侧墙上置风口置换通风系统性能的实验研究

赵建博黄晓瑞

1山东省建筑设计研究院

2青岛海信日立空调系统有限公司

侧墙上置风口置换通风系统性能的实验研究

赵建博1黄晓瑞2

1山东省建筑设计研究院

2青岛海信日立空调系统有限公司

对侧墙上置风口置换通风在不同负荷率下进行夏季工况，过渡季节工况，冬季内区工况的系统性能进行实验研究，得出此种通风方式下送风口的速度分布，室内的温度分布，0.1m处的风速等实验数据。通过分析实验数据得出，侧墙上置风口置换通风在满足室内热舒适性的前提下，能够提高房间的负荷承担能力，与混合通风相比能够得出较高的通风效率；另外，阶梯形的风口较普通的送风口能较少地卷吸上区品质差的空气，能更好地满足侧墙上置置换通风的风口特性要求。

上置风口 置换通风 负荷承担能力 通风效率

0 引言

与传统的混合通风相比，置换通风作为一种空气品质高、热舒适性好的送风方式，开始受到广泛的重视，在工业、民用和公共建筑中开始得到越来越多的应用。一般说来，置换通风可分为风口落地式，地板下送风，风口上置式，可以将风口落地式和地板下送风统称为传统的置换通风。传统的置换通风既占用了房间下部的有效空间，又在某些场合造成风口难以布置，因此，课题组曾提出利用侧墙上置风口置换通风这种送风方式来解决传统置换通风风口布置受限、负荷能力较低（一般为40W/m2[1]等缺点，并做了相应工作[2]，但是做的还不够深入，还需要进一步的研究。

本文在课题组原有工作的基础上，对侧墙上置风口置换通风在不同负荷率下进行夏季工况，过渡季节工况，冬季内区工况的系统性能做了进一步的实验研究，得到了此种送风方式下的负荷承担能力及通风效率值。

1 实验装置和测试手段

实验在一个如图1所示的气流分布实验室内进行，实验室的L×B×H=3.40m×2.90m×2.95m，实验室的四壁绝热，在东墙上开有一窗户，以便于观察。送风口安装于北墙，风口出风断面高度2.20m，断面尺寸1.25m×0.20m（b），其中送风口为普通条形百叶风口简称普通风口，送风口为在普通风口内装有一倾斜插板，使内侧风量占总风量的65%，外侧风量占35%，并且送风面分为宽度相等的两部分，从而使内侧速度（u1）大外侧速度（u1）小，简称阶梯形风口[2]，如图2所示，出风口宽度均为0.10m。回风口位于房顶南侧中心处，尺寸0.40m×0.40m；实验室东西墙各装有一盏荧光灯，均为60W；以发热电炉丝作热源，将均匀打孔铁皮做成热源形状反扣于发热电炉丝上，以此做成模拟热源，热源靠近房间的西南角。

图1 办公室实验模型

图2 阶梯形送风口模型图

本实验采用JWB一体化温度变送器测量温度场，精度A级（±0.15%FS）；采用HD103T.0微风速变送器测量速度场，精度±0.04m/s（0～0.99m/s），±0.2m/s（4～5m/s）。室内装有滑轨系统可改变测点的位置。

2 实验方案和测点布置

实验分为夏季，过渡季节，冬季内区三大工况。其中，阶梯形风口记为工况a，普通风口记为工况b，工况a和b根据负荷率的不同又各分为四个工况，各工况的参数列于表1中（其中热源模型为：人体100W/人，电脑300W/台，打印机200W/台）。

表1 实验工况

参照文献[3]，将距离风口安装墙面1.0m（X＞1.0m），离地面0.1m（Z＞0.1m）以上，1.8m（Z＜1.8m）以下的区域定义为工作区。

实验中主要测量室内温度分布，0.1m处风速及送风口沿竖墙各断面的速度分布。因此，在室内均匀布置9个测点分别测量各点的垂直温度分布，见图3；为了测量地面上0.1m处的风速，分别布置Y1=0.70m、Y2=1.45m、Y3=2.20m三条测量线，每条测量线上自北墙根沿X方向分别布置10个测点，测点坐标见图4；风口出口沿射流方向（Y方向）布置11个射流水平断面，在每个断面上（X方向）从墙面向射流外缘测量每间隔20mm布置一个点用以测量风口各断面的速度分布，见图5。

图3 室内温度测点布置图

图4 0.1m处速度测点布置图

图5 风口特性测点布置图

3 实验结果

3.1 工作区垂直温度梯度

置换通风的热舒适性要求室内工作区0.1～1.8m处的垂直温差小于3℃，因此，在室内均匀地选择了9个点来查看室内的温度分布特性。现仅将冬季内区工况a2的9个点的垂直温度分布给出于图6中，可以发现，水平温度分布均匀；尽管各点的水平位置不同，但各点的垂直温度梯度还是基本相同的，第三点对应的温度大于其它各点的温度，这是由于第三点位于热源附近的缘故，其它各工况具有相同的特点。图7～9将各工况工作区（0.1m＜Z＜1.8m）处的垂直温差绘成曲线，可以发现，随着负荷率及送风量的增大，0.1～1.8m处的垂直温度有增大的趋势，但除负荷率较大工况时（114W/m2）的某些点外，各工况工作区各点0.1～1.8m处的垂直温差均满足小于3℃的要求。由此可以说明，在负荷率≤93W/m2时侧墙上置风口置换通风工作区满足置换通风热舒适性的垂直温差要求。

图6 冬季内区工况a2室内各点的垂直温度分布

图7 夏季各个工况0.1～1.8m垂直温差

图8 过渡季节各个工况0.1～1.8m垂直温差

图9 冬季内区各个工况0.1～1.8m垂直温差

3.2 工作区0.1m处的风速

文献[3]给出舒适性空调室内风速冬季≤0.20m/s，夏季≤0.30m/s，而一般认为置换通风室内最大风速出现在地板附近，特别是0.1m高度左右，因此，测量了各工况下室内各测点的0.1m处的风速值，现仅将各工况测线Y2=1.45m上的风速值曲线在图10～12中给出。由图可知：在送风射流沿地面扩散的方向上，0.1m处的风速总体呈不断减小的趋势，工作区范围内，仅在负荷率较大工况时（114W/m2）的个别点速度值超过了规定值，其它各工况各点的速度值均满足舒适性空调要求，其余侧线有相同的特点。这充分说明：在负荷率≤93W/m2时此种送风方式下室内工作区0.1m处风速基本满足舒适性要求。

图10 夏季Y2=1.45m截面各工况地面0.1m处风速

图11 过渡季节Y2=1.45m截面各工况地面0.1m处风速

图12 冬季内区Y2=1.45m截面各个工况0.1m处风速

3.3 各工况的通风效率

由测出的送风，排风及室内工作区的温度值可以计算出各工况的通风效率，做出曲线如图13～15。由图可知，侧墙上置风口置换通风的通风效率在各工况下最小值也大于1.4，最大值高达2.2左右，均远大于混合通风的通风效率，这充分体现了置换通风的优越性。另外，在所做的工况里除了夏季a2工况外，阶梯形的风口的通风效率均大于普通风口，这充分说明对于侧墙上置风口置换通风，阶梯形的风口形式较普通风口能得到较高的通风效率值，更适用于侧墙上置风口置换通风。

图13 夏季各工况通风效率E

图14 过渡季节各工况通风效率E

图15 冬季内区各工况通风效率E

3.4 风口的卷吸特性

将阶梯形风口和普通风口在同一负荷率下沿射流（Z方向）方向各断面最大速度的无因次速度值曲线做出，现仅将冬季内区工况a1和b1的Um/Uo曲线给出，见图16。其中，Um为沿射流（Y方向）方向各断面的最大速度值，m/s；Uo为出风口的平均速度值，m/s；z为沿射流（Z方向）方向与出风口断面的距离，m；b为出风口的宽度0.2m。

图16 冬季内区工况a1和b1的Um/Uo

分析图中数据可知：在同样的送风量和送风口出风断面的前提下，阶梯形送风口的Um/Uo均大于普通风口，尤其在沿射流方向0～0.4m的距离上。这反映出阶梯形风口的卷吸弱于普通风口，尤其在沿射流方向0～0.5m的距离上，其余工况也有相同特点。因此可以得出，阶梯形风口更适用于侧墙上置风口置换通风，因为其在上区卷吸空气品质差的空气量小于普通风口。

4 结论

1）在满足热舒适性的前提下，上置置换通风能大大提高房间的负荷承担能力，其负荷承担能力可以由传统的置换通风的40W/m2提高到约90W/m2。实验中，当负荷率提高到114W/m2时房间内有些工作区内点的热舒适性无法得到满足。

2）在满足热舒适性的前提下，上置置换通风较混合通风能得到较高的通风效率值，最高时可达2.2左右。

3）阶梯形风口较普通风口在沿射流方向0～0.4m的距离上的卷吸量较小，卷吸上区空气品质差的空气量较少，并且能得到稍高的通风效率值，更适用于侧墙上置风口置换通风。

[1]A G L Svensson.Nordic experience of displacement ventilation systems[J].ASHRAE Transactions,1989,95(2):1013-1017

[2]魏京胜.上置置换通风风口特性及气流组织实验研究[D].西安:西安建筑科技大学,2005

[3]采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)[S].北京:中国建筑工业出版社,2003

Expe rim e nta l Study on Sys te m Pe rform a nc e of Dis pla c e m e nt Ve ntila tion w ith High Side w a ll Outle t

ZHAO Jian-bo1,HUANG Xiao-rui2
1 Shandong Provincial Architectural Design Institute
2 Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co.,Ltd.

Experimental study on displacement ventilation with high sidewall outlet,which includes conditions of summer,transition season,winter indoor under different load rates,the experiment data which include distribution of the supply air velocity,the air temperature,the 0.1m velocity are obtained.From the experiment data,displacement ventilation with high sidewall outlet systems are capable of removing larger heat loads,maintaining higher ventilation efficiency compare with mixing ventilation before it can maintain acceptable comfort;Otherwise,according to displacement ventilation with high sidewall outlet,the diffusers which the distribution of supply air velocity was uneven are better than the distribution of supply air velocity was even,because they are capable of absorbing less contaminated air of the upper zone.

up-fixing diffusers,displacement ventilation,capacity of thermal duty,ventilation efficiency

1003-0344（2015）02-018-4

2014-2-18

赵建博（1982～），男，硕士，工程师；山东省济南市槐荫区经十路22799号银座中心一号楼3501（250022）；0531-87913376；E-mail:zhaojianboly@163.com