送風參數(shù)對空氣源熱泵制熱運行的影響研究★

金梧鳳 湯余珍 范夢珂 楊 婕 高若丹 馬競達

(天津商業(yè)大學天津市制冷技術重點實驗室，天津 300134)

1 概述

隨著人們生活水平的提高，夏熱冬冷地區(qū)采用空氣源熱泵供暖變得越來越普及，同時對熱泵的熱舒適性要求也越來越高[1-3]?？諝庠礋岜枚嗖捎蒙纤蜕匣氐乃惋L方式，到達室內預先設定的溫度時間較長，并且會出現(xiàn)明顯的熱力分層現(xiàn)象，室內溫度分布不均勻。針對這些問題，國內外相關學者進行了大量的研究。

胡萬玲等[4]采用CFD數(shù)值模擬得出，壁掛式空調在冬季工況下，水平向下75°送風時室內舒適性最佳。李曉東等[5]分析了大空間建筑分層氣流組織在夏季、冬季工況下的流場的分布特點。Mao等[6]采用CFD數(shù)值模擬，研究送風角度對個性通風性能的影響，當送風角度為30°時室內熱舒適性和系統(tǒng)能耗的綜合性能達到最優(yōu)的效果。周艷蕾等[7]通過模擬和實驗的方法研究了空調器送風參數(shù)對室內溫度場、速度場的影響，結果表明送風角度影響較大。國內目前對于如何優(yōu)化送風參數(shù)以實現(xiàn)快速制熱并減少熱力分層的研究較少。因此研究不同的送風參數(shù)下室內溫度場分布特性，對于提高室內人體舒適度、提高空調運行效率進而改進人體生活環(huán)境，節(jié)約能源具有重要意義。

本文通過實驗研究兩種送風速度和三種送風角度組合而成的六種送風工況，對比分析了室內溫度分布特性及垂直溫差的變化情況，根據(jù)實驗結果研究送風參數(shù)對改善室內熱力分層現(xiàn)象和提高人體舒適度的效果。

2 實驗方案

2.1實驗對象

本實驗研究對象為一安裝有空氣源熱泵的房間，房間尺寸為5.10 m×2.94 m×3.13 m，室內機安裝在西墻(內墻)，距地面2.4 m，尺寸為885 mm×285 mm×210 m，南側是房間進口的門，尺寸為0.98 m×2.00 m。實驗房間結構如圖1所示。

2.2 實驗內容

本實驗在送風溫度不變的情況下測試不同的送風角度與送風速度對溫度場的影響。首先將送風溫度設成22 ℃，然后研究不同送風風速、送風角度組合的影響。實驗所需主要儀器設備為：T型熱電偶，HYGROFLEX溫濕度變送器，SYSTEM-6242多點風速儀，MX100數(shù)據(jù)采集儀，斯威瑪Swema3000多功能室內PMV測試系統(tǒng)。

根據(jù)分體式空調器送風速度和送風角度的不同，分為六種工況進行實驗，風速設定為2 m/s和3 m/s，將擋風板與豎直平面之間的夾角分別設為30°，60°，90°，6組實驗工況表如表1所示。

表1 實驗工況表

3 實驗結果及分析

3.1 不同送風角度下室內垂直方向溫度場的分析

以送風速度3 m/s為例，即A1,A2,A3三種工況下，室內垂直平面平均溫度分布圖如圖2所示。

由圖2可以看出：送風角度為30°時，各垂直平面溫度在9 min后保持穩(wěn)定，Z=1.1 m平面溫度上升速率為2.41 ℃/min; 送風角度為60°時，各垂直平面溫度在5 min后保持穩(wěn)定，Z=1.1 m平面溫度上升速率為4.50 ℃/min; 送風角度為90°時，各垂直平面溫度在3 min后保持穩(wěn)定，Z=1.1 m平面溫度上升速率為7.76 ℃/min。由此可以得出擋風板的角度對室內溫度場的影響規(guī)律，即擋風板角度越大，溫度升高的速率越快，相應的室內溫度場達到穩(wěn)態(tài)所需要的時間就越短。當送風角度較小時，送風風向接近垂直地面方向，熱量首先到達下部，影響室內溫度升高速率；當送風角度較大時，送風風向與地面接近水平，風口正下方容易出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，因為下部空間熱量是通過壁面帖附射流與下部冷空氣熱交換得到的，影響人體熱感覺，同時熱力分層現(xiàn)象十分明顯。

同樣的，以送風速度3 m/s為例，經計算得出A2，A3工況下的垂直溫差，結果如圖3所示。

由圖3a)可知，當送風角度為60°時，各平面之間的相對溫差穩(wěn)定在-0.1 ℃～0.5 ℃之間，由圖3b)可知，當送風角度90°時，各平面之間的相對溫差穩(wěn)定在-0.1 ℃～0.8 ℃之間。通過對比可知，送風角度為60°時，垂直溫差較小，溫度分布更均勻，在Z=0.1 m和Z=0.6 m處的溫度梯度較小。

通過以上分析我們可以得出，當送風速度一定時，送風角度越大，室內溫度升高越快。送風角度為60°時，垂直溫差更小，有利于改善熱力分層現(xiàn)象；送風角度為90°時室內溫度升高速度更快。

3.2 不同送風速度下室內垂直方向溫度場的分析

當送風速度為2 m/s時，即B1，B2，B3工況下，室內各垂直平面溫度分布如圖4所示。

將圖4與圖2相比較,可以看出風速越大，單位時間內出風量越大，強制對流作用越明顯，與室內的熱量交換越多，使室內溫度上升越快，所達到的溫度越高。

當送風角度為90°，送風速度為2 m/s時，室內垂直方向平面溫度垂直溫差圖如圖5所示，對比圖5和圖3b)我們可以看出保持送風角度不變時，風速越大，垂直方向溫差越小，風速為3 m/s時的溫差比風速為2 m/s時的溫差降低了大約0.2 ℃，原因是風速越大，單位時間內與室內的換熱量越多，空氣換熱后混合性越好，所以溫差越低。

4 結語

本文通過對實際安裝空氣源熱泵的房間進行實測研究，通過在垂直方向高度分別為Z=0.1 m,Z=0.6 m,Z=1.1 m,Z=1.7 m,Z=2.7 m處布置測點，分析比較送風角度分別為30°,60°,90°，送風速度為2 m/s,3 m/s的六種工況下室內溫度分布情況，得到如下結論：

1)增大風速、減小擋風板的角度，可以在一定程度上減少垂直方向的熱力分層，提高人的生活區(qū)域的溫度。

2)當送風角度為90°時，各平面之間的相對溫差穩(wěn)定在-0.1 ℃～0.8 ℃之間，當送風角度為60°時，各平面之間的相對溫差穩(wěn)定在-0.1 ℃～0.5 ℃之間，垂直方向溫度較送風角度為90°比更均勻。

3)當送風角度為90°時，在Z=0.1 m,Z=0.6 m,Z=1.1 m,Z=1.7 m,Z=2.7 m高度平面，送風風速為3 m/s時比風速為2 m/s時的平均溫度減小了0.3 ℃左右。