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摘要：在我国快速发展过程中，经济在迅猛发展，社会在不断进步，气流组织对室内舒适环境的营造起至关重要的作用。层式通风作为一种将空气直接送至工作区的送风方式，在夏季供冷工况下，可提供较好的热舒适，并降低空调系统能耗，因而受到广泛关注。如今，层式通风供冷的理论已较为成熟，但冬季供暖研究仍需要补充。相较于混合通风，层式通风供暖具有节能，舒适性好的特点。但由于冬季供暖气流组织与夏季不同，两种工况下对室内环境的调控方案不同。
关键词：层式通风；供暖；正交设计；
引言
碰撞射流通风（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｊｅｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）是一种较新的通风方式，自２０世纪９０年代开始逐渐被应用到办公室、博物馆等公共建筑空间。送风气流通过碰撞射流通风口，以较高速度垂直撞击地面后扩散开，与此同时气流速度迅速衰减，温度逐渐接近室温。夏季供冷工况时，碰撞射流通风沿地面扩散开的冷空气在地面形成“空气湖”，并在热浮力的作用下形成了与置换通风类似的热力分层现象，因而具有空气品质好和节能的优点。冬季供热工况时，由于送风动量较高，热风与室内空气能够充分混合，克服了置换通风不能用于供热工况的缺陷，因此，碰撞射流通风被认为是同时具有置换通风和混合通风优点的通风方式。尽管有一些关于碰撞射流通风特性的研究，但几乎都是针对供冷工况展开的，对于碰撞射流通风用于热风供暖的气流特性和室内温度分布的研究则非常少。
1室内气流组织形式的研究现状
面对通风空调能耗快速增大的严峻形势，发展既有效节能、又能提供更好的热舒适性和室内空气品质的空调技术，成为研究和技术人员的努力目标。然而不论是采用置换通风等新的通风方式，还在传统混合通风基础上改进的分层空调，都没有很好地解决这个问题。置换通风（含低速送风的地板送风）等末端送风方式在大空间供冷时，低速送入的空气在地面形成冷空气湖，利用人员和室内其他热源产生的热羽流卷吸周围冷空气。新鲜空气通过人员活动区后，被热浮力输送到房间上部回风区。这样，不仅新鲜空气第一时间进入人体呼吸区，空调系统不必完成整个房间的供冷任务，仅需承担人员所在空间的负荷，保证人员空间温度满足要求即可。即同时实现了节能和良好空气品质的目标。但冬季工况时，由于送风速度低，送风热气流在浮力作用下容易直接上升到顶棚，所以不能用于热风供暖。混合通风送风速度较大，即可以供冷也可以供热f6}71，但由于其通风原理为通过送风气流与室内空气充分混合实现温湿度要求和稀释室内污染物，故同样新风量时混合通风空气品质比置换通风差，此外其空气混合的通风空调方式使室内温度分布均匀，空调系统必须承担房间全部负荷，其空调供冷能耗将明显高于置换通风等方式。在很多场所，不仅需要夏季供冷，冬季集中送热风供暖也是必须的。置换通风不再适用，而混合通风（含分层空调）虽然可以实现供暖和供冷要求，但难以解决热舒适、空气品质和空调能耗之间矛盾。
2正交设计的层式通风供暖送风参数的优化研究
2.1送风参数优化
值得注意的是，壁面温度表征室外气象，无法进行人为调节。因此在优化时，将壁面温度固定为某值，通过调节送风参数对送风方案进行优化。综合考虑到壁面温度对各舒适性指标的影响程度不同，且各舒适性指标最佳时壁面温度不同，优化工况设置壁面温度为14℃。对于多指标评价正交试验分析，在确定优化方案时，可采用综合平衡法，即先对每个指标分别进行单指标的直观分析，再对各指标的分析结果进行综合比较和分析，从而得出较优方案。对本文模型进行分析，拟确定优化工况为A2B3C1或A2B3C4。
在模拟中发现送风速度（C）对空气龄、吹风感影响较大，就空气龄而言，C因素的1水平和4水平，吹风感均已达到舒适性要求，因此选择可使空气龄较佳的4水平。最终选择的优化工况为A2B3C4，即送风角度20°、送风温度27℃、送风速度1.8m/s、壁面温度为14℃。
2.2送风口高度对室内气流速度和人体热舒适的影响
碰撞射流通风以较高的速度将热风直接送入房间下部空间，根据上述分析可知，室内空气温度分布均匀，易于有效利用供暖能量，但同时也可能造成贴近地面处风速过大，引起人体吹风感。图５显示了４种典型工况下的气流速度实测结果。由图５可以看到：每种工况下最大风速都出现在近地面处；送风速度较小时，送风口高度ｈ＝０．１７ｍ时近风口处４＃测杆的近地面风速明显大于ｈ＝０．９５ｍ时的情况；而在送风速度较大时，２种送风口高度最大气流速度接近。
2.3送风速度对热舒适的影响
人体工作区的气流速度对人体的热舒适也有很大影响。当送风速度为１．２ｍ／ｓ时，下部空间的速度在０．１ｍ／ｓ以内，不会引起吹风感。随着送风速度的增大，各个测点的速度均有所增大，尤其是靠近送风口附近脚踝处，在送风速度为１．８ｍ／ｓ和２．４ｍ／ｓ时，分别高达０．４ｍ／ｓ和０．４５ｍ／ｓ，造成风口附近引起人体吹风感增大。
2.4评价指标
本文选取PMV、空气龄、吹风感、垂直温差作为判断室内舒适性的标准。PMV（预测平均热感觉投票）：表示人体热感觉的评价指标。由于本文研究中室内人员多为坐姿，因此本文将1.1m高处，即坐姿头部位置的PMV用于热舒适评估。在计算PMV时，采用了典型的冬季服装水平（即1.0clo）和办公室内近乎久坐的活动水平（即1.1met），相对湿度设定为40%。PMV的详细计算可参考ASHRAE-55。空气龄越小，代表该处的空气越新鲜。计算空气龄时，仍以离地面1.1m的高度，人员坐姿呼吸区位置为准。吹风感小于20%，被认为是可接受的，否则吹风感导致的局部不舒适会带给人体严重的热不舒适性。本文吹风感采用ASHRAE-55的计算方法，仍将1.1m高处、人员坐姿头部的吹风感用于热舒适评估。对于垂直温差，由于头部与踝部对温度较为敏感，当头部与踝部的温差超过3℃会造成人体不舒适。本文的垂直温差选择距离地板以上1.1m与0.1m，即坐姿头部与踝部的空气温差为热舒适评估标准。
结语
本文针对一个层式通风供暖小型办公房间，采用正交设计的方法分析了不同因素对室内舒适性的影响，得出如下结论：1）对PMV影响最大的送风参数为送风温度，对空气龄影响最大的送风参数为送风角度，对吹风感影响最大的送风参数为送风速度，对垂直温差影响最大的送风参数为壁面温度。2）当壁面温度为14℃，优化方案为送风角度20°、送风温度27℃、送风速度1.8m/s。通过Fluent模拟验证后，发现通过综合平衡法得到的优化工况，各项舒适性指标达到ISO7730A级舒适性要求。
参考文献：
［1］ 董雷．碰撞射流通风系统在办公类建筑中应用的探讨［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００６.
［2］ 沈杰，钟珂，陈帅，等．碰撞射流通风供暖房间热环境实测研究［Ｊ］．暖通空调，２０１５，４５（４）：８９－９４.
［3］ 朱颖心．建筑环境学［Ｍ］．２版．北京：中国建筑工业出版社，２００５：２０１－２０２.
［4］钟珂，王新伟，华凤姣，等．高大空间风口位置高度对供暖效果的影响［Ｊ］．东华大学学报（自然科学版），２０１４，４０（３）：３３４－３７８．