旋流风口的地板送风系统在办公建筑内的设计和实验研究

地板送风和置换通风系统具有节能和提高室内空气品质等优点，使得这两种系统成为当前研究的热点。置换通风是指送风通过设在房间下部的低动量送风器以小温差、大风量、低速度直接送入室内活动区。送入的较冷新鲜空气因密度大在重力作用下先是下沉，随后慢慢扩散，在地板上形成一层很薄的空气湖，当遇到热源时，被加热，以自然对流的形式慢慢升起。室内热污染源产生的热浊气流在浮升力作用下上升，并不断卷吸周围空气，在热浊气流上升过程中的卷吸作用和后续新风的“推动”作用以及排风口的“抽吸”作用下，覆盖在地板上方的新鲜空气也缓慢向上移动，形成类似向上的活塞流。同时污染物也被携带向房间的上部或侧上部移动，最后将余热和污染物由排风口直接排出。地板送风系统是利用架空地板的下部空间将处理好的空气直接输送到人员活动区。地板送风基本原理与置换通风相似，都会在室内产生垂直方向的温度梯度，和热力分层现象。不同之处在于1）送入活动区的空气以较高的风速、从面积较小的散流器出口流出。在其他条件相同的情况下，旋流一次送风卷吸室内下部空气，改变了地板附近区域空气流动特性。包括增大了地板附近空气混合量，提高了地板附近空气温度，减小了地板附近垂直方向的温度梯度。2）局部送风条件通常由工作人员独立控制，这可提高工作人员对热舒适环境的满意程度。基于地板送风与置换通风原理的相似与差别，本文参考麻省理工学院提出的有关办公室中置换通风的设计方法，并结合旋流风口地板送风系统的特性，提出一种针对旋流风口地板送风系统的设计方法。实验对设计方法进行了验证，并对地板送风系统下的室内热舒适进行评价。

旋流风口地板送风的设计（一级）

步骤4：确定保证室内空气品质所需的新风量Vf

地板送风系统，此值介于0.6-0.7之间。

设计方法的实验研究（一级）

实验环境（二级）

实验室位于苏州妥思空调有限公司办公大楼内。实验房间尺寸为6.7m×4m×3m，送风静压层高度为0.35m。房间内放置了：暖体假人两个（坐姿，散热量为60W/个），办公桌（一个），座椅(两个),照明设备（荧光灯18个，散热量为40W/个），圆柱形对流热源（四个，散热量为120W/个），模拟冷热墙（可控制墙体温度）。实验房间风口布置剖面图如图1所示，设备布置平面图如图2所示，实验室实型如图3所示。

实验仪器（二级）

温度和风量测量装置分别安装于送风干管和回风管中，用于测量空调房间的送回风温度和风量。温度测量精度为±0.1℃，取样方法为每90秒测量50次。风量测量装置是由一系列小直径的配有毕托管的直管组成，可精确测量送回风量。多点温度测量仪用于测量房间内的温度分布，如图4所示，它主要由一排温度传感器，移动小车和数据线组成。温度传感器测量精度为±0.1℃，分别距地面0.1m，0.6m，1.1m，1.7m和2.5m。移动小车用于改变测量位置。数据线可将测量结果直接传输到数据采集和记录装置。房间中心距地面1.1m处安装了温度测量装置，测量值代表室内温度。数据采集、记录和控制装置可通过数据线，直接读取和记录所有测量仪器的测量结果，并可控制送回风量、送风温度等参数，装置如图5所示。非接触测温仪Raytek用于测量地板及墙壁温度。

实验过程（二级）

设计三种典型空调冷负荷。室内冷负荷的控制方法如下：通过改变荧光灯的个数改变照明负荷，通过改变暖体假人和电辐射加热器个数改变人员和设备负荷，通过控制冷热墙改变围护结构负荷。在此三种典型负荷下，通过设计方法计算送风参数。房间设计温度26℃，设计头脚温差取2℃。各次实验的负荷如表1所示，设计与计算参数如表2所示。需要指出的是，实验所用的暖体假人不模拟湿负荷，主要是因为：1）在处理湿负荷方面，地板送风比置换通风更有优势。文中提出的地板送风的设计方法基于置换通风的设计方法，而置换通风的设计方法可以解决房间内湿负荷问题，因此基于地板送风在解决湿负荷方面也没有问题。故由于条件所限，本实验没有研究地板送风处理湿负荷问题。2）在本实验中，人员作为湿负荷的来源，在总负荷中所占比例非常小，对房间内的温度分布和热舒适情况影响很小，暖体假人不模拟湿负荷对实验结果影响很小。

系统将送风温度和送风量调试到设计值，并当房间处于稳定状态后，记录回风温度、房间温度和墙壁壁面温度。通过移动多点温度测量仪来测量和记录房间内特定位置平面的温度分布。测量平面分别距右墙1.0m，1.6m，2.2m和2.8m，其实际位置如图6所示。平面1和2用于测量热源区温度分布，平面3和4用于测量自由区温度分布。图7为测点布置平面图，测点 由图中黑点表示。

实验结果及分析（一级）

实测结果与计算参数比较（二级）

实测结果与计算参数比较如表3所示，表中送风温度和送风量为实验设定值。由表3可知，三种情况下，地面区温升系数 均接近0.6，坐姿头脚温差均小于2℃，送排风温差也都接近设计值。实验结果验证了设计方法的正确性。

室内温度分布（二级）

水平温度分布（三级）

测试结果表明：在三种测试条件下，同一水平高度温度比较均匀,最大偏差在0.5℃之内，靠近热源部分温度稍高,在自由区温度稍低。

垂直温度分布（三级）

与水平方向温度分布相比，垂直方向存在较大的温度梯度。通过计算得到三种情况下的温度梯度，分别如图6，7，8所示。三种情况下室内最低温度都位于高度0.6m左右，这与旋流风口的特性有关；随着送风量增大，垂直温度梯度逐渐减小。实验1、2和3下的站姿头脚温差（0.1m-1.7m）分别为1.8℃，2.7℃，2.0℃。ASHRAE55-1992[4]要求人站姿的头脚温差应小于3℃。而根据中国人身高情况，头脚温差（0.1m-1.5m）分别为1.6℃，2.5℃，1.8℃，亦符合要求。实验结果表明0.1m－1.1m处的实测温差大大低于理论值，这是因为：1）旋流风口的送风特性。旋流风口的卷吸作用使得室内下部区为混合区，且使得室内最低温度位于高度0.6m左右，室内垂直方向的温度梯度减小。2）地板送风系统的管道布置。本实验的地板送风系统通过管道将处理过的空气送到每个送风口，通过地板静压箱向室内的渗透冷量显著减小，这也是室内地板附近空气温度较高的一个原因。

室内当量温度 t0（二级）

通风效率（二级）

通风效率用于考察气流分布方式能量利用的有效性，工作区的通风效率可以用下式计算：

结论（一级）

1.地板送风和置换通风在原理上具有很大的相似性。本设计方法和评价体系基于置换通风的理论体系，并根据旋流风口特性，将地面区温升系数定为0.6-0.7之间。实验结果表明：地面区温升系数在三种送风量下都接近设定值，房间温度、回风温度、头脚温差等参数与理论计算结果接近。对于办公建筑，设计方法可用于旋流风口地板送风系统的设计。

2.评价了旋流风口地板送风系统下的室内热舒适情况，实测结果表明：水平方向温度分布均匀，垂直方向头脚温差（0.1m-1.1m）小于2℃，1.1m处的室内当量温度接近26℃，通风效率接近1.4。地板送风系统具有较好的热舒适和较高的通风效率。