輻射制冷與貼附射流送風(fēng)負(fù)荷分配比例研究

沈文增，莊兆意，王斌，王光斌

(山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的要求越來越高。 據(jù)調(diào)查，人員在室內(nèi)活動的時間占比＞80%。通過空調(diào)可以提高室內(nèi)空氣熱濕品質(zhì)，達(dá)到更好的熱舒適性，對提高人們的生活質(zhì)量健康有著重要意義[1]。

國內(nèi)外相關(guān)實驗及應(yīng)用研究表明，采用冷板輻射空調(diào)相對于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)具有更高的熱舒適性，且在節(jié)能、優(yōu)化空間布局與系統(tǒng)形式等方面有著顯著的優(yōu)勢[2－3]。 冷板輻射制冷貼附射流送風(fēng)屬于溫濕度獨立控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用形式有頂板輻射貼附射流送風(fēng)、墻壁輻射貼附射流送風(fēng)、墻壁輻射貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)等。 室內(nèi)主要冷負(fù)荷由輻射冷板承擔(dān)，新風(fēng)承擔(dān)部分冷負(fù)荷與全部濕負(fù)荷。 系統(tǒng)在有效除濕和調(diào)控室內(nèi)熱濕環(huán)境的同時，可以根據(jù)室內(nèi)冷負(fù)荷大小調(diào)節(jié)輻射冷板與新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷比重，兩者承擔(dān)的比重不同，會明顯影響室內(nèi)溫度場和速度場，進(jìn)而影響人體舒適度及系統(tǒng)的能耗，實現(xiàn)負(fù)荷承擔(dān)的有效配比可在達(dá)到室內(nèi)良好熱舒適性的基礎(chǔ)上達(dá)到降低空調(diào)能耗的目的。

墻壁貼附射流送風(fēng)是以傳統(tǒng)的送風(fēng)方式為基礎(chǔ)而進(jìn)行的擴(kuò)展延伸，具有混合通風(fēng)與置換通風(fēng)的優(yōu)點。 這種送風(fēng)方式是將條縫形風(fēng)口布置于房間頂部近墻壁側(cè)，射流自風(fēng)口送出后受康達(dá)效應(yīng)而與豎直墻壁形成貼附現(xiàn)象，沿壁面垂直向下流動，能夠較好的將新鮮空氣和冷/熱量下送至人員工作區(qū)中，在撞擊地面或?qū)Я靼搴筠D(zhuǎn)為水平向擴(kuò)散流動，向工作區(qū)送風(fēng)，并在工作區(qū)形成類似于置換通風(fēng)的空氣湖[4]，有效地提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)和通風(fēng)效率。 當(dāng)墻壁為輻射冷末端時，墻壁貼附射流送風(fēng)方法還可強(qiáng)化壁面處的對流換熱系數(shù)，提高制冷能力。 李安桂等[5]研究了在相同的送風(fēng)量和溫度條件下，兩種直接向呼吸區(qū)送風(fēng)(豎壁貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)和層式送風(fēng))的氣流組織特性，比較了兩種送風(fēng)方式的溫度場和速度場及其溫度和速度隨房間高度的變化，豎壁貼附射流加導(dǎo)流板形成的豎壁貼附呼吸區(qū)送風(fēng)，可以在工作區(qū)內(nèi)形成一個速度和溫度都更加均勻的空氣湖環(huán)境，且能夠獲得較好的舒適度。

文章以辦公室為模型，利用計算流體力學(xué)軟件(Computational Fluid Dynamics，CFD)進(jìn)行數(shù)值模擬，從室內(nèi)環(huán)境熱濕參數(shù)及熱舒適性角度，研究采用墻壁輻射制冷加導(dǎo)流板貼附射流送風(fēng)方式時[6]，不同的新風(fēng)與輻射冷板承擔(dān)負(fù)荷比例下，室內(nèi)熱濕環(huán)境(主要是溫度場、速度場、濕度場)的變化，并研究達(dá)到最佳人體舒適度時的輻射末端與送風(fēng)末端承擔(dān)負(fù)荷的最佳分配比，為輻射供冷貼附射流送風(fēng)技術(shù)的實際應(yīng)用推廣提供一定的參考依據(jù)。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 控制方程

對室內(nèi)熱濕環(huán)境變化進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)值模擬，需建立室內(nèi)氣體流動及能量傳遞的控制方程，即質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程和動量守恒方程。 采用可實現(xiàn)的k－ε模型和氣體組分輸運模型[7]。

1.1.1 基本控制方程

基本控制方程由式(1)表示為

式中從左到右依次是瞬態(tài)項、對流項、擴(kuò)散項、源項；φ為通用的變量；Γ、S分別為廣義擴(kuò)散系數(shù)與廣義源項。 當(dāng)φ取1、Γ 取0、S取0 時為質(zhì)量守恒方程；當(dāng)φ取ui、Γ 取u和S取時為動量守恒方程；而當(dāng)φ取T、Γ 取取ST時為能量守恒方程。

1.1.2 湍流模型

Realizablek－ε模型的湍動能k和湍流耗散率ε輸運方程由式(2)～(4)表示為

式中ρ為空氣密度；μ為動力黏滯系數(shù)；v為運動黏滯系數(shù)；Eij為時均應(yīng)變率；Gk為由層流速度梯度產(chǎn)生的湍動能項；C1、C2為常量，C2＝ 1.9；σk和σε為k方程和ε方程的湍流普朗特數(shù)，σk＝ 1.0、σε＝ 1.2；ui、uj分別為速度u在i、j方向的分量；xi、xj分別為x在i、j方向的分量。

2 物理模型

2.1 幾何模型建立

以山東建筑大學(xué)科技樓某實驗室為模型，對送風(fēng)口進(jìn)行相應(yīng)改造。 在距頂板0.02 m 處開設(shè)兩條尺寸為0.02 m×2.35 m 的條縫型風(fēng)口，輻射末端采用墻壁抹灰形式毛細(xì)管輻射末端，如圖1(a)所示。輻射冷板及導(dǎo)流板安裝在內(nèi)墻位置，其余外圍護(hù)結(jié)構(gòu)除地板外均采用相同材質(zhì)的傳熱系數(shù)為0.763 W/(m2·K)的彩鋼夾芯板，如圖1(b)所示。房間尺寸及具體內(nèi)置器具見表1。

圖1 物理模型示意圖

表1 房間尺寸及具體器具表

2.2 網(wǎng)格劃分

采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖2 所示，經(jīng)網(wǎng)格獨立性驗證，模型中網(wǎng)格數(shù)為820 084，最大網(wǎng)格尺寸為0.2 m，并對進(jìn)風(fēng)口，輻射冷板、窗、人體、排風(fēng)口等進(jìn)行局部網(wǎng)格加密，最小尺寸為0.01 m，保證最低網(wǎng)格質(zhì)量均＞0.35。

圖2 網(wǎng)格劃分示意圖

2.3 物理模型簡化及假設(shè)

夏季，室內(nèi)采用墻壁輻射制冷與貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)系統(tǒng)，模擬室內(nèi)熱濕環(huán)境及新風(fēng)與輻射冷板承擔(dān)不同負(fù)荷比例時的室內(nèi)舒適度變化，需對模型進(jìn)行相應(yīng)的簡化及假設(shè):

(1) 假設(shè)房間密閉性好，無門、窗等室外新風(fēng)滲入，室內(nèi)濕負(fù)荷全部來自人體，其散濕采用在流體域中添加源項的方法實現(xiàn)；

(2) 系統(tǒng)分析在室內(nèi)狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定后進(jìn)行，不再隨著時間發(fā)生變化；

(3) 將室內(nèi)空氣處理為不可壓縮、常物性流體，室內(nèi)流體計算域通過組分輸運模型處理為空氣與水蒸氣的混合物，空氣運動為具有高雷諾數(shù)的湍流運動；

(4) 將各熱源壁面處理為定熱流密度邊界，穩(wěn)定向室內(nèi)空間散熱。

2.4 房間參數(shù)設(shè)置

墻壁輻射制冷貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)系統(tǒng)屬溫濕度獨立控制系統(tǒng)，當(dāng)供冷末端為輻射末端時，室內(nèi)設(shè)計溫度的選取應(yīng)綜合考慮對流換熱與輻射換熱的影響。 室內(nèi)設(shè)計溫度可比普通對流末端高1 ～2 ℃，相對濕度無影響[8－10]，選取的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)建議值表

取室內(nèi)設(shè)計溫度為27 ℃，設(shè)計相對濕度為50%，經(jīng)負(fù)荷計算得房間余熱為655 W，余濕為220.8 g/h。 根據(jù)設(shè)計要求，室內(nèi)潛熱和濕負(fù)荷均由新風(fēng)承擔(dān)，新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)含濕量與室內(nèi)產(chǎn)濕量之間的關(guān)系可由式(5)表示為

式中dS為送風(fēng)含濕量，g/kg；dN為室內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點含濕量，g/kg；W為室內(nèi)總濕負(fù)荷，g/h；G為新風(fēng)量，m3/h；ρ為空氣密度，kg/m3。

送風(fēng)含濕量與風(fēng)量成正比關(guān)系，大風(fēng)量意味著較高含濕量，對新風(fēng)機(jī)組要求較低；低風(fēng)量要求較低的送風(fēng)含濕量，對機(jī)組處理能力有較高的要求，需要考慮溶液除濕或轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)備的處理范圍是否能滿足低含濕量的要求。 因模型采用條縫形風(fēng)口，要求射流風(fēng)速達(dá)到一定數(shù)值才能有效進(jìn)行冷板貼附，因此選擇定風(fēng)量送風(fēng)方式，總風(fēng)量為338.4 m3/h，以保證射流風(fēng)速保持在1 m/s，使射流送風(fēng)進(jìn)行有效貼附，防止室內(nèi)高濕空氣與冷板直接接觸而結(jié)露。 貼附射流送風(fēng)具體參數(shù):送風(fēng)速度為1.0 m/s、送風(fēng)量為338.4 m3/h、送風(fēng)含濕量為10.67 g/kg、室內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點含濕量為11.142 g/kg、室內(nèi)余濕為220.8 g/h。

進(jìn)行室內(nèi)熱濕處理時，送風(fēng)焓值低于室內(nèi)空氣焓值。 送風(fēng)溫度等于室內(nèi)空氣溫度時，新風(fēng)將承擔(dān)一部分顯熱負(fù)荷，在分配輻射和送風(fēng)末端負(fù)荷比例分配時，需要計算新風(fēng)至少要承擔(dān)的顯熱負(fù)荷所占的比重。 取房間設(shè)計溫度27 ℃，送風(fēng)含濕量已知，可確定送風(fēng)焓值。 新風(fēng)承擔(dān)最低冷負(fù)荷可由式(6)[11]表示為

式中Gr為房間新風(fēng)量，kg/s；Q為新風(fēng)承擔(dān)冷室內(nèi)負(fù)荷，kW；U為室內(nèi)余濕量，kg/s；hN為室內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點空氣焓值，kJ/kg；h0為送風(fēng)狀態(tài)點空氣的焓值，kJ/kg；d0為送風(fēng)狀態(tài)空氣的含濕量，g/kg。 得到新風(fēng)最低承擔(dān)負(fù)荷154.6 W，占總負(fù)荷的23.6%。

在定風(fēng)量的前提下，改變送風(fēng)溫度從而改變系統(tǒng)承擔(dān)顯冷負(fù)荷分配比例，在已知新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷前提下，新風(fēng)送風(fēng)溫度可由式(7)表示為

式中V為單位時間內(nèi)送入房間的空氣體積，m3/s；tN為室內(nèi)設(shè)計溫度，℃；t0為計算送風(fēng)溫度，℃。 經(jīng)計算得知，在5 ℃溫差范圍內(nèi)新風(fēng)最大可承擔(dān)95.6%的負(fù)荷。

輻射冷板設(shè)計上，雖然貼附射流送風(fēng)雖然會在冷板表面形成一層空氣間層，阻斷室內(nèi)高濕空氣與壁面直接接觸，但仍需保證溫度高于露點溫度1.0 ～1.5 ℃。 在溫度為27 ℃、相對濕度為50%時，露點溫度為15.7 ℃，需保證冷板表面溫度≥16.7 ℃。 模擬數(shù)據(jù)源于典型抹灰毛細(xì)管結(jié)構(gòu)形式的墻壁輻射制冷空調(diào)的實測數(shù)據(jù)[12]，單位面積制冷量范圍為35.6～72.3 W/m2，故冷板承擔(dān)負(fù)荷比例范圍可取38%～88%。

結(jié)合輻射冷板與新風(fēng)可承擔(dān)的負(fù)荷比例范圍，取新風(fēng)負(fù)荷比例25%～60%的范圍，以5%為遞增梯度分為8 種工況進(jìn)行對比分析，具體工況見表3。

表3 新風(fēng)與冷板負(fù)荷比例分配工況表

3 模擬結(jié)果及分析

3.1 測點選取

在模型中心位置及距離人體表面0.2 m 均勻布置7 條測線(line)，分別為line 1 為房間中心；line 2、line 2－1 為人體背部；line 3、line 3－1 為人體背風(fēng)側(cè)；line 4、line 4－1 為人體迎風(fēng)側(cè)，每條測線在室內(nèi)高度為0.1～2.5 m。 除房間中心測線外，人體周圍測線數(shù)據(jù)均取兩人體相同位置的數(shù)據(jù)平均值。 取人體站、坐姿時不同高度測點的數(shù)據(jù)評價室內(nèi)熱濕環(huán)境變化引起的舒適度變化，其位置分別為H1＝0.1 m(人體腳踝位置)、H2＝0.7 m(人體坐姿中心位置)、H3＝1.1 m(人體坐姿頭部位置)、H4＝1.5 m(人體站姿中心位置)、H5＝1.7 m(人體站姿頭部位置)、H6＝2.4 m(人員活動范圍最大高度)，具體布置如圖3 所示。

圖3 室內(nèi)測點與測線布置圖

3.2 溫度分析

新風(fēng)承擔(dān)25%負(fù)荷比例時，空間4 個位置在室內(nèi)高度方向的溫度分布如圖4(a)所示，各工況下4個位置的平均溫度在室內(nèi)高度方向的溫度分布如圖4(b)所示。

在人體周圍不同位置，受人體及設(shè)備散熱影響，人體周圍與房間正中心有不同的溫度分布特點。 其中，房間正中心(line1)、人體后背(line2)、迎風(fēng)側(cè)(line4)的溫度分布一致，0.1 ～0.7 m 范圍內(nèi)還未經(jīng)充分熱交換的送風(fēng)使得空間溫度較低。 經(jīng)過與工作區(qū)的熱交換，溫度逐漸上升，而人體背風(fēng)側(cè)受人體阻擋作用，射流新風(fēng)未直接送達(dá)，而是在人體壁面處發(fā)生了擾流， 與人體發(fā)生了對流熱交換， 使得0.1～1.1 m范圍內(nèi)初始溫度高于其他3 個位置；1.1～2.4 m 范圍處于射流回流區(qū)，由于射流形成的空氣湖，溫度變化與其他位置基本相同。

以新風(fēng)負(fù)荷比例 25% 為例， 送風(fēng)溫度為25.65 ℃，從送風(fēng)口射出后受康達(dá)效應(yīng)在輻射冷板壁面進(jìn)行貼附，由于冷板表面溫度低于新風(fēng)溫度，發(fā)生對流換熱，強(qiáng)化了冷板的制冷能力；在導(dǎo)流板處，射流轉(zhuǎn)為水平流，向工作區(qū)送風(fēng)；由于壓力與密度影響，脫離導(dǎo)流板后，較冷的新風(fēng)首先到達(dá)房間下部，而人體與電腦散熱使得熱空氣上升，下部冷空氣與上部熱空氣發(fā)生熱交換，從而達(dá)到降低室內(nèi)溫度的目的。 房間整體空間在垂直方向存在明顯的溫度梯度，但在人體中心縱截面(x＝1.5 m、z＝1.7 m)與房間中心縱截面(x＝2.95 m)上，3 個溫度截面的平均溫度分別為 26.30、26.26、26.40 ℃，空間溫度分布均勻。

圖4 各工況高度方向的溫度分布圖

從圖4(b)可以看出，新風(fēng)承擔(dān)不同負(fù)荷比例時，在0.1～2.5 m 高度范圍內(nèi)，各位置測線平均溫度在垂直方向具有相同的變化趨勢，且隨著新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷比例的升高，平均溫度變低，垂直方向溫度均現(xiàn)明顯上升。 不同工況下，在相同測點高度位置出現(xiàn)的最大溫差分別為 ΔT0.1＝ 0.14 ℃、ΔT0.7＝ 0.18 ℃、ΔT1.1＝0.16 ℃、ΔT1.5＝ 0.14 ℃、ΔT1.7＝ 0.12 ℃、ΔT2.4＝0.09 ℃。 工作區(qū)0.7 m 處出現(xiàn)最大溫差，后隨著對流與輻射換熱消除室內(nèi)熱濕負(fù)荷，溫度變化趨于平穩(wěn)。

室內(nèi)空調(diào)溫度調(diào)節(jié)效果的簡易評價標(biāo)準(zhǔn)為坐姿頭腳溫差 ΔT0.1～1.1≤ 2 ℃、站姿頭腳溫差 ΔT0.1～1.7≤3 ℃。 取各位置測線平均值進(jìn)行比較，模擬的各工況頭腳溫差最大值ΔTmax、最小值ΔTmin分別為0.62、0.24 ℃，均符合溫度舒適要求。

3.3 速度分析

選取具有一定初始速度的射流送風(fēng)，既可滿足射流出口后能沿著輻射冷板進(jìn)行有效貼附，從而避免室內(nèi)空氣與冷板接觸，降低發(fā)生結(jié)露的可能性，又可強(qiáng)化輻射冷板壁面處的對流換熱強(qiáng)度，加之冷板與室內(nèi)人體、器具等輻射換熱，能夠有效提高制冷能力。 新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)25%負(fù)荷比例時，室內(nèi)4 個位置測線在房間高度方向上的速度變化如圖5(a)所示，各工況平均速度在高度方向分布如圖5(b)所示。

圖5 各工況高度方向的速度分布圖

在空間截面(x＝1.5 m、x＝2.95 m、z＝1.7 m)上，平均速度分別為 0.079、0.041、0.075 m/s。 射流送風(fēng)到達(dá)導(dǎo)流板后仍具有一定的初速度，送入房間下部后，在人體迎風(fēng)側(cè)發(fā)生阻擋，會在人體周圍發(fā)生擾流，背風(fēng)側(cè)初始速度較高。 房間中心可形成環(huán)形“空氣湖”，房間中心工作區(qū)風(fēng)速較低。 由于送風(fēng)系統(tǒng)采取定風(fēng)量送風(fēng)，故取房間中心位置(line1)風(fēng)速做對比分析，8 種工況下房間中心沿著房間高度的速度分布整體呈現(xiàn)先降后升再降趨勢。 其中，新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷比例越高，送風(fēng)溫度越低，與工作區(qū)發(fā)生熱流擾動的程度越劇烈，極值點出現(xiàn)的房間高度與最終工作區(qū)風(fēng)速也越高，工作區(qū)0.1～2.4 m 內(nèi)，最大速度差出現(xiàn)在0.7 m 處，與溫度分布一致，其最大風(fēng)速差為0.025 m/s。

3.4 濕度分析

在新風(fēng)承擔(dān)25%的室內(nèi)負(fù)荷時，人體周圍及室內(nèi)中心位置的濕度變化如圖6 所示。 在0.1 ～0.7 m射流送風(fēng)區(qū)，人體背風(fēng)側(cè)未直接接觸送風(fēng)氣流，而是送風(fēng)與人體發(fā)生繞流后，與人體表面發(fā)生熱濕交換，使得初始相對濕度數(shù)值較低。 人體迎風(fēng)側(cè)及后背空間較房間中心早接觸到送風(fēng)冷氣流，空氣含濕量較高。 對比溫度變化，發(fā)現(xiàn)相對濕度變化與溫度變化成負(fù)相關(guān)，隨著室內(nèi)垂直高度方向溫度升高，經(jīng)過熱濕處理后的空氣相對濕度逐漸降低。

圖6 各工況高度方向的相對濕度分布圖

3.5 特殊位置舒適度分析

采暖與空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)的熱舒適性應(yīng)按照GB/T 18049—2017/ISO 7730:2005《熱環(huán)境的人類工效學(xué)通過計算PMV 和PPD 指數(shù)與局部熱舒適準(zhǔn)則對熱舒適進(jìn)行分析測定與解釋》[13]，采用預(yù)計平均熱感覺指數(shù)(Predicted Mean Vote，PMV)和預(yù)計不滿意者的百分率(Predicted Percentage of Dissatisfied，PPD)評價，其值宜為－1≤PMV≤＋1 和 PPD≤27%，主要依靠溫度、濕度、風(fēng)速等[14－16]。

PMV 用于評價室內(nèi)環(huán)境冷熱感，可以基本反映人體當(dāng)時的冷熱感。 一般遵守美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(American Society of Heating， Refrigerating and Air-Conditioning Engineers； ASHRAE)7 分制[17]，見表5。

表5 PMV 數(shù)值表

PPD 一般≤10%，通過公式估算出人們對所處環(huán)境冷熱感覺不滿意的比率。

PMV－PPD 熱舒適性評價指標(biāo)是綜合考慮人體主觀和客觀環(huán)境影響因素給出的。 主觀因素包括人體新陳代謝率、服裝熱阻等，坐姿打字狀態(tài)時人體新陳代謝為1.1 met，夏季室內(nèi)經(jīng)典著裝的熱阻為0.57 clo。 客觀環(huán)境包括室內(nèi)空氣溫度(考慮平均輻射溫度)、空氣濕度和空氣流動速度等。

PMV 與PPD 兩者定量關(guān)系由式(8)和(9)[13]表示為

式中M為人體新陳代謝產(chǎn)熱率，W/m2；W為人體活動需熱率，W/m2；H為干熱損失，W/m2；Ec為皮膚蒸發(fā)換熱，W/m2；Cres為呼吸對流換熱，W/m2；Eres為呼吸對流換熱，W/m2。

3.5.1 不同位置PMV 分布

借由美國加州大學(xué)伯克利分校建筑環(huán)境中心(Center for the Built Environment，CBE)開發(fā)的熱舒適計算工具進(jìn)行計算分析PMV，判斷結(jié)果是否符合ASHRAE Standard 55—2017[17]的熱舒適要求。 計算所得PPD 指標(biāo)均滿足 PPD≤10%，故以PMV 指標(biāo)作為對比分析依據(jù)。 8 種工況下，分別取室內(nèi)中心、人體后背、背風(fēng)、迎風(fēng)位置的測線平均PMV 數(shù)據(jù)(距標(biāo)準(zhǔn)舒適狀態(tài)PMV ＝0 的絕對值):測線line 1、line 2 與 line 2－1 的均值、line 3 與 line3－1 的均值、line4 與line4－1 的均值4 組數(shù)據(jù)，得到其平均 PMV分布如圖7 所示。

新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷比例變化時，送風(fēng)溫度發(fā)生變化，與冷板輻射供冷共同作用最終達(dá)到室內(nèi)設(shè)計要求的狀態(tài)點。 由于室內(nèi)熱源的位置不同，空間熱流密度不同，加上人體及工作設(shè)備產(chǎn)生的熱壓、熱氣流，會對送風(fēng)氣流組織產(chǎn)生一定的影響，使得空間熱濕環(huán)境并非均勻分布狀態(tài)。 由圖7 可得，在房間中心位置，新風(fēng)承擔(dān)60%負(fù)荷比例時，該區(qū)域熱濕環(huán)境舒適度較好，但由于模型中房間中心并非射流送風(fēng)與輻射制冷直接控制區(qū)域，即非室內(nèi)主要工作產(chǎn)熱區(qū)，故在此位置各工況的熱舒適度均低于其他位置；人體后背區(qū)域?qū)偕淞魉惋L(fēng)與輻射供冷直接調(diào)控區(qū)，又是室內(nèi)人體主要工作區(qū)，輻射冷量與新風(fēng)承擔(dān)的冷量用于直接處理工作區(qū)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，在新風(fēng)承擔(dān)35%、45%、50%比例時，該位置熱濕舒適度較好；在人體背風(fēng)側(cè)，無論何種工況，在到達(dá)背風(fēng)側(cè)之前均已在工作區(qū)進(jìn)行了充分的熱濕處理，使得背風(fēng)側(cè)空氣舒適度整體較高，在新風(fēng)25%負(fù)荷比例時最佳；在人體迎風(fēng)區(qū)域，較低新風(fēng)承擔(dān)比例伴隨的較高溫度空氣直接送入工作區(qū)，無法高效處理工作區(qū)高溫高濕的環(huán)境，較高的新風(fēng)比重帶來的較低送風(fēng)溫度易引起體表冷感，當(dāng)新風(fēng)承擔(dān)40%負(fù)荷比例時，在人體迎風(fēng)側(cè)，舒適度最佳。

圖7 室內(nèi)不同工況下各位置平均PMV 分布圖

3.5.2 房間整體PMV 分布

取房間4 個位置的7 條測線在房間垂直高度方向上的PMV 平均值(如圖8 所示)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，判斷8 種工況室內(nèi)空間熱舒適性的整體優(yōu)劣。 隨著新風(fēng)承擔(dān)25%負(fù)荷比例開始，以5%增長比例遞增時，室內(nèi)平均熱舒適度先降低，后逐漸上升；在新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷比例為40%、45%時，室內(nèi)整體熱濕環(huán)境處理較好，人體熱舒適性較高。

綜合室內(nèi)空氣的溫度(考慮平均輻射溫度)、濕度和流動速度等因素，對比分析輻射制冷、貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)熱濕環(huán)境，新風(fēng)承擔(dān)的負(fù)荷比重過小或過大都會影響室內(nèi)整體的熱濕環(huán)境分布，還有可能造成系統(tǒng)能耗過大、能源浪費。 綜合以上考慮，新風(fēng)承擔(dān)的負(fù)荷比例應(yīng)控制在40%～45%，輻射冷板承擔(dān)比例應(yīng)控制在55%～60%為宜。

圖8 各工況下室內(nèi)平均PMV 分布圖

4 結(jié)論

通過選取某小型辦公室模型，采用CFD 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，對比分析輻射供冷貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)系統(tǒng)冷板與新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷比例不同時的室內(nèi)溫度、風(fēng)速、相對濕度變化，并以房間熱舒適度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，確定了室內(nèi)達(dá)到最佳舒適度時的新風(fēng)與輻射冷板各自應(yīng)承擔(dān)的負(fù)荷比例，得出以下結(jié)論:

(1) 在墻壁輻射制冷、貼附射流加導(dǎo)流板送風(fēng)系統(tǒng)下，新風(fēng)與輻射冷板共同承擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷，新風(fēng)承擔(dān)負(fù)荷比例上升，送風(fēng)溫度下降，空間最低溫度降低，結(jié)合輻射供冷，空間高度出現(xiàn)明顯溫度梯度，但空間各截面平均溫度分布均勻，各工況在相同測點溫差最大為 ΔT0.7＝ 0.18 ℃，最小為ΔT2.4＝0.09 ℃。

(2) 模型采用定風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)，保證射流風(fēng)速一定，工作區(qū)0.1～2.4 m 內(nèi)，風(fēng)速在房間高度方向先升后降，最大速度差出現(xiàn)在0.7 m 時，與溫度分布一致，各工況相同位置最大風(fēng)速差為0.025 m/s，風(fēng)速不超過0.3 m/s，不會出現(xiàn)吹風(fēng)感。

(3) 空間濕度分布與溫度密切相關(guān)，相同含濕量下，送風(fēng)溫度越低，送風(fēng)相對含濕量越高，空間垂直高度相對濕度分布亦成梯度分布，隨高度上升，溫度升高，相對濕度逐漸降低。

(4) 在人體舒適度方面，考慮室內(nèi)平均PMV 分布，人體背風(fēng)側(cè)位置舒適度最高；以室內(nèi)平均PMV為對比依據(jù)，新風(fēng)承擔(dān)40%～45%室內(nèi)負(fù)荷比例，輻射冷板承擔(dān)55%～60%室內(nèi)負(fù)荷比例時，室內(nèi)人體熱舒適性最佳。