置换通风湿环境的模拟研究.doc

置换通风湿环境的模拟研究摘要： 本文对一标准办公室的湿环境进行了模拟研究，并研究了湿量对室内湿环境的影响。结果表明室内的湿度也同样存在梯度分布，含湿量呈上升趋势，相对湿度呈下降趋势。置换通风系统的这一特点，有利于对空调空间进行有效的湿度控制和空调系统的节能；分析室内湿环境用含湿量比用相对湿度直观明显。关键词：置换通风 湿度 模拟分析 含湿量 相对湿度 1 引言已有的关于置换通风的研究大都是植根于欧美自然气候条件下进行的，我国的情况则与之有很大区别。在北欧，置换通风系统通常采用100%的室外新风加上能量回收装置回收余热，而在我国则基于节能的考虑，大多数场合要利用相当一部分的回风，而回风的湿度对于送风的湿度控制有着重要的影响。传统的混合通风系统假定通风空间的湿度为定值，然而对于置换通风系统来说，空间的湿度分布并不一致，这是因为热湿源形成的上升羽流将水蒸气携带进入上部空间。因此，对于使用置换通风系统的场合，室内湿度分布的概念以及湿度控制策略都应做出相应的调整，这对置换通风在我国的应用推广有很大的实际意义。本文使用airpak模拟室内湿度并讨论置换通风系统内的湿度分布的情况。2 置换通风的湿度分层特性置换通风房间内的温度随高度呈分层分布的现象已广为人知，然而湿度也存在分层梯度分布却较少被注意。大部分的研究都集中室内环境的温度和污染物浓度分布，相应地对于系统在热湿气候下的应用研究很少。这主要是因为置换通风起源于北欧的斯堪的纳维亚地区，虽然经过三十多年的应用与研究，技术已相当成熟，但是关于置换通风的基本理论都是基于那里特定的干燥气候，因为无需考虑除湿问题，所以大部分的研究着重于办公和工业建筑中的温度和污染物浓度分布，要将之在我国应用并推广，显然还有更多的工作要做1这种考虑方法当应用在湿度较大的气候条件下时会带来节能上的问题2:如果采用通常的假设认为房间内的相对湿度为常数，则由此计算得出的制冷容量将被高估6%，显然不利于节能。因此，针对置换通风系统内湿度分布的特点，应该在计算时作相应的调整，以期提高该系统的节能优势。下面通过一个简单的假设，来看看置换通风房间内存在的湿度梯度分布特性:如果假设整个房间的相对湿度恒定，那么由于温度的分层特性，即上部区域温度高而下部区域温度低，则由此可得出含湿量也是上部区域大而下部工作区小。因此可初步推断置换通风系统不同于传统混合通风的另一重要特性：系统内湿度具有梯度，呈分层分布。接下来再通过具体对一个使用置换通风的房间模拟来进一步探讨该系统下的湿度分布特点。3 置换通风的模拟分析3.1 模拟对象该模拟对象是一典型办公室，见图1，主要组成部分为：两个人，两台电脑，两张桌子，六只灯管，送风口布置在房间下，出风口安放在天花板的中心位置（见图1）房间的热负荷来自于人、顶灯和电脑（不考虑建筑热负荷），房间各组成部分的尺寸、位置以及热量大小见表1；室内湿源为两个人，以三种情况进行模拟分析湿量对室内湿度的影响，总的湿负荷为120g/h、200g/h和340g/h。送风口送风温度为17，送风速度为0.09m/s，湿度为8.5g/kg。 图1 模拟对象标准办公室 图2 模拟点水平布置表1房间及其内部物体的尺寸和发热量尺寸(m)发热量(w)房间5430送风口0.5310回风口0.430.430人10.40.351.175人20.40.351.175电脑10.40.40.4108电脑20.40.40.4173灯（共6个）0.21.20.1534桌子（2个）20.4760 选取人周围及房间中心的代表点垂直方向进行模拟分析，模拟点平面布置见图2。3.2 数值模拟方法通过模拟分析，最后采用了室内零方程模型，使用有限容积法，根据计算机的计算能力以及对计算精度的要求，模型采用六面体结构化网格进行网格划分，动量方程与能量方程的离散格式选用一阶迎风格式。选用simple算法处理压力速度耦合问题。在动量方程离散形式的求解过程中纳入松弛因子处理，以此加强非线性耦合方程迭代求解的稳定性。对于不同的变量所采用的松弛因子不同，根据经验，对于速度变量松弛因子取0.3，压力项的松弛因子取0.7，其它变量的松弛因子取1.0。在求解的过程中，判断各个变量收敛的标准也不相同，对于速度变量采用的是10-3，能量方程变量采用的是10-6。在前述条件已定的情况下，决定变量是否收敛或者收敛快慢的两个主要因素是网格的划分和初值的给定。在最初的计算时，赋初值为零，网格为粗网格，将计算出来的结果作为下一次计算的初值。然后再细化网格，进行新一轮的计算。事实上收敛解应该是不随网格数的变化而变化的。3.3 模拟结果分析首先分析人体散湿量共为200g/h时，室内含湿量和相对湿度的分布情况。图3 （0，0，-0.775）处含湿量和相对湿度场图4（0，0，-3.225）处含湿量和相对湿度场由图1、图2可以看出，含湿量在送风口处的数值最低，而相对湿度在送风口处的数值最高。由于置换通风系统的送风特性，送入的冷空气弥漫在整个房间的底部，所以在地板附近的含湿量也是较低的；由夏季送风量理论算法3，可知送风口的相对湿度比室内设计相对湿度要高。随着高度的增加，含湿量在增加，相对湿度在减少。同样由于置换通风系统上部回流区的气流组织特性，出风口的含湿量比天花板附近的要低。 以下为人体四周分布点的含湿量和相对湿度分布图：含湿量含湿量含湿量距地面高度（m） 距地面高度（m）图3 a、b、c 点垂线上含湿量分布图 图4 d、e、f点垂线上含湿量分布图 相对湿度含湿量距地面高度（m）距地面高度（m）图5 a、b、c点垂线上相对湿度分布 图6 d、e、f点垂线上相对湿度分布 由图5、图6可知，含湿量存在湿度梯度，随高度增加含湿量增大，到达分界层，含湿量又有所降低，这可能跟房间上部回流区的气流组织有关；相对湿度也存在梯度现象，但随高度增加，相对湿度减小。对于置换通风系统的这种特性，可以作出与温度分层分布特性相类似的分析。从保证工作区舒适性的角度来看，温度分层的特性导致在系统设计时，只要保证工作区满足人的舒适性的要求即可，同样，系统的湿度控制也只要保证工作区的湿度满足热舒适性的指标即可。4 散湿量对室内湿环境的影响分别针对散湿量为120g/h、200g/h和340g/h进行模拟，得出室内中心位置的含湿量和相对湿度分布。 图7 房间中心h 点垂线含湿量分布 图8 房间中心h点垂线相对湿度分布由图7、图8知，散湿量越大，含湿量梯度越明显，而相对湿度相差不大。因此，对于置换通风空调系统，由于送风温差不大，用含湿量分析室内湿环境比用相对湿度更可靠。很明显这种情况下置换通风比混合通风的去湿能力更强，对于散湿量较大的环境更适合于使用置换通风系统来控制室内的湿环境。与传统混合通风相比较，这意味着置换通风可以使用湿度更高的空气作为送风， 因而节约了制冷消耗的能量。5 结论本文用airpak软件，对标准办公室内的湿度和相对湿度进行了模拟分析，并分析了散湿量对室内湿环境的影响，得出以下几点结论：1)在置换通风系统中，空间的含湿量也同样存在梯度分布。在下部工作区随着高度增加而增加，在上部区域则变化较小，甚至在分界层后有减小的趋势。2)置换通风系统适合于散湿量大且热湿同源的场合，在整个空调系统的节能上有了新的空间，同时也为室内的湿度控制提供了新的思路。3)分析室内湿环境用含湿量比用相对湿度明显直观。 参考文献1 李晓山,倪波. 置换通风条件下的湿环境研究.建筑热能通风空调，2003,122 risto kosonen. displace