某客厅中央空调风口位置对室内影响的数值模拟

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【摘要】中央空调出风口位置的选择，将直接影响室内人员的舒适度，本文采用计算流体力学的方法模拟计算中央空调在不同的出风口位置下对室内的制冷效果，并采用一定的舒适度评价指标对不同风口位置下的舒适度进行分析，对比得到该室内风口安装的一个较为合理位置。

【关键词】中央空调 风口 数值计算 舒适度

随着生活水平的提高，中央空调渐渐的取代了柜式空调和挂式空调在日常生活中的地位。人们也不只是需要简单的制冷与制热效果，更需要是处在一个相当舒适的环境，所以中央空调的舒适性具有十分重要的理论意义。话说中央空调三分质量，七分安装，可见空调的安装是很讲究的，安装位置很大程度上决定了房间的舒适性。目前的中央空调的安装位置主要取决于安装工人的一些经验，缺乏合理的分析。

本论文以某一客厅中央空调风口为分析对象，选取不同的风口位置，得到不同的速度和温度场数据，分析对比其舒适度找出最佳风口位置。

一、计算流体力学理论

任何流动问题都必须满足质量守恒定律。

其中：ρ代表了流场中流体的密度；

t代表了时间；

μ、υ、ω分别代表x、y、z三个方向上的速度矢量。

动量定理是能满足一切流动系统的基本定理，它的基本原理来源于牛顿第二定律也就是受力与速度之间的关系。流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上的各种力之和。公式的推导也是建立在一个微小的立方体流体单元上的，完整表达如下：

其中：P表示流体微元体上的压力；

μ是动力粘度；

Su、Sv、Sw是广义源项。

能量守恒定律是包含有热交换的流动系统必须满足的基本定律。

以温度T为变量的能量守恒方程为：

式中：Cp为比热容。

二、客厅模型及风口布局

室内空气分布数值模拟以及对其影响因素的分析过程中，更应该结合空调房间的实际情况，这样通过数值模拟获得分析结果才有很强的指导意义。但是考虑到各个空调房间内热源有所不同，不可能对各个空调房间进行数值模拟，所以只能选择具有某些共性因素来考虑，如护结构等，希望能获得具有一定普遍适应性的分析结果。本文以图1所示的房间为模拟对象，模型房间空间尺寸为：长×宽×高（XYZ）=6m×3m×3m，。地板作绝热面处理，东、西、北、南四面外墙以及屋顶则均要考率到外界环境影响。送风口尺寸为：长×宽=1m×0.3m，回风口尺寸为：长×宽=1m×0.4m。

图1 客厅模型及风口位置

三、客厅的速度场、温度场及舒适度分析

影响人体热舒适的因素包括吹风感，垂直温差，空气湿度，辐射不均匀性等。其中吹风感和垂直温差是两种典型的影响人员热舒适的情况。本文主要是分析客厅速度场和温度场，从而找到对人体较为舒适的风口位置。

在室内空间，风速大小对人体的舒适性有一定的影响，当风速超过0.25m/s时，人就会感到有明显的吹风感。在较凉的环境条件下，吹风会强化冷感觉，对人体的热平衡有破坏作用，因此吹风感相当于冷感觉。空调送风设计不合理的时候，还容易形成温度梯度，从而极大的影响人员的舒适度。本文在不同风口位置的情况下，送风速度为0.6m/s和送风温度为18℃时，得到了客厅的速度及温度场如下图所示：

图2 不同送风口下的速度场分布

图3 不同送风口下的温度场分布

从图2可见，当风口位置在沙发对面顶上和沙发侧面顶上时，沙发上的空气流速在0.3m/s左右，坐在沙发上的人将会有明显的吹风感；而当风口在沙发顶上时，沙发周围的空气流速较小，满足人体舒适要求；从图3可知，在三种不同的风口布局下，当室内温度达到恒定时，室内的温差效果不是很明显，沙发的温差都在1℃以内，满足人体舒适度要求。

四、结论

采用计算流体力学的数值计算方法，某客厅中央空调的风口位置进行模拟。对比分析三种不同风口位置下沙发周围的速度场和温度场结果：

（1）中央中条风口的位置，将直接影响到室内人体的舒适度，合理的选择和安装空调风口十分必要。

（2）将风口安装在沙发顶部，将有效降低沙发上的风速，降低沙发上人体的吹风感。

（3）在室内温度达到恒定之后，风口的布局对室内的温度影响不明显。