酒店大空間場(chǎng)所氣流組織模擬分析

鄭宗達(dá)

摘 要：為研究不同形式的風(fēng)口對(duì)酒店高大空間空調(diào)氣流組織的影響，本文以福建省廈門(mén)市某酒店多功能廳為模型，利用氣流組織模擬方法對(duì)其夏季室內(nèi)工況分別采用球形噴口和雙層百葉風(fēng)口進(jìn)行模擬，得到室內(nèi)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、預(yù)計(jì)平均熱感覺(jué)指數(shù)、預(yù)計(jì)不滿意者的百分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明：采用球形噴口時(shí)，2 m以下人員活動(dòng)區(qū)域水平溫度、速度分布均較為均勻?；陬A(yù)計(jì)平均熱感指數(shù)、預(yù)計(jì)不滿意者的百分?jǐn)?shù)的熱環(huán)境數(shù)值預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，可得出球形噴口的熱舒適性與百葉風(fēng)口相當(dāng)。

關(guān)鍵詞：多功能廳;百葉風(fēng)口;球形噴口;氣流組織

中圖分類(lèi)號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）32-0091-04

Simulation and Analysis of Air Distribution in Large Space of Hotel by

ZHENG Zongda

（Xiamen Helidao Engineering Design Group Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361000）

Abstract： In order to study the influence of different forms of tuyeres on the air distribution of air conditioning in large spaces of hotels， taking a multi-functional hall of a hotel in Xiamen as a model， this paper uses the air distribution simulation method to simulate its indoor working conditions in summer by using spherical nozzle and double-layer louver tuyere respectively， and obtains the indoor velocity field， temperature field， expected average thermal sensation index and the percentage of dissatisfied people. The results show that when the spherical nozzle is used， the horizontal temperature and velocity distribution in the personnel activity area below 2 m are more uniform. Based on the numerical prediction and evaluation of thermal environment based on PMV， PPD， it can be concluded that the thermal comfort of spherical nozzle is equivalent to that of louver vent. There is little difference in air age between the two. The spherical nozzle is adopted， and the air quality in the banquet hall is relatively good.

Keywords： multi-function hall;louver vent;spherical vent;air distribution

影響空調(diào)區(qū)域內(nèi)溫度、氣流速度分布的因素包括：空調(diào)送風(fēng)口形式和位置、送風(fēng)射流的參數(shù)（送風(fēng)量、出口風(fēng)速、送風(fēng)溫度）、回風(fēng)口的位置、房間幾何形狀、熱源在室內(nèi)的位置，其中送風(fēng)口形式和位置以及送風(fēng)射流的參數(shù)是主要影響因素[1]。在酒店等對(duì)室內(nèi)裝修要求較高的場(chǎng)所，為了配合裝修風(fēng)格，風(fēng)口的形式和位置很多情況下并不符合要求，導(dǎo)致氣流組織并不合理，使空調(diào)區(qū)內(nèi)空氣參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求[2]。近年來(lái)，我國(guó)酒店行業(yè)發(fā)展迅速，五星級(jí)酒店大量增加，這對(duì)室內(nèi)熱舒適提出了更高的要求。本文以福建廈門(mén)某酒店的多功能廳為模型，通過(guò)數(shù)值模擬球形噴口和雙層百葉風(fēng)口送風(fēng)的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和熱舒適，為二次機(jī)電設(shè)計(jì)風(fēng)口的選型和布置提供參考。

1 空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

建筑位于福建省廈門(mén)市，是可容納300人的多功能廳。凈高8.0 m，橫向長(zhǎng)31.5 m，縱向長(zhǎng)16.0 m。夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為50%，空調(diào)區(qū)風(fēng)速≤0.3 m/s。計(jì)算得到空調(diào)的送風(fēng)量為30 000 m/h，回風(fēng)量為24 000 m/h，新風(fēng)量為6 000 m/h，新風(fēng)比為25.0%。由于廈門(mén)市處于夏熱冬暖地區(qū)，人員密集場(chǎng)所供冷時(shí)間長(zhǎng)，本文僅針對(duì)夏季工況進(jìn)行模擬分析。

2 模型建立

2.1 幾何模型

該宴會(huì)廳長(zhǎng)31.5 m，寬16.0 m，風(fēng)口高度為8.0 m。將其簡(jiǎn)化為內(nèi)部尺寸為31.5 m×16.0 m×9.0 m的房間建立模型。方案一：模型頂部設(shè)置20個(gè)球形噴口，并在側(cè)墻設(shè)置一個(gè)回風(fēng)口，如圖1所示，風(fēng)口參數(shù)如表1所示。方案二：模型頂部設(shè)置20個(gè)雙層百葉風(fēng)口，并在側(cè)墻設(shè)置一個(gè)回風(fēng)口，如圖2所示，風(fēng)口參數(shù)如表2所示。

2.2 邊界條件

由于多功能廳大多位于建筑物的內(nèi)區(qū)，人員發(fā)熱量所占比例較大，建立模型時(shí)假定只有內(nèi)熱源，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為絕熱邊界面[3]。根據(jù)空調(diào)送風(fēng)量、夏季室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)溫度和送風(fēng)溫差，將傳熱簡(jiǎn)化為穩(wěn)態(tài)傳熱，將室內(nèi)冷負(fù)荷平均分?jǐn)偨o均勻布置的人員模型。方案一采用表3給出的邊界條件進(jìn)行模擬;方案二采用表4給出的邊界條件進(jìn)行模擬。

2.3 網(wǎng)格劃分

本文采用Airpak軟件中的hexa dominant網(wǎng)格劃分方法，設(shè)定網(wǎng)格類(lèi)型及參數(shù)生成體網(wǎng)格，通過(guò)尺寸函數(shù)的控制提升網(wǎng)格密度和平滑度，并對(duì)送回風(fēng)口等關(guān)鍵部位的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，增強(qiáng)模擬結(jié)果的精確性[4]。

2.4 模擬結(jié)果分析

采用k-ε Standard湍流模型對(duì)方案一和方案二進(jìn)行計(jì)算，流動(dòng)和傳熱計(jì)算過(guò)程都遵守能量守恒、質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒這三個(gè)最基本的物理規(guī)律。本文采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法，使用Coupled的壓力和速度耦合計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算，此方法計(jì)算精度高，能較快得到收斂[5]。

選取典型截面進(jìn)行分析，高度方向上：Y=1.6 m（人員活動(dòng)區(qū)高度水平面），Z=3.2 m（送風(fēng)口垂直面）。兩個(gè)方案的典型截面的溫度分布如圖3和表5所示。

由圖3和表5可知，方案一、方案二人員活動(dòng)區(qū)域平均溫度分別為24.7 ℃、26.9 ℃。方案一絕大部分區(qū)域滿足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)夏季空調(diào)23～26 ℃的要求;方案二無(wú)法完全滿足要求。方案一水平溫度場(chǎng)較為均勻，這是由于噴口頂部安裝時(shí)，高速噴口送出的射流帶動(dòng)室內(nèi)空氣發(fā)生強(qiáng)烈混合，射流截面不斷增大，室內(nèi)形成較大的回旋氣流，在到達(dá)工作區(qū)域前，溫度場(chǎng)可以達(dá)到較為均衡的狀態(tài)。

兩個(gè)方案在高度Y=1.6 m的水平截面和Z=3.2 m的豎直截面速度場(chǎng)如圖4所示。

由圖4可知，從氣流形式來(lái)看，室內(nèi)氣流包含射流、回流、渦流，在多功能廳的四角容易形成通風(fēng)滯留區(qū)，風(fēng)速停滯。兩種方案在人員坐姿和站姿高度上的速度均能滿足設(shè)計(jì)要求。兩個(gè)方案的平均風(fēng)速數(shù)值相近，但方案二在1.6 m高度的上最大風(fēng)速較大，吹風(fēng)感較強(qiáng)。方案一氣流更加均勻，且無(wú)吹風(fēng)感，舒適度較高。

3 室內(nèi)熱舒適評(píng)價(jià)

3.1 熱舒適指標(biāo)

預(yù)計(jì)平均熱感覺(jué)指數(shù)（Predicted Mean Vote，PMV）反映了人體熱平衡偏離人體熱負(fù)荷的程度，人體的熱負(fù)荷越大，人體偏離熱舒適的狀態(tài)越遠(yuǎn)。人體所處環(huán)境中的空氣溫度和氣流速度影響著人體與環(huán)境的熱交換，因此可以通過(guò)空氣溫度和空氣流速間接反映出PMV。PMV將人體熱感覺(jué)劃分為7個(gè)標(biāo)尺[6]，見(jiàn)表6。由于PMV指標(biāo)并不一定能夠代表所有個(gè)人的感覺(jué)，因此需要引入表征人群對(duì)熱環(huán)境不滿意百分?jǐn)?shù)的指標(biāo)，即預(yù)計(jì)不滿意者的百分?jǐn)?shù)（Predicted Percent of Dissatisfied，PPD）。

3.2 模擬結(jié)果分析

高度1.6 m水平面上的PMV和PPD分布情況如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可知，方案一、方案二在高度1.6 m的水平截面上，PMV的均值分別約為-0.6、-0.3，總體感覺(jué)適中，局部感覺(jué)微涼;PPD的均值分別約為15%、9%。國(guó)際標(biāo)注化組織ISO7730中熱舒適要求：-0.5≤PMV≤+0.5，PPD≤10%。相較而言，方案二的熱舒適評(píng)價(jià)更符合要求。但從模擬結(jié)果可以看出，方案一偏離標(biāo)準(zhǔn)的程度很小，且偏離的主要原因是溫度偏低。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)保證夏季空調(diào)降溫效果來(lái)說(shuō)更為可靠。

4 結(jié)論

本文對(duì)酒店內(nèi)高大空間相同夏季工況采用球形噴口（方案一）和雙層百葉（方案二）進(jìn)行模擬，得出以下結(jié)論。

①方案一可以更好地滿足夏季工況的要求，其溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)分布較為均勻，且采用方案二的工作區(qū)域平均溫度較低，降溫效果更好。

②方案一和方案二的室內(nèi)PMV值絕大多數(shù)處于熱舒適要求范圍內(nèi);方案一的室內(nèi)熱舒適偏離標(biāo)準(zhǔn)值較小，在可接受范圍內(nèi)。

綜上所述，在高大空間設(shè)計(jì)空調(diào)時(shí)，采用噴口送風(fēng)相較于百葉風(fēng)口送風(fēng)更加符合設(shè)計(jì)要求。

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