3.1 滯止區(qū)的位置滯止區(qū)的位置與送風方式以及送風末端設(shè)備有關(guān)，也與空調(diào)工況有關(guān)。本文主要討論低溫送風系統(tǒng)的氣流組織。一般地，低溫送風系統(tǒng)采用頂部送風方式，這樣的話，低溫射流可以通過與房間上部非工作區(qū)的空氣進行有效混合，從而降低室內(nèi)人員的吹冷風感的可能性。對于制冷工況下，由于自然對流的原因，室內(nèi)空氣會從上往下形成一個速度大約為0.1m/s的滯止區(qū)域。對于供熱工況下，同樣的原因，室內(nèi)空氣會形成一個從下往上的滯止區(qū)。為了便于理解，這里給出頂部送風的圓形散流器和高側(cè)墻散流器分別在供冷和供熱工況下的滯止區(qū)域分布圖[10]，見圖1.從圖1可以看出：在供冷工況下，滯止區(qū)域比較小而且分布在房間的上部，對室內(nèi)環(huán)境的影響較小。在供熱工況下，滯止區(qū)域在房間的下部，而且比供冷工況的要大，當采用圓形散流器時，更為明顯。

　　3.2 滯止區(qū)對室內(nèi)環(huán)境的影響滯止區(qū)域的特點是空氣流動緩慢，不同速度呈分層狀態(tài)。但這并不表示空氣品質(zhì)不好。只要室內(nèi)的其他舒適性參數(shù)滿足要求的話，舒適性標準并沒有室內(nèi)最小流速的限制。但是，在實際工程當中，當空氣流速比較低的情況下，很難維持室內(nèi)的溫度分布均勻，以及保證室內(nèi)的污染物有效的排出。所以，雖然滯止區(qū)域?qū)κ覂?nèi)環(huán)境沒有直接的影響，但是在設(shè)計過程中還是應(yīng)盡可能的減少滯止區(qū)域。

　　3.3 射流分離距離對滯止區(qū)的影響及其建議從頂部風口送冷風的示意圖（圖1）可以看出，在受熱墻壁一側(cè)，上升的自然對流阻礙了整個射流的運動，因此，射流在到達該墻壁之前就開始下降。另一方面，整個射流到達內(nèi)墻后會沿墻壁下降一段距離。采用這種送風口，能夠使室內(nèi)滯止空氣量降低并且室內(nèi)空氣的溫差減少，適合于低溫送風系統(tǒng)。

　　圖1：圓形散流器和高側(cè)墻散流器的頂部送風系統(tǒng)的滯止區(qū)域分布圖4 VAV系統(tǒng)中射流分離距離的分析空調(diào)設(shè)計負荷是按照最不利情況得出的，在實際工程當中大部分時間空調(diào)負荷都低于空調(diào)設(shè)計負荷。為了進一步的節(jié)約能源，通?？照{(diào)系統(tǒng)采用變風量系統(tǒng)（VAV）以滿足低負荷要求。在低溫送風系統(tǒng)中應(yīng)用VAV系統(tǒng)，由于流量的減少以及溫差的增大會產(chǎn)生一些新的問題。在變風量系統(tǒng)中，存在一個最小風量，該風量是根據(jù)室內(nèi)環(huán)境最小通風量確定的。在低溫送風系統(tǒng)中，這個風量是影響室內(nèi)環(huán)境最惡劣的情況。如果調(diào)節(jié)散流器的風口不能滿足舒適性要求的話，需要提高送風溫度。VAV系統(tǒng)，在最小送風量下運行是最容易產(chǎn)生不舒適感的情況。所以工程師和設(shè)計人員需要對此時的射流分離距離進行仔細設(shè)計和考慮。

　　4.1 送風量以及送風速度對射流分離距離的影響散流器的開口面積不變時，如果送風量減少，那么送風速度也相應(yīng)減少。此時，Ar數(shù)會增大，浮升力對射流的影響增大，射流下降的可能性增大。Kirkpoatrick和Hassani從理論上已經(jīng)研究表明[6]：當其他條件不變的情況下，只要送風射流的動量相同的話，射流產(chǎn)生的室內(nèi)熱舒適性相同。所以可以通過調(diào)節(jié)散流器的開口面積來避免這個問題。但是，送風速度又必須滿足室內(nèi)環(huán)境的噪聲要求，以及散流器的壓降要求。當散流器的壓降過大，不但會增加能耗，而且噪聲會增大。

　　需要強調(diào)的幾點是：（1）對于送風溫差一定，送風量對射流分離距離的影響比速度對其的影響要大。因此，為了避免射流降落，房間內(nèi)采用幾個較小的送風口比單獨用一個大風口要好得多。（2）偏轉(zhuǎn)角度大的送風口也會引起頂棚效應(yīng)，這一效應(yīng)將會增加射程，減小射流降落值。但是，需要注意，這樣的話，要保證吊頂?shù)男l(wèi)生狀況，以避免送風射流受到吊頂?shù)奈廴尽?/p>

　　5 房間空間結(jié)構(gòu)對射流分離距離的影響房間的幾何尺寸和空間結(jié)構(gòu)都會影響室內(nèi)的氣流組織分布。當房間的幾何尺寸比較小，會使送風射流變成受限射流。一般舒適性空調(diào)中，送風射流基本上都具有受限射流特性。當射流為受限射流時，射流的射程受到回流的截面尺寸和空間長度的影響。另外，當射流沿著墻體或者吊頂壁面送出的話，會形成貼附射流。其次，房間的梁對射流的影響也非常大。如果氣流組織設(shè)計不合理的話，梁對射流會起阻礙作用，同時，也會使室內(nèi)滯止區(qū)域增加，影響室內(nèi)環(huán)境。

　　5.1 貼附射流的特點及其對射流分離距離的影響假如射流沿著表面或者離表面幾厘米平行射出時，射流會具有貼附表面的特性。而影響射流的因素就稱之為射流的“Coanda”效應(yīng)。這種效應(yīng)使得在射流貼附表面會形成一個低壓區(qū)，導致房間氣壓較高的空氣使得送風射流貼附在表面上，所以射流難得下降，射流分離距離增大。一般的原則是：貼附射流的分離距離是自由射流的分離距離的 倍。

　　5.2 天花板的梁以及室內(nèi)障礙物對射流的影響在房梁裸露的空間內(nèi)，梁和室內(nèi)障礙物有可能會改變送風射流的流型，影響室內(nèi)氣流組織，降低室內(nèi)舒適性。送風口應(yīng)該布設(shè)在最低房梁的底部，其高度應(yīng)該低到足以采用向上或弧形的射流路徑。送風口與梁的位置是梁對射流的影響的決定因素。當梁離送風口的距離超過一個極限值時，可以認為梁對射流沒有影響。否則，射流將會與梁碰撞，并且改變了射流的方向，有可能導致射流提前下降，使室內(nèi)溫度分布不均勻。

　　6 供熱工況時射流的分離距離隨著人們生活質(zhì)量的提高，室內(nèi)熱源不斷增加?？照{(diào)在供熱工況運行的時間也越來越少。在有些大樓的內(nèi)部區(qū)域需要常年制冷，僅在周邊區(qū)域需要供熱，而且熱負荷比較低。造成供熱工況下，空調(diào)系統(tǒng)運行比較難以控制?？照{(diào)在供熱工況下運行，會產(chǎn)生兩個方面的問題。其一：熱負荷較低，送風量減少，氣流組織設(shè)計比較困難。其二：受浮力的影響，熱射流有上升的趨勢，從而造成室內(nèi)溫度分層現(xiàn)象。根據(jù)ASHRAE標準，工作區(qū)的垂直溫差不宜超過3K.解決方案建議：在制冷工況下，低溫送風系統(tǒng)中，由于送風溫差大，流量也比較小。如果制冷工況滿足的話，那么供熱工況也比較容易滿足舒適性要求。從這個角度來講，低溫送風系統(tǒng)對于供熱工況還有優(yōu)勢。但是，根據(jù)ASHRAE手冊可知：供熱送風溫差不宜超過15℃，以免造成室內(nèi)的溫度分布不均勻，影響室內(nèi)的舒適性。

　　對于熱風上浮的問題，可以采用調(diào)整散流器的導葉片，使得送風射流朝工作區(qū)方向送出。另外，也可以調(diào)整散流器的送風面積，提高送風速度，以減少浮升力對射流的影響。目前制造廠商已經(jīng)生產(chǎn)出了這類產(chǎn)品。可以到制造廠商的產(chǎn)品目錄獲得相關(guān)信息。

　　7 經(jīng)過對低溫送風系統(tǒng)的若干問題進行分析與討論，得出如下一些結(jié)論與建議對于低溫送風系統(tǒng)的送風口選擇的幾點建議：（1）空氣末端設(shè)備采用較小型號的散流器對室內(nèi)環(huán)境有利。（2）采用擴散性能比較好的散流器。（3）射流的紊度也是產(chǎn)生吹冷風感的一個原因，需注意：紊流對射流分離具有兩面性作用。

　　雖然滯止區(qū)域?qū)κ覂?nèi)環(huán)境沒有直接的影響，但是在設(shè)計過程中還是應(yīng)盡可能的減少滯止區(qū)域。

　　熱源對射流分離距離至少有兩個方面的影響。當熱源較近時會使容易射流下降到工作區(qū)。當熱源較遠時，射流比較難得下降到工作區(qū)，從而影響室內(nèi)溫度分布的均勻性。

　　偏轉(zhuǎn)角度大的送風口也會引起頂棚效應(yīng)，并可以減小射流下降到工作區(qū)的可能性。但是，需要注意要防止送風射流受到吊頂?shù)奈廴尽?/p>

　　對于熱風上浮的問題，可以采用調(diào)整散流器的導葉片，使得送風射流直接往工作區(qū)方向送出。另外，也可以調(diào)整散流器的送風面積，使得送風速度提高，以減少浮升力對射流的影響。

　　在吊頂有梁和室內(nèi)障礙物進行氣流組織設(shè)計時，需考慮：他們有可能阻礙射流的擴散，導致射流提前下降到工作區(qū)，并在室內(nèi)形成較大的空氣滯止區(qū)域。