桌面工位空调系统室内热环境与热舒适性研究

摘要

空调技术的推广应用使人们摆脱了对自然环境的依赖，大大改善了人类的生存质量，传统的空调方式力求创造一个稳态均一的热环境，但却难以满足所有人不同的热舒适要求，长时间生活在这种空调环境中，还会导致建筑综合症。提高人体热舒适性、改善室内空气品质一直是空调技术进步的目标，工位空调正是针对这一目标提出的一种空调方式。 目前，尽管工位空调在国内外已有一些应用，但人们对工位空调的认识还局限于概念，正在围绕人体热舒适和改善室内空气品质两个方面开展研究工作。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法，认识工位空调所造成的室内热环境场的分布规律，探究其对人体热舒适性的影响，从而提出工位送风的具体模式和送风参数。 本文在分析人体热舒适性基础上，以桌面工位空调为对象，通过人体热舒适实验，分析了在一定背景温度条件下，不同送风量与送风温度对人体舒适性的影响，着重分析了中性一热环境下，人体的局部热舒适及其对整体热舒适的影响。发现当背景区温度为28℃时，在一定的送风温度下，人体不会出现热不适；当在工作区的热感觉接近中性时，进入背景区后热感觉有明显的滞后现象。建议背景区的温度设定不超过28℃。 用数值模拟的方法，建立了桌面工位一背景空调系统模型，通过对比选择直接模拟出口边界条件的方法，作为工位空调送风的风口模型，以提高模拟的准确性。进一步分析了背景空调与工位空调联合运行条件下，不同背景温度、工位送风参数、送风量等条件的组合所形成的局部环境参数场的特征，发现桌面工位送风造成人体周围形成了一个非均匀的环境参数场，人体前后和上下存在一定的温度差，从而可能引起人体不同的热感觉。研究表明，可以通过送风温度与送风量的组合，使处于工位区的人体不会有过冷或过热的感觉，并提出了双风口送风桌面工位空调的送风参数范围。 送风气流本身的特性改变，也可以起到改善人体舒适性的作用，根据这一原理提出射流撞击式送风方式，通过实验分析了其湍流特性。研究表明，在送风量较大时，送风气流速度衰减、湍流度增大，可以利用这一特性改善人体的舒适性。在上述研究的基础上，提出了一种空调末端送风装置的阀门调节方法，可以减少吹向工位的送风量，从而满足不同的舒适要求，但工位末端装置送风的总风量可以减少也可以不变，以保证室内空气的新鲜程度。最后，以大连地区一幢 2061m<'2>的小型办公建筑为例，将工位空调系统和常规空调系统进行了对比，分析表明，工位空调工况的峰值冷负荷小于常规空调，大约减少 24％；桌面工位一背景空调系统比常规空调系统的运行能耗大约可以降低20％。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2工位空调的研究进展

1.2.1工位空调末端装置方面的研究

1.2.2工位空调舒适性方面的实验研究

1.2.3工位空调在改善室内空气品质方面的研究

1.2.4局部热感觉对全身热感觉的影响

1.3本文的研究内容及研究目标

1.3.1研究内容

1.3.2研究目标

2桌面工位送风条件下人体热舒适实验

2.1人体热舒适的基本原理

2.1.1人体热感觉

2.1.2人体热舒适

2.2工位空调热舒适的影响因素分析

2.3实验目的与方法

2.3.1实验目的与实验工况

2.3.2实验条件

2.3.3受试者

2.4实验结果与分析

2.4.1工位区温度和速度分布实验

2.4.2工位区人体舒适性实验

2.4.3人体由工位区向背景区过渡时的热舒适实验

2.5小结

3工位送风风口模型的分析与确定

3.1室内气流分布的数值模拟技术

3.1.1技术简介

3.1.2常用的风口模型

3.2工位送风气流及室内流场的数学模型建立

3.2.1模拟的基本条件

3.2.2控制方程

3.2.3湍流流动与换热的数值模拟方法

3.2.4湍流物理量时均值定义与控制方程

3.2.5湍流模型

3.2.6边界条件

3.3模型求解

3.3.1求解方法

3.3.2求解工具

3.4数值模拟的实验验证

3.4.1工位送风的基本条件

3.4.2模拟结果及实验对比

3.5小结

4桌面工位—背景空调房间热环境的模拟研究

4.1空调房间的设置

4.1.1热源的设置

4.1.2背景空调的设置

4.1.3区域网格的划分

4.2房间热环境的评价

4.2.1经济指标

4.2.2室内空气品质

4.3模拟工况

4.4模拟结果与分析

4.4.1温度分布

4.4.2能量利用系数

4.4.3个人暴露率

4.4.4工位送风的参数范围

4.5小结

5桌面工位空调的送风调节型式与系统节能

5.1射流撞击式送风湍流特性分析

5.1.1风作用对热舒适的影响

5.1.2射流撞击式送风的原理

5.1.3对撞式送风湍流特性分析

5.2工位空调送风的调节方法

5.3工位空调系统的节能分析

5.3.1负荷的计算方法

5.3.2建筑全年冷负荷分析

5.3.3工位空调与常规空调系统能耗分析

5.4小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致谢