低溫供熱對室內(nèi)舒適性影響的數(shù)值模擬

謝雯雯

摘 要：利用CFD技術(shù)，對二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度降低后散熱器供暖房間的舒適性進行了模擬分析，結(jié)果表明，隨著二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度的降低，人員主要活動區(qū)域內(nèi)的溫度梯度減小，溫度分布更均勻，舒適性得到提高。

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；供回水溫度；舒適性

中圖分類號：TU832 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0082-02

Abstract： By using CFD technology， the comfortableness of the radiator heating room is simulated after the temperature of the secondary network design is reduced. The results show that with the decrease of the supply and return water temperatures of the secondary network design， the temperature gradient in the main moving area of the personnel decreases. The temperature distribution is more uniform and the comfortability is improved.

Keywords： CFD technology； supply and return water temperatures； comfortability

供暖用戶最關(guān)注的是室內(nèi)舒適性，室內(nèi)舒適性一般通過室內(nèi)溫度場和速度場的分布來體現(xiàn)。CFD技術(shù)能在較短時間內(nèi)比較精細地描述流場，并能為評價系統(tǒng)的舒適性提供很好的指導(dǎo)作用[1]。本章利用CFD技術(shù)對二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度分別為95/70℃、85/60℃、75/50℃、65/40℃的散熱器供暖房間的溫度分布和氣流分布進行模擬分析。

1 物理模型

以北京市某住宅樓臥室為例進行模擬，該模擬對象為南北朝向，僅一面外墻為北墻。房間尺寸為5×4×3m，北墻上開窗面積為3×1.8m，南墻上有1×2m的門。房間供暖設(shè)計熱負荷為1100W。房間在窗臺下設(shè)置了一組鋼制板式散熱器。散熱器靠墻側(cè)面板離墻內(nèi)表面0.05m，散熱器下端距地面0.15m。當(dāng)同一型號散熱器在供給相同熱量時，隨著供回水溫度的降低，散熱器的尺寸相應(yīng)增大。據(jù)此建立了不同二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度下散熱器供暖房間的模型，其中橘紅色長方形為散熱器。

2 數(shù)學(xué)模型和邊界條件

采用LVEL模型、面對面輻射模型、壁面函數(shù)法來進行模擬[2]。固體壁面均為無滑移表面。模型中對滲風(fēng)作用影響的考慮通過熱負荷來體現(xiàn)。模型中北墻為含有內(nèi)熱源的外墻，其余均作絕熱處理。為簡化模擬計算過程，假設(shè)有內(nèi)熱源的墻面?zhèn)鳠峋鶆?，且為穩(wěn)態(tài)傳熱，供暖設(shè)計熱負荷可均勻分配到墻面和窗戶上。墻面和窗戶熱流密度分別取-45.83W/m2和-122W/m2（負號表示熱負荷）。散熱器表面平均溫度取其設(shè)計供回水溫度的平均值。

3 網(wǎng)格劃分及數(shù)值計算方法

模型網(wǎng)格劃分采用不等間距矩形網(wǎng)格，在散熱器處進行網(wǎng)格局部加密。模型采用有限容積法離散控制方程[3]，選用混合格式作為離散格式，采用SIMPLE算法來求解離散方程組。迭代次數(shù)為500次。

4 數(shù)值模擬結(jié)果

4.1 房間溫度分布

對溫度場的模擬結(jié)果如圖1所示。

（1）從圖1可知，散熱器上方區(qū)域，溫度較高；在散熱器下方區(qū)域，溫度較低。原因是，室內(nèi)空氣與散熱器表面進行對流換熱后，溫度升高；室內(nèi)空氣經(jīng)過玻璃窗時與玻璃窗進行對流換熱后，溫度降低，這樣由溫差引起的密度差，使熱空氣上升，冷空氣下降。

（2）在垂直方向上，溫度都出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，隨著高度的增加，溫度呈上升趨勢，隨著供回水溫度的降低，分層現(xiàn)象依次減弱。因為分層現(xiàn)象是對流換熱和輻射換熱的綜合體現(xiàn)，95/70℃和85/60℃時散熱器表面溫度較高，空氣流速較大，對流換熱較強烈；75/50℃和65/40℃時空氣流速較低，但散熱器的長度與窗戶長度相近，輻射換熱占主導(dǎo)，可以改善從玻璃窗下降的全部冷氣流。

（3）對于高度方向，人體腳部、坐著頭部及站著頭部所在高度分別為0.1m、1.1m和1.8m。隨著二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度降低，在人員主要活動區(qū)域內(nèi)，人員處于不同活動狀態(tài)時頭部與腳部溫差降低，室內(nèi)舒適性得到提高。在95/70℃時，人員不管是處于坐姿狀態(tài)還是站姿狀態(tài)，頭部與腳部均存在4℃～5℃溫差；在85/60℃時，頭部與腳部溫差為2.5℃左右；在75/50℃時，頭部與腳部溫差不足2℃；在65/40℃時，頭部與腳部溫差不足1℃。在85/60℃、75/50℃和65/40℃下都能滿足人員處于不同活動狀態(tài)時頭部與腳部溫差最大不能超過3℃的熱舒適要求。

4.2 房間速度分布

對速度場的模擬結(jié)果如圖2所示。

（1）從圖2可知，在散熱器上方區(qū)域和下方區(qū)域，空氣流速都較大。在散熱器上方區(qū)域，由于溫差引起的密度差會使空氣流速變大。散熱器下方區(qū)域流速較大，一是由室內(nèi)空氣與玻璃窗進行對流換熱后冷氣流下降引起；二是由散熱器上方熱氣流的上升在散熱器下方形成負壓引起。

（2）在不同的二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度下，在人員主要活動區(qū)域內(nèi)，空氣流速均在0.1m/s以下，小于人有吹風(fēng)感的速度0.25m/s，符合人體的舒適性要求。

5 結(jié)束語

（1）在人員主要活動區(qū)域內(nèi)，溫度分布是影響室內(nèi)舒適性的主要因素。

（2）隨著二次網(wǎng)設(shè)計供回水溫度降低，在人員主要活動區(qū)域內(nèi)，人員處于不同活動狀態(tài)時頭部與腳部溫差降低，室內(nèi)舒適性得到提高。

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