层式通风热气流组织特性及参数优化研究

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随着社会经济的发展以及生活水平的提高,降低能耗和提高室内热舒适是当今建筑领域的目标。层式通风在制冷工况下可有效地提高节能性和舒适性,为了探究层式通风在供暖工况下的应用潜力,本文将层式通风与传统供暖方式进行实验对比,探究层式通风的热气流组织特性。此外,为了使层式通风最大限度的发挥其作用,对层式通风的影响参数进行优化研究。本研究分别以办公建筑和居住建筑为例,对层式通风与混合通风和地板辐射采暖进行了主观和客观实验对比研究,结果表明:与混合通风相比,层式通风可提高人员区平均温度1.8 oC;提高通风效率25.00%;提高热舒适性10.00%。此外,层式通风人员区的平均速度与混合通风下的平均速度相近,不会因距离送风口较近而引起不舒适的吹风感。与地板辐射采暖相比,层式通风可提供较高的室内空气品质;缩短温度响应时间约30 min;减小垂直温差1.4 oC;有效缩短地板辐射采暖与空调系统间的操作温度差异。通过上述研究表明,相比于常规的供暖方式,层式通风的节能性和舒适性均有进一步的提升,因此本研究对层式通风进行了参数优化分析。基于Airpak模拟软件,分别以通风效率和气流分布特性指数为评价指标,对层式通风的影响因素进行单因素分析,结果表明节能性和舒适性为两个互相矛盾的目标,因此本研究提出了经济舒适比作为综合评价指标。以经济舒适比为优化目标,考虑全年运行工况,为了增加优化结果的普适性,利用建筑能耗模拟软件和Marquardt算法,对层式通风的送风温度、送风速度、送风角度和回风口位置进行了回归分析,得出层式通风在严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的四种回风口位置的全年运行参数优化结果。本研究提出间宽比(DWR)为层式通风的影响参数,以经济舒适比为优化目标,利用建筑能耗模拟软件和三次样条插值法,得出层式通风五种气候分区的四种回风口位置的全年运行的间宽比优化结果。本研究结果表明层式通风在供暖工况下具有舒适性和节能性的潜力,拓深了层式通风的热气流组织特性研究范畴,同时也为层式通风的参数设计提供了重要的参考依据。
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