老年公寓典型房間氣流組織數(shù)值預(yù)測(cè)

摘要：通過老年公寓設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)老年公寓典型房間（臥室）內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管的兩種送風(fēng)方向?qū)?yīng)的氣流組織形式進(jìn)行數(shù)值預(yù)測(cè)，分析風(fēng)機(jī)盤管不同送風(fēng)方向?qū)εP室內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的影響，得出風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)沿著垂直于窗戶的方向且吹向窗戶的方向，是對(duì)人體舒適的送風(fēng)方向。新風(fēng)是老年公寓客廳和臥室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要的方面，并提出了微負(fù)壓新風(fēng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：老年公寓 氣流組織 新風(fēng)系統(tǒng) 數(shù)值預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TU83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0044-03

中國(guó)65歲及以上人口占中國(guó)總?cè)丝诘?.87%[1]，中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，急需健全社區(qū)老年福利服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，如托老所、養(yǎng)老院、護(hù)理院、照料中心、文化活動(dòng)中心等。因?yàn)槔夏耆说慕】禒顩r伴隨年齡的增長(zhǎng)，處于從活躍到衰減的持續(xù)變化過程中，所以這些養(yǎng)老建筑的室內(nèi)空氣質(zhì)量成為設(shè)計(jì)和建設(shè)方關(guān)注的問題。本文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例，從室內(nèi)空氣質(zhì)量方面討論老年公寓在空調(diào)設(shè)計(jì)方面關(guān)注的問題。

1 設(shè)計(jì)實(shí)例

1.1 工程概況

本工程是江蘇揚(yáng)州某養(yǎng)生會(huì)所工程，位于儀征市新集鎮(zhèn)，占地約1.89公頃，建筑面積約4.85萬(wàn)m2。項(xiàng)目包括兩個(gè)獨(dú)立公寓提供給完全自理的老人、四棟安養(yǎng)公寓提供給半自理的老人、一棟護(hù)理公寓提供給完全失去自理的老人、活動(dòng)中心及其他配套用房，其中老年公寓總面積約3.0萬(wàn)m2。

一般來說居民每天停留在建筑物內(nèi)的時(shí)間約為22 h[2]，所以公寓的室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)老年人的休息和放松尤其重要。下面主要針對(duì)會(huì)所半自理和完全失去自理能力的老年人的公寓內(nèi)客廳和臥室房間，探討臥室的氣流組織以及臥室和客廳的新風(fēng)引入問題。

1.1 公寓空調(diào)系統(tǒng)的選擇及室內(nèi)參數(shù)的設(shè)置

儀征市位于東經(jīng)：119°10′，北緯：32°18′，夏熱冬冷屬于Ⅲ類建筑氣候區(qū)，年平均氣溫為14.8℃。最冷月為1月，月平均氣溫1.8℃，最熱月為7月，月平均氣溫為27.5 ℃高于25 ℃，夏季需要考慮供冷降溫。雖然項(xiàng)目所在地屬于不宜設(shè)置采暖的地區(qū)，但是考慮到老年人隨著機(jī)體的衰老，身體抵抗力以及免疫力日趨減弱，冬季對(duì)室內(nèi)溫度要求較高，所以考慮冬季設(shè)置集中供暖。整個(gè)公寓內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，冬季供暖夏季供冷，其的室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表1。

1.2 公寓臥室氣流組織方式分析及選擇

1.2.1 建立氣流組織數(shù)值模擬模型：

老年公寓的臥室空調(diào)要考慮室內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)滿足老年人的需求，要防止風(fēng)直接吹到老人身上，預(yù)防氣流組織不當(dāng)帶來的感冒、關(guān)節(jié)疼痛或者引發(fā)其他疾病。選取公寓中的一個(gè)典型房間（房間尺寸為3.8 m×3.5 m×2.6 m，窗戶尺寸為2.4 m×1.5 m，電視柜1.5 m×0.3 m× 0.6 m，床尺寸2.0 m×1.5 m×0.5 m，所列尺寸均為長(zhǎng)x寬x高），人體按臥姿體溫度36.5 ℃恒溫考慮，除有外墻與房間之間以及外窗與房間有熱量交換外，其余三面均為內(nèi)墻，不考慮內(nèi)墻與房間內(nèi)空氣的熱交換，房間總冷負(fù)荷為2.3 KW（按照當(dāng)?shù)乜照{(diào)室外計(jì)算干球溫度35℃[3]以及其他室內(nèi)外參數(shù)參考[4]計(jì)算得到），其中顯熱負(fù)荷2.1 KW，風(fēng)盤供回水溫度7/12 ℃，按照回風(fēng)干球溫度26 ℃計(jì)算得到送風(fēng)溫度14 ℃，室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)室內(nèi)所有的冷熱負(fù)荷，風(fēng)盤選用某品牌的低噪聲004號(hào)風(fēng)盤（按中檔風(fēng)量518 m3/h選擇），風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)口尺寸740×136 mm，送風(fēng)口選用雙層百葉風(fēng)口，風(fēng)口尺寸為800×120 mm，出風(fēng)口均避免直吹人體，送風(fēng)速按照2 m/s設(shè)置。風(fēng)機(jī)盤管吊裝在與床頭相反方向的吊頂內(nèi)，按照側(cè)送下回的氣流模式運(yùn)行。風(fēng)機(jī)盤管具體擺放位置以及室內(nèi)家具的設(shè)置示意圖如圖1、2所示。

計(jì)算關(guān)注人員主要活動(dòng)的區(qū)域，即距地面2 m范圍內(nèi)的溫度和速度場(chǎng)，特別關(guān)注人員在躺著的姿勢(shì)下，頭部位置的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。數(shù)值計(jì)算中空氣的三維控制微分方程采用連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程[5]，室內(nèi)時(shí)均和瞬時(shí)值假設(shè)采用零方程湍流模型[6]。

1.2.2 計(jì)算結(jié)果及分析：

（1）兩種送風(fēng)方式的計(jì)算結(jié)果如表2、3所示：

注：

①表2、3中“床3/4范圍”指從床頭算起占床3/4平面范圍，高度在床鋪高度加上身體厚度以上200 mm內(nèi)的范圍內(nèi)。

②表2、三中的“2 m范圍內(nèi)溫度”指距地面2米的空間范圍內(nèi)溫度，此范圍內(nèi)近玻璃窗溫度受玻璃導(dǎo)熱影響，人體表面高度位置的溫度受人體恒溫?zé)嵩从绊懀瑴囟瘸?6℃，不在統(tǒng)計(jì)的結(jié)果內(nèi)。

（2）兩種送風(fēng)方式比較：

圖1中對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)方式，在2 m人體活動(dòng)范圍內(nèi)的溫度不高于26℃，溫度場(chǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)速度場(chǎng)中送風(fēng)速度場(chǎng)集中在如圖3所示的送風(fēng)區(qū)1、2內(nèi)，房間的剩余部分絕大部分處在回風(fēng)區(qū)域中，整個(gè)床鋪所在的平面位置完全處在回風(fēng)區(qū)域中。風(fēng)盤的送風(fēng)首先貼附在頂板送至靠近外墻部位開始以0.5m/s的速度下降并逐漸衰減，在圖3的送風(fēng)區(qū)2中，風(fēng)盤送風(fēng)沿著圖中箭頭標(biāo)示的方向，從房間頂部逐漸降低到達(dá)地面，送風(fēng)一部分從沿著窗戶所在的外墻，垂直房間頂板指向地面的方向下降，在近地面附近沿著箭頭①方向進(jìn)入送風(fēng)區(qū)1，另一部分下降過程中沿著送風(fēng)區(qū)2中的箭頭②方向擴(kuò)展，計(jì)算送風(fēng)側(cè)視簡(jiǎn)圖見圖五。送風(fēng)在衰減的過程中不斷引射周圍的空氣，從而擴(kuò)大送風(fēng)區(qū)域的范圍。整個(gè)送風(fēng)區(qū)1以及送風(fēng)區(qū)2中接近床頭部位的區(qū)域，送風(fēng)已經(jīng)到達(dá)近地面高度并且低于床鋪的高度。送風(fēng)速度場(chǎng)沒有進(jìn)入到床鋪所在位置到房間頂部的區(qū)域，整個(gè)床鋪完全處在回風(fēng)區(qū)域中。從表2中計(jì)算結(jié)果可以看出，處于回風(fēng)區(qū)的床3/4范圍內(nèi)以及頭部區(qū)域的風(fēng)速處于0.20～0.25 m/s范圍內(nèi)，≯0.25 m/s，滿足人體舒適度要求，并且即使老年人倚在床頭采取上身直立的坐姿，也不會(huì)對(duì)老年人造成直吹的感覺，有利于老年人的身體保養(yǎng)及身體護(hù)理。

圖2中對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)方式，在2米人體活動(dòng)范圍內(nèi)的溫度不高于26℃，溫度場(chǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。3個(gè)計(jì)算工況下，圖4中陰影線送風(fēng)區(qū)1、2（從地面算起1.2米高度范圍內(nèi)）部分完全處于送風(fēng)范圍內(nèi)。表三對(duì)應(yīng)的工況1，送風(fēng)貼附頂板送至靠近床頭所在的墻部位開始以0.5m/s的速度下降，并逐漸衰減，送風(fēng)一部分進(jìn)入送風(fēng)區(qū)1，另一部分進(jìn)入送風(fēng)區(qū)2，沿著箭頭①、②方向掠過整個(gè)床鋪，并且從頭部開始風(fēng)速逐漸降低，計(jì)算送風(fēng)側(cè)視簡(jiǎn)圖見圖6。從表3對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果可以得到，床的3/4范圍內(nèi)風(fēng)速最小為0.4 m/s，頭部風(fēng)速為0.5 m/s遠(yuǎn)大于0.25 m/s，滿足不了人體舒適型需求，并且直吹老人頭部極不舒服。工況2、3僅增大送風(fēng)百葉的角度，其他計(jì)算條件不變，頭部0.5 m/s的送風(fēng)速度范圍擴(kuò)大，從頭部逐漸擴(kuò)展至前胸部，床3/4范圍內(nèi)風(fēng)速處于0.40～0.50 m/s范圍內(nèi)，無(wú)法根本改變工況1送風(fēng)帶來的送風(fēng)弊端。

所以通過比較圖1和圖2中的送風(fēng)方式，選擇按照?qǐng)D1的送風(fēng)方式風(fēng)機(jī)盤管的送風(fēng)布置。

1.3 公寓客廳通風(fēng)方式選擇

居民停留在有毒的、會(huì)引起過敏癥狀的或者是有傳染性污染物質(zhì)環(huán)境中的時(shí)間，大約是8～24 h[2]，其中90%的時(shí)間是停留在室內(nèi)呼吸室內(nèi)空氣，所以為改善老年公寓中的客廳和臥室的空氣質(zhì)量，解決或者緩解室內(nèi)污染物對(duì)老年人身體的危害，考慮在客廳和臥室中引入新風(fēng)。

1.3.1 新風(fēng)氣流分析：

為有效的將新風(fēng)引入公寓臥室和客廳，并節(jié)省公寓的運(yùn)行能耗，公寓樓內(nèi)以每套公寓住戶為單位，單獨(dú)設(shè)置機(jī)械排風(fēng)輔助自然進(jìn)風(fēng)的微負(fù)壓新風(fēng)系統(tǒng)。即在臥室和客廳的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部設(shè)專用的新風(fēng)進(jìn)氣孔，衛(wèi)生間與客廳的隔墻上設(shè)置固定百葉，室內(nèi)不設(shè)新風(fēng)管道，衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)低噪管道排風(fēng)機(jī)。當(dāng)衛(wèi)生間內(nèi)管道排風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排風(fēng)導(dǎo)致室內(nèi)產(chǎn)生微負(fù)壓，在室內(nèi)外壓差作用下，新風(fēng)經(jīng)進(jìn)氣孔過濾后進(jìn)入臥室和客廳，稀釋完室內(nèi)的污濁空氣后，通過衛(wèi)生間頂部的固定百葉排風(fēng)口進(jìn)入衛(wèi)生間的管道排風(fēng)機(jī)排至室外。新風(fēng)引入和排出氣流預(yù)測(cè)流線圖如圖7所示。

進(jìn)氣孔內(nèi)藏過濾網(wǎng)，可以防止灰塵、蟲子和花粉的侵入（定期更換），并且在衛(wèi)生間內(nèi)排風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)，進(jìn)氣孔可以防止外風(fēng)倒灌回室內(nèi)。

1.3.2 低噪管道排風(fēng)機(jī)的選擇：

低噪聲管道風(fēng)機(jī)的風(fēng)量按照1次/h的換氣次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，典型房間的客廳和臥室的總面積為36.5，房間凈高度按照2.6 m計(jì)算，得到排風(fēng)量為：Q=36.5×2.6=95 m3/h。選用排風(fēng)量為120 m3/h，噪音為40dBA的低噪聲管道風(fēng)機(jī)。

2 結(jié)語(yǔ)

（1）臥室吊裝風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)建議按照垂直于外窗的方向送風(fēng)，使人體處于回風(fēng)區(qū)，且風(fēng)速處于規(guī)范要求的范圍，提高臥室的人體舒適度。

（2）為減少設(shè)備噪音對(duì)老年人的影響，應(yīng)選用低噪音的末端風(fēng)機(jī)盤管設(shè)備和管道排風(fēng)機(jī)，臥室空調(diào)末端設(shè)備布置在遠(yuǎn)離人體頭部的位置。

（3）老年公寓需要考慮人員的新風(fēng)需求以提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，考慮到新風(fēng)引入的效率、管理方便以及運(yùn)行能耗，建議采用每套公寓設(shè)置單獨(dú)的微負(fù)壓新風(fēng)系統(tǒng)。

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