家用熱泵空調(diào)熱舒適的研究

林嘉萍

摘 要：為了提升家用熱泵空調(diào)器能效和舒適性，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，本文研究并提出分布式送風(fēng)技術(shù)解決方案，實踐表明，該技術(shù)具有很好的市場推廣前景。

關(guān)鍵詞：熱泵空調(diào)；分布式送風(fēng)技術(shù)；送風(fēng)形式

中圖分類號：TU831 文獻標志碼：A

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)在人們的生活中越來越常見，在家里使用空調(diào)可以提高住宅的舒適度，還可以滿足人們對居室空氣環(huán)境的新要求。家用中央空調(diào)的種類很多。其中，熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是家用中央空調(diào)的一種主要的空調(diào)類型。因此，如何提升家用熱泵空調(diào)的室內(nèi)熱舒適及其能量的利用率，成為家用熱泵空調(diào)推廣應(yīng)用中亟待解決的問題。

1 氣流組織與人體熱舒適

1.1 影響人體熱舒適的因素

人體熱舒適的影響因素主要包括人體因素和環(huán)境因素，環(huán)境因素包括空氣溫度、風(fēng)速、相對濕度和平均輻射溫度，其中空氣溫度和風(fēng)速對人體熱舒適的影響最大，重要性系數(shù)分別為0.53及0.27。家用熱泵空調(diào)如何營造人體熱舒適所需的溫度場和速度場就需要具備合理的送風(fēng)氣流組織，氣流組織又主要由送風(fēng)形式?jīng)Q定，而空調(diào)送/回風(fēng)口位置、數(shù)量、規(guī)格等參數(shù)將決定送風(fēng)形式。

1.2 分布式送風(fēng)氣流組織

氣流組織能夠通過影響房間溫度場和速度場影響人體熱舒適，人體達到熱舒適需要合理的氣流組織形式。合理的送風(fēng)形式及其氣流組織對人體熱舒適至關(guān)重要。家用熱泵空調(diào)具有間歇性使用的特點，故在進行氣流組織設(shè)計時須結(jié)合空氣的物理特性，綜合考慮人體在穩(wěn)態(tài)環(huán)境及動態(tài)環(huán)境下的熱舒適。

2 對比試驗

2.1 試驗方案

選取兩種常規(guī)送風(fēng)形式的家用熱泵空調(diào)與分布式送風(fēng)家用熱泵空調(diào)進行對比測試。其中常規(guī)送風(fēng)形式分別為上部方形風(fēng)口送風(fēng)和正面長條形風(fēng)口送風(fēng)。3種不同送風(fēng)形式家用熱泵空調(diào)均為3HP機，變頻1級能效。由于測試樣機的外形及尺寸不一，故出風(fēng)口面積存在一定偏差，出風(fēng)面積在0.0978m2～0.1455m2。測試時出風(fēng)風(fēng)量均取1200m3/h。在相同試驗室及工況下進行測試。

試驗室為磚墻結(jié)構(gòu)，模擬實際用戶住所，試驗室的面積為47.16m2，其中長為9.0m，寬為5.24m，高為2.8m。試驗室示意圖及溫度布點如圖1所示，監(jiān)測溫度的熱電偶數(shù)量共計850個。當室內(nèi)外工況穩(wěn)定后，即達到制冷或者制熱工況時，設(shè)定最高風(fēng)擋，左右掃風(fēng)及上下導(dǎo)風(fēng)角度均默認，對應(yīng)溫度，開機運行，并實時監(jiān)測及記錄各測點溫度，穩(wěn)定運行3h后停止試驗。

2.2 試驗結(jié)果及分析

2.2.1 室內(nèi)空氣溫度云圖

在家用熱泵空調(diào)開機運行3h后，上部送風(fēng)和正面送風(fēng)形式的家用熱泵空調(diào)溫度分層嚴重，靠近地面的空氣溫度為12℃～15℃，而房間頂部溫度可達24℃左右。而分布式送風(fēng)形式的家用熱泵空調(diào)，在開機運行3h后，其溫度場均勻，靠近地板處的空氣溫度為19℃，靠近屋頂處的空氣溫度為21℃，房間平均空氣溫度更接近于設(shè)定溫度20℃，且房間上部與房間下部的溫差值僅為2℃，遠低于常規(guī)送風(fēng)形式的家用熱泵空調(diào)。

2.2.2 垂直空氣溫差

垂直空氣溫差指房間內(nèi)沿垂直方向上存在的空氣溫差（以0.1m高度處溫度為基準的差值）。從房間不同高度與0.1m截面的垂直空氣溫差來看，分布式送風(fēng)家用熱泵空調(diào)比上部送風(fēng)家用熱泵空調(diào)的垂直空氣溫差低3.8℃～5.4℃，降低幅度可達70%～75%；相比常規(guī)正面送風(fēng)家用熱泵空調(diào)的垂直空氣溫差低5.8℃～9.9℃，降低幅度可達81%～84%。在人體經(jīng)?；顒訁^(qū)域，即1.6m～0.1m區(qū)域，分布式送風(fēng)可比常規(guī)送風(fēng)熱泵空調(diào)的垂直空氣溫差低5.4℃～9.5℃，降低幅度可達71%～81%。

2.2.3 耗電量

運行相同的時間，分布式送風(fēng)家用熱泵空調(diào)的耗電量最低，比常規(guī)送風(fēng)形式節(jié)能29%～48%。這是因為分布式送風(fēng)能夠向房間上下部同時輸送熱風(fēng)，使室內(nèi)空氣溫度分布均勻，非人體活動區(qū)域的平均溫度與人體活動區(qū)域的平均溫度的偏差值較小，舒適性較佳的同時，熱能能夠得到有效利用。而上部送風(fēng)及正面送風(fēng)形式的熱泵空調(diào)因存在較為嚴重的溫度分層現(xiàn)象，非人體活動區(qū)域的溫度過高，而人體活動區(qū)域的溫度過低，空調(diào)所監(jiān)測的環(huán)境溫度過低，一直處于滿負荷高頻運行，從而導(dǎo)致耗能大，人體所感受的舒適性也差。

2.2.4 吹風(fēng)感

吹風(fēng)感指數(shù)是指由于空氣流動引起的人體感覺不滿意率。其計算方法如式（1）所示：

DR=（34-ta）（va-0.05）0.62（0.37vaTu+3.14） （1）

式中：DR為吹風(fēng)感指數(shù)，即由于渦動氣流引起的不滿意率，若DR>100%，則DR=100%；ta為局部空氣溫度（℃）；va為局部平均空氣流速（m/s），若va≤0.05m/s，則va=0.05m/s；Tu為局部紊流強度（%），即局部空氣流速的標準差與局部平均空氣流速之比在10%～60%，若未知，可取40%。

此項指標的數(shù)值越低，表明由于空氣流動引起的人體感覺不滿意率越低，即人體感覺越滿意，所處的環(huán)境越舒適。而在較熱環(huán)境下使用熱泵空調(diào)制冷時，往往存在冷風(fēng)直吹的不舒適感。

結(jié)論

綜上分析，分布式送風(fēng)方式能夠?qū)崃烤鶆虻剌斔椭琳麄€房間，大幅降低人體活動區(qū)域的垂直空氣溫差，且在房間較低處及人體腳部區(qū)域的加熱效果優(yōu)勢明顯；相較于傳統(tǒng)送風(fēng)形式的家用熱泵空調(diào)，具有分布式送風(fēng)氣流組織的家用熱泵空調(diào)可使房間1.6m～0.1m高度的垂直空氣溫差降低71%～81%；在相同運行時間內(nèi)，相比其他送風(fēng)形式家用熱泵空調(diào)，在熱舒適性大幅提升的同時，分布式送風(fēng)家用熱泵空調(diào)能夠節(jié)能29%～48%。因而，分布式送風(fēng)技術(shù)在家用熱泵空調(diào)中的應(yīng)用具有實際應(yīng)用價值，可推廣應(yīng)用。

參考文獻

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