郇超+王灃浩+吳小舟+林章+王志華+王冠

摘要：基于層式通風(fēng)房間室內(nèi)空氣流動特性建立了室內(nèi)垂直溫度分布預(yù)測模型.該模型將室內(nèi)空氣流動特性與熱質(zhì)平衡方程有機(jī)結(jié)合，并反映了室內(nèi)熱源強(qiáng)度、墻體輻射及送風(fēng)參數(shù)等邊界條件對室內(nèi)垂直溫度分布的影響.通過將模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)垂直溫度預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，并在趨勢上反映出層式通風(fēng)房間室內(nèi)垂直溫度的變化特征.因此，本文提出的模型具有較好的預(yù)測精度，能夠很好地用來指導(dǎo)層式通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用及能耗分析.

關(guān)鍵詞：層式通風(fēng);垂直溫度分布;節(jié)點(diǎn)模型;能量平衡

中圖分類號：TU831.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

AMethodtoPredictVerticalTemperatureDistribution

inaStratumventilatedEnvironment

HUANChao1，WANGFenghao2，WUXiaozhou2，LINZhang3，WANGZhihua1，WANGGuan2

（1.SchoolofEnergyandPowerEngineering，XianJiaotongUniv，Xian，Shaanxi710049，China;

2.SchoolofHumanSettlementsandCivilEngineering，XianJiaotongUniv，Xian，Shaanxi710049，China;

3.BuildingEnergy&EnvironmentTechnologyResearchUnit，DivisionofBuildingScience

andTechnology，CityUnivofHongKong，HongKongSAR，China）

Abstract：Asanewenergysavingairsupplymode，stratumventilationsystemhasnotbeenwidelyappliedduetoinadequatetheoreticalsupport.Amathematicalmodelbasedonthecharacteristicsoftheindoorairflowwasestablishedtopredicttheverticaltemperatureprofileinastratumventilatedroom.Bycombiningthecharacteristicsofindoorairflowwithmassandenergyequilibriumequations，thismodelgavethequantitativerelationshipbetweenindoorverticaltemperaturesandboundaryconditionssuchasheatsource，enclosureradiationandsupplyairparameters.Acomparativestudyshowsthatthepredictionsofthismodelfittheexperimentvalueswell.Themodelcanrepresentthepracticalverticaltemperatureprofilesinastratumventilatedroom.Theanalysesindicatethatthisproposedmodelhasacceptableaccuracyandcanbeusedforpracticalengineeringdesignsandenergyconsumptionanalysis.

Keywords：stratumventilation;verticaltemperaturedistribution;nodalmodel;energybalance

目前，中國的建筑能耗約占總能耗的30%[1]，為了減少夏季建筑空調(diào)能耗，許多國家都倡導(dǎo)提高夏季空調(diào)設(shè)定溫度以降低空調(diào)能耗.然而，落實(shí)的情況卻差強(qiáng)人意.原因是傳統(tǒng)送風(fēng)方式（混合通風(fēng)、置換通風(fēng)）均要求室內(nèi)氣流速度不能過高，若將空調(diào)設(shè)定溫度調(diào)高必然會引起室內(nèi)人員熱舒適性的降低（出汗）.采用現(xiàn)有系統(tǒng)，縱使室溫26℃，節(jié)能也只有幾個百分點(diǎn)，激勵效果有限.個性化送風(fēng)技術(shù)雖節(jié)約能耗[2]，但因其在費(fèi)用、布置和設(shè)計(jì)方面的困難，至今并未大規(guī)模地應(yīng)用在實(shí)際工程中[3].基于此，香港城市大學(xué)的林章等學(xué)者提出了層式通風(fēng)系統(tǒng)[4]，保證在低能耗的前提下（亦即在熱中性溫度較高的條件下），為室內(nèi)人員提供良好的空氣品質(zhì)和熱舒適環(huán)境[5-6].

層式通風(fēng)系統(tǒng)的典型特征為風(fēng)口布置在墻體中部，通過空氣射流將新鮮的空氣直接送入室內(nèi)人員呼吸區(qū)，在呼吸區(qū)內(nèi)形成一個新鮮的空氣層.該系統(tǒng)是一種建立在室內(nèi)氣流速度相對較高環(huán)境下的高溫通風(fēng)方式，通過加強(qiáng)氣流運(yùn)動（風(fēng)速+紊流強(qiáng)度）來實(shí)現(xiàn)人體熱舒適，因此所要求的送風(fēng)速度相對較大.但是太大的送風(fēng)速度會導(dǎo)致人體的熱不舒適，故其應(yīng)用范圍有一定的限制.林章通過大量研究發(fā)現(xiàn)，層式通風(fēng)可很好地應(yīng)用于沿送風(fēng)方向進(jìn)深不大于9m，熱負(fù)荷不大于180W/m2的房間[7].實(shí)際中常規(guī)的教室、辦公室及小商店等建筑大多在此應(yīng)用范圍內(nèi)，只要合理設(shè)計(jì)層式通風(fēng)系統(tǒng)（送風(fēng)速度控制在1.3m/s左右），則人體周圍的氣流速度會小于0.8m/s，計(jì)算出的最大PMV介于±0.7之間，PPD<15%[8]，完全能創(chuàng)造出舒適的熱環(huán)境.

層式通風(fēng)作為一種新的通風(fēng)方式，其研究工作仍處于初級階段.田林等人通過全尺寸實(shí)驗(yàn)測試及數(shù)值模擬[9-10]對層式通風(fēng)房間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了一系列研究，發(fā)現(xiàn)垂直方向上室內(nèi)空氣溫度存在不均勻性，呼吸區(qū)溫度明顯低于房間其他區(qū)域，即層式通風(fēng)房間內(nèi)呼吸區(qū)與房間上、下部區(qū)域存在較大的溫度梯度，這要求我們在計(jì)算層式通風(fēng)房間負(fù)荷時必須充分考慮其室內(nèi)溫度分布不均勻特性.本文的目的就是要提出層式通風(fēng)房間室內(nèi)垂直溫度分布預(yù)測方法，為層式通風(fēng)房間負(fù)荷及能耗的計(jì)算提供理論模型.