置換通風濕環(huán)境的模擬研究

1、置換通風濕環(huán)境的模擬研究摘要： 本文對一標準辦公室的濕環(huán)境進行了模擬研究，并研究了濕量對室內(nèi)濕環(huán)境的影響。結(jié)果表明室內(nèi)的濕度也同樣存在梯度分布，含濕量呈上升趨勢，相對濕度呈下降趨勢。置換通風系統(tǒng)的這一特點，有利于對空調(diào)空間進行有效的濕度控制和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能；分析室內(nèi)濕環(huán)境用含濕量比用相對濕度直觀明顯。關(guān)鍵詞：置換通風 濕度 模擬分析 含濕量 相對濕度 1 引言已有的關(guān)于置換通風的研究大都是植根于歐美自然氣候條件下進行的，我國的情況則與之有很大區(qū)別。在北歐，置換通風系統(tǒng)通常采用100%的室外新風加上能量回收裝置回收余熱，而在我國則基于節(jié)能的考慮，大多數(shù)場合要利用相當一部分的回風，而回風的濕度對于

2、送風的濕度控制有著重要的影響。傳統(tǒng)的混合通風系統(tǒng)假定通風空間的濕度為定值，然而對于置換通風系統(tǒng)來說，空間的濕度分布并不一致，這是因為熱濕源形成的上升羽流將水蒸氣攜帶進入上部空間。因此，對于使用置換通風系統(tǒng)的場合，室內(nèi)濕度分布的概念以及濕度控制策略都應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整，這對置換通風在我國的應(yīng)用推廣有很大的實際意義。本文使用airpak模擬室內(nèi)濕度并討論置換通風系統(tǒng)內(nèi)的濕度分布的情況。2 置換通風的濕度分層特性置換通風房間內(nèi)的溫度隨高度呈分層分布的現(xiàn)象已廣為人知，然而濕度也存在分層梯度分布卻較少被注意。大部分的研究都集中室內(nèi)環(huán)境的溫度和污染物濃度分布，相應(yīng)地對于系統(tǒng)在熱濕氣候下的應(yīng)用研究很少。這主要

3、是因為置換通風起源于北歐的斯堪的納維亞地區(qū)，雖然經(jīng)過三十多年的應(yīng)用與研究，技術(shù)已相當成熟，但是關(guān)于置換通風的基本理論都是基于那里特定的干燥氣候，因為無需考慮除濕問題，所以大部分的研究著重于辦公和工業(yè)建筑中的溫度和污染物濃度分布，要將之在我國應(yīng)用并推廣，顯然還有更多的工作要做1這種考慮方法當應(yīng)用在濕度較大的氣候條件下時會帶來節(jié)能上的問題2:如果采用通常的假設(shè)認為房間內(nèi)的相對濕度為常數(shù)，則由此計算得出的制冷容量將被高估6%，顯然不利于節(jié)能。因此，針對置換通風系統(tǒng)內(nèi)濕度分布的特點，應(yīng)該在計算時作相應(yīng)的調(diào)整，以期提高該系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢。下面通過一個簡單的假設(shè)，來看看置換通風房間內(nèi)存在的濕度梯度分布特性:

4、如果假設(shè)整個房間的相對濕度恒定，那么由于溫度的分層特性，即上部區(qū)域溫度高而下部區(qū)域溫度低，則由此可得出含濕量也是上部區(qū)域大而下部工作區(qū)小。因此可初步推斷置換通風系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)混合通風的另一重要特性：系統(tǒng)內(nèi)濕度具有梯度，呈分層分布。接下來再通過具體對一個使用置換通風的房間模擬來進一步探討該系統(tǒng)下的濕度分布特點。3 置換通風的模擬分析3.1 模擬對象該模擬對象是一典型辦公室，見圖1，主要組成部分為：兩個人，兩臺電腦，兩張桌子，六只燈管，送風口布置在房間下，出風口安放在天花板的中心位置（見圖1）房間的熱負荷來自于人、頂燈和電腦（不考慮建筑熱負荷），房間各組成部分的尺寸、位置以及熱量大小見表1；室內(nèi)濕

5、源為兩個人，以三種情況進行模擬分析濕量對室內(nèi)濕度的影響，總的濕負荷為120g/h、200g/h和340g/h。送風口送風溫度為17，送風速度為0.09m/s，濕度為8.5g/kg。 圖1 模擬對象標準辦公室 圖2 模擬點水平布置表1房間及其內(nèi)部物體的尺寸和發(fā)熱量尺寸(m)發(fā)熱量(w)房間5×4×30送風口0.53×10回風口0.43×0.430人10.4×0.35×1.175人20.4×0.35×1.175電腦10.4×0.4×0.4108電腦20.4×0.4×0.4173燈

6、（共6個）0.2×1.2×0.1534桌子（2個）2×0.4760 選取人周圍及房間中心的代表點垂直方向進行模擬分析，模擬點平面布置見圖2。3.2 數(shù)值模擬方法通過模擬分析，最后采用了室內(nèi)零方程模型，使用有限容積法，根據(jù)計算機的計算能力以及對計算精度的要求，模型采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進行網(wǎng)格劃分，動量方程與能量方程的離散格式選用一階迎風格式。選用simple算法處理壓力速度耦合問題。在動量方程離散形式的求解過程中納入松弛因子處理，以此加強非線性耦合方程迭代求解的穩(wěn)定性。對于不同的變量所采用的松弛因子不同，根據(jù)經(jīng)驗，對于速度變量松弛因子取0.3，壓力項的松弛因子取0.

7、7，其它變量的松弛因子取1.0。在求解的過程中，判斷各個變量收斂的標準也不相同，對于速度變量采用的是10-3，能量方程變量采用的是10-6。在前述條件已定的情況下，決定變量是否收斂或者收斂快慢的兩個主要因素是網(wǎng)格的劃分和初值的給定。在最初的計算時，賦初值為零，網(wǎng)格為粗網(wǎng)格，將計算出來的結(jié)果作為下一次計算的初值。然后再細化網(wǎng)格，進行新一輪的計算。事實上收斂解應(yīng)該是不隨網(wǎng)格數(shù)的變化而變化的。3.3 模擬結(jié)果分析首先分析人體散濕量共為200g/h時，室內(nèi)含濕量和相對濕度的分布情況。圖3 （0，0，-0.775）處含濕量和相對濕度場圖4（0，0，-3.225）處含濕量和相對濕度場由圖1、圖2可以看出，

8、含濕量在送風口處的數(shù)值最低，而相對濕度在送風口處的數(shù)值最高。由于置換通風系統(tǒng)的送風特性，送入的冷空氣彌漫在整個房間的底部，所以在地板附近的含濕量也是較低的；由夏季送風量理論算法3，可知送風口的相對濕度比室內(nèi)設(shè)計相對濕度要高。隨著高度的增加，含濕量在增加，相對濕度在減少。同樣由于置換通風系統(tǒng)上部回流區(qū)的氣流組織特性，出風口的含濕量比天花板附近的要低。 以下為人體四周分布點的含濕量和相對濕度分布圖：含濕量含濕量含濕量距地面高度（m） 距地面高度（m）圖3 a、b、c 點垂線上含濕量分布圖 圖4 d、e、f點垂線上含濕量分布圖 相對濕度含濕量距地面高度（m）距地面高度（m）圖5 a、b、c點垂線上相

9、對濕度分布 圖6 d、e、f點垂線上相對濕度分布 由圖5、圖6可知，含濕量存在濕度梯度，隨高度增加含濕量增大，到達分界層，含濕量又有所降低，這可能跟房間上部回流區(qū)的氣流組織有關(guān)；相對濕度也存在梯度現(xiàn)象，但隨高度增加，相對濕度減小。對于置換通風系統(tǒng)的這種特性，可以作出與溫度分層分布特性相類似的分析。從保證工作區(qū)舒適性的角度來看，溫度分層的特性導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)計時，只要保證工作區(qū)滿足人的舒適性的要求即可，同樣，系統(tǒng)的濕度控制也只要保證工作區(qū)的濕度滿足熱舒適性的指標即可。4 散濕量對室內(nèi)濕環(huán)境的影響分別針對散濕量為120g/h、200g/h和340g/h進行模擬，得出室內(nèi)中心位置的含濕量和相對濕度分布。

10、 圖7 房間中心h 點垂線含濕量分布 圖8 房間中心h點垂線相對濕度分布由圖7、圖8知，散濕量越大，含濕量梯度越明顯，而相對濕度相差不大。因此，對于置換通風空調(diào)系統(tǒng)，由于送風溫差不大，用含濕量分析室內(nèi)濕環(huán)境比用相對濕度更可靠。很明顯這種情況下置換通風比混合通風的去濕能力更強，對于散濕量較大的環(huán)境更適合于使用置換通風系統(tǒng)來控制室內(nèi)的濕環(huán)境。與傳統(tǒng)混合通風相比較，這意味著置換通風可以使用濕度更高的空氣作為送風， 因而節(jié)約了制冷消耗的能量。5 結(jié)論本文用airpak軟件，對標準辦公室內(nèi)的濕度和相對濕度進行了模擬分析，并分析了散濕量對室內(nèi)濕環(huán)境的影響，得出以下幾點結(jié)論：1)在置換通風系統(tǒng)中，空間的含濕量也同樣存在梯度分布。在下部工作區(qū)隨著高度增加而增加，在上部區(qū)域則變化較小，甚至在分界層后有減小的趨勢。2)置換通風系統(tǒng)適合于散濕量大且熱濕同源的場合，在整個空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能上有了新的空間，同時也為室內(nèi)的濕度控制提供了新的思路。3)分析室內(nèi)濕環(huán)境用含濕量比用相對濕度明顯直觀。 參考文獻1 李曉山,倪波. 置換通風條件下的濕環(huán)境研究.建筑熱能通風空調(diào)，2003,122 risto kosonen. disp