冬季空调房气流组织改善研究

冬季空调房气流组织改善研究

赵紫生

广东美的制冷设备有限公司      广东佛山528300

摘要：随着我国全面步入小康社会，人们生活质量逐步提高，空调产品已经成为提升有限空间环境质量和舒适性的重要功能产品，借助房间空调器为人们提供舒适的热环境保障人们的身心健康和工作效率的提升。然而在科学技术持续创新发展的环境下，运用先进的技术和设计理念加强对空调房气流组织的优化和改善已经成为提升室内环境热舒适的重要举措，在气流组织改善方面着重关注垂直温度梯度和气流速度在室内的分布，基于CFD数值模拟室内速度场以及温度场分布，并结合试验研究进出风的气流组织，从而针对具体问题提出改善建议。

   关键词：冬季；气流组织；垂直温度梯度；气流速度

   引言：在经济和技术持续创新发展的环境下，利用空调的制冷和采暖功能已经成为改善室内热环境的重要举措。研究发现，不同空调设备在制冷和采暖方面呈现的效果存在较大差异，很多用户在使用空调过程中存在头热脚冷的现象，而且空调送风气流存在明显的吹风感，因此加强对空调器制冷和采暖功能的优化，针对室内热环境的各项数据进行详细分析，结合空调出风口位置、房间垂直温度梯度和气流速度分布等问题进行深入研究对于提升空调舒适性具有重要意义。

一、冬季热环境特点分析

（一）垂直温度梯度对热环境的影响分析

就目前空调应用的情况来看，由于冷、热气流存在密度差异，空调送风气流经常存在室内上层空气温度高、下层温度低的现象，这使得上、下层空气之间存在一定温度差，而且过大的温度差将会导致人体产生不适感。研究表明，人处于坐姿条件下，头部与脚部的温度差小于3℃会处于一个相对舒适的状态，较大的温度梯度将导致室内气流流速增加，产生较强的吹风感给人体带来不适。例如，在垂直温度梯度研究中，针对是否开启空调的两种工况下对垂直梯度温度影响进行测试和用户体验，其结果显示不开空调工况下的温度梯度小于3℃，然而开启空调导致其温度梯度大于3℃，体验结果也存在明显差异，因此空调送风气流引起的垂直温度梯度增加会对人体体验存在显著影响。

（二）气流速度对热环境造成的影响分析

人的机体具备散热和散湿的自调节和自适应功能，通过散热和散湿的方式可以保障人体温度维持在恒定范围内，从而帮助人体处于舒适状态。但空调的制冷和采暖功能会增加室内的空气流动和温度调节,房间温度和风速的变化会对人体的散热和散湿存在一定影响，特别是人体处于睡眠状态时，人体的机能会处于相对均衡的状态下，而空调气流速度过大会产生强烈的吹风感，破坏人体温度平衡机制，导致感冒、受凉。技术人员在气流组织改善的过程中可借助CFD模拟对房间内温度和风速进行仿真计算，通过实测数据分析不同高度及送风距离的温度场，并结合产品形态对进风口、出风口位置和布局进行优化设计，研究不同送风距离下的风速场，从而改善房间内温度场和风速场分布，有效控制房间的舒适区。

二、空调房气流组织的改善策略探究

空调房气流组织的改善应该着重关注现存的问题，其中风速和温度差的影响需要重点关注，在气流组织改善中可以从以下几个方面开展研究。

（一）改善温度差过大的策略探究

针对垂直温度差过大的问题应该首先分析其原因，就目前空调房的设计情况来看，其主要以夏季制冷工况作为设计参考，忽视冬季制热工况热风的气流组织与制冷工况存在较大差异。从房间上部区域送风，送风气流与室内空气充分混合，在室内工作区形成均匀的风速场及温度场，几乎不存在温度分层现象。目前挂壁式房间空调器送风设计主要采用上进风、下送风且其布局在房间上部区域，结合导风板结构有效降低因热空气上升和冷空气下降带来的温度差问题，因此在空调房设计中选择此种送风方式对于提升室内温度均匀度，降低垂直温度梯度具有深远意义。

（二）改善送风循环及空气质量研究

目前空调的应用情况来看，人们习惯采用封闭门窗的方式实现节能及舒适，但是门窗紧闭将直接影响室内外空气的流通和循环。其根源是这种状态下，空调房会存在一定的通风区和静风区，静风区风速较低导致空气循环阻塞，局部区域空气无交换，送风效率低，空气质量差，人体处于这种环境会产生不舒适闷感，而且该区域空气浑浊易导致呼吸困难、影响机体正常运作。当前空调房的设计侧重于室内风口的研究，而较少关注出风口，因此空调房设计中基于节能和采暖的基础上设置室内外置换出风口，通过进风口和出风口的衔接，改善室内静风区，使得室内气流蠕动，与此同时通过进出风口的衔接，提升通风区的空气质量和循环效果和换气效率。

（三）改善空调吹风感的举措分析

众所周知，冷风直吹会对人体造成伤害，但实际上冬季的热风同样会给人体造成严重威胁，冬季热风同样存在强烈的吹风感，通常产生呼吸急促和嘴唇干裂等问题，甚者导致人体机能产生变化。目前大部分空调房的设计基于上送风和下回风气流循环的方式，采用此种送风形式仍存在一些问题，导致室内换热过程中存在较强的热吹风感，因此在空调房设计中应该合理布局回风口的位置和形式，不同形式或不同位置的回风口会发挥出差异性的效果。可以结合下送上回的方式保障室内空气流通，其可以将换热气流及时传送到室内送风口，通过CFD温度场模拟可以精准发现采用下送风上出风的方式可以有效降低室内温度差，快速提升房间温度，结合导风板结构及气流形式实现风避人或送风区域与人体活动区分离，降低吹风感，提升人体舒适性，从而可以有效改善人们的生活质量，满足不同用户的风温需求。

（四）合理设计空调气流强度控制系统

通过室内热环境的模拟和测试，气流的强度和温度对空气的温度变化具有重要影响。气流强度的增加会导致人体体感温度下降，同时温度的升高也会导致空调房窗前形成缓慢流动的空气间隙，这个间隙通常被称为热缓冲带，它位于空调工作区和非工作区的交汇处，因此在空调房设计中可以在这个位置安装温度传感器，通过温度传感器检测保障温度值的精准性，同时根据温度传感器数据进行反馈调节空调的气流强度，有效实现温度和气流强度智能动态联控。在空调房设计中结合温度传感器、智能设备及计算机算法等建立完善的温度控制系统，将空调作为调节温度、风速的终端设备，通过实时采集房间温度及气流强度数据实现空调智能控制，例如人们可以结合自身舒适程度灵活选择风速的大小或压缩机运行频率。然而在气流强度控制系统开发设计中应该重点关注硬件设计和软件算法，其总控系统由工控机、温度检测信号调制电路、继电器控制电路以及数据通信网络等设备组成，在室内多个位置布置温度采集点，并且将温度数据实时采集分析，并通过中央处理器进行反馈，空调终端实现自适应调节，提供舒适热环境。

三、结束语

目前空调房垂直温度梯度大和风速不均匀的问题是影响空调房冷热效果和人体热舒适的关键，结合现有房间空调器的问题侧重研究不同进风口和出风口位置及送风形式的气流方式，在建筑环境气流组织研究过程中运用CFD仿真软件模拟计算温度场和速度场的数值，结合室内环境实际安装条件和安装场景采用科学的进、出风方式改善房间气流组织，不断提升室内热环境的舒适性。

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