摘要： 低溫送風(fēng)空調系統能夠大量的節省能耗，提高室內空氣品質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到很多工程設計人員及業(yè)主的認同。但是，這種系統也存在一些影響其應用的難題，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是：對低溫送風(fēng)系統的射流分離點(diǎn)的控制比較困難。本文從五個(gè)方面對低溫送風(fēng)系統的射流分離距離進(jìn)行分析和討論：（1）由于送風(fēng)溫度的降低，容易導致送風(fēng)射流提前分離下降到工作區，從而造成室內人員的吹冷風(fēng)感。（2）由于送風(fēng)射流的提前分離，會(huì )造成室內一部分區域形成空氣滯止區。（3）在部分負荷情況下，低溫送風(fēng)系統的射流分離距離的研究更加具有工程意義。（4）房間空間結構對低溫送風(fēng)系統的分離距離的影響。（5）在空調供熱工況下，低溫送風(fēng)系統的分離距離的研究。

　　關(guān)鍵詞： 低溫送風(fēng) 射流分離 節能 室內環(huán)境

　　1 低溫送風(fēng)系統射流分離點(diǎn)的簡(jiǎn)介

　　1.1 低溫送風(fēng)系統的特點(diǎn)及其射流分離的特性低溫送風(fēng)系統就是隨著(zhù)冰蓄冷系統的發(fā)展而興起的。它可以充分利用冰蓄冷系統直接供應的1～4℃的低溫冷媒水，從而在不增加制取低溫冷媒水費用的前提下，降低送風(fēng)溫度提高送風(fēng)溫差。并且帶來(lái)一系列的優(yōu)點(diǎn)：Ⅰ.送風(fēng)量減少節省送風(fēng)系統的風(fēng)機能耗；Ⅱ.減少送風(fēng)設備（如風(fēng)管、散流器、空氣處理機組、風(fēng)機等設備）的初投資和安裝費用，以及所需的安裝空間，從而有可能降低樓層高度；Ⅲ.提高冷媒水的除濕能力，從而提高了室內舒適性。低溫送風(fēng)系統可以節約能源，改善室內環(huán)境，這些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在實(shí)踐中證實(shí)。但是，這種系統也存在一些影響其應用的難題，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是：由于低溫送風(fēng)系統的送風(fēng)溫差增大，射流分離點(diǎn)的控制比較困難，從而有可能會(huì )惡化室內環(huán)境。

　　1.2 目前的研究現狀在1988年，Dorgan C E， Elleson J S.[2]就提出了：低溫送風(fēng)系統的低溫射流容易下降到工作區，從而造成室內人員的吹冷風(fēng)感，降低了室內的環(huán)境質(zhì)量。在應用低溫送風(fēng)系統剛開(kāi)始時(shí)，常采用帶風(fēng)機的混合箱末端設備。但是，采用這種方法，有研究表明[3]：這種空氣分布末端設備的小功率風(fēng)機消耗大量的能耗，甚至有可能超過(guò)所節約的風(fēng)機能耗，而且小風(fēng)機的噪聲比較大，降低室內環(huán)境質(zhì)量，所以這種方法不是一種理想的節能方法。

　　隨后，有許多研究者對低溫送風(fēng)系統的散流器進(jìn)行了研究，并設計了一些專(zhuān)用的散流器，如：旋流型散流器[4]、噴嘴型散流器[5]以及中國西南交通大學(xué)設計的“風(fēng)車(chē)－風(fēng)扇”式旋流型散流器[6].通過(guò)這些散流器可以提高送風(fēng)射流與室內空氣的混合，從而降低射流提早下降到工作區的可能性。本文將從五個(gè)方面對低溫送風(fēng)系統進(jìn)行分析和討論：

　　2 射流下降引起吹風(fēng)感

　　2.1 吹風(fēng)感的定義“吹風(fēng)感”的概念是用來(lái)評價(jià)室內空氣速度和溫度對人體舒適性的一個(gè)指標。其定義是：在空氣濕度和熱輻射一定的情況下，由于空氣流動(dòng)和溫度引起的局部冷、熱感[10].其評價(jià)方法是：有效吹風(fēng)溫度法。

　　2.2 射流下降對舒適性的影響對于制冷工況，送風(fēng)射流下降到工作區，會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)方面的影響。一方面，在射流下降的區域會(huì )造成空氣流速比較大并且溫度也比較低，從而會(huì )造成室內人員的吹冷風(fēng)感。另一方面，由于射流提前下降，造成室內存在空調風(fēng)不能到達的區域。在該區域里，空氣流速比較低而且溫度比較高，從而造成室內人員比較熱，降低室內熱舒適性。

　　在低溫送風(fēng)系統射流下降的可能性更大，而且影響也更加嚴重。由于送風(fēng)溫度低，會(huì )對低溫送風(fēng)系統造成兩個(gè)負面影響。其一，送風(fēng)溫差增大，導致射流的浮力的影響增大，從而使射流提前下降的可能性增大。其二，送風(fēng)流量減少，低溫送風(fēng)系統的氣流組織設計的難度加大。如果送風(fēng)系統沒(méi)有進(jìn)行良好設計的話(huà)，很可能會(huì )導致室內溫度分布的不均勻，降低了室內的熱舒適性。

　　對于低溫送風(fēng)系統的氣流組織的幾點(diǎn)建議：（1）宜采用具有送風(fēng)射流不易下降的圓形散流器，但需注意這種射流的射程比較短。（2）為了使室內的溫度分布比較均勻，需要采用數量更多，尺寸較小的散流器來(lái)分布較小流量的空調風(fēng)。（3）采用擴散性能比較好的散流器，使低溫射流快速與室內空氣混合，從而降低射流下降的可能性，提高室內溫度分布的均勻性。（4）射流的紊度也是產(chǎn)生吹冷風(fēng)感的一個(gè)原因，不要輕信高紊流度的射流會(huì )使低溫射流能與室內空氣混合較快提高室內的熱舒適性。所以在應用高紊流度的散流器，需要考慮射流的紊流度，以免造成的負面效應。

　　3 射流分離距離對滯止區的影響3.1 滯止區的位置滯止區的位置與送風(fēng)方式以及送風(fēng)末端設備有關(guān)，也與空調工況有關(guān)。本文主要討論低溫送風(fēng)系統的氣流組織。一般地，低溫送風(fēng)系統采用頂部送風(fēng)方式，這樣的話(huà)，低溫射流可以通過(guò)與房間上部非工作區的空氣進(jìn)行有效混合，從而降低室內人員的吹冷風(fēng)感的可能性。對于制冷工況下，由于自然對流的原因，室內空氣會(huì )從上往下形成一個(gè)速度大約為0.1m/s的滯止區域。對于供熱工況下，同樣的原因，室內空氣會(huì )形成一個(gè)從下往上的滯止區。為了便于理解，這里給出頂部送風(fēng)的圓形散流器和高側墻散流器分別在供冷和供熱工況下的滯止區域分布圖[10]，見(jiàn)圖1.從圖1可以看出：在供冷工況下，滯止區域比較小而且分布在房間的上部，對室內環(huán)境的影響較小。在供熱工況下，滯止區域在房間的下部，而且比供冷工況的要大，當采用圓形散流器時(shí)，更為明顯。

　　3.2 滯止區對室內環(huán)境的影響滯止區域的特點(diǎn)是空氣流動(dòng)緩慢，不同速度呈分層狀態(tài)。但這并不表示空氣品質(zhì)不好。只要室內的其他舒適性參數滿(mǎn)足要求的話(huà)，舒適性標準并沒(méi)有室內最小流速的限制。但是，在實(shí)際工程當中，當空氣流速比較低的情況下，很難維持室內的溫度分布均勻，以及保證室內的污染物有效的排出。所以，雖然滯止區域對室內環(huán)境沒(méi)有直接的影響，但是在設計過(guò)程中還是應盡可能的減少滯止區域。

　　3.3 射流分離距離對滯止區的影響及其建議從頂部風(fēng)口送冷風(fēng)的示意圖（圖1）可以看出，在受熱墻壁一側，上升的自然對流阻礙了整個(gè)射流的運動(dòng)，因此，射流在到達該墻壁之前就開(kāi)始下降。另一方面，整個(gè)射流到達內墻后會(huì )沿墻壁下降一段距離。采用這種送風(fēng)口，能夠使室內滯止空氣量降低并且室內空氣的溫差減少，適合于低溫送風(fēng)系統。

　　圖1：圓形散流器和高側墻散流器的頂部送風(fēng)系統的滯止區域分布圖4 VAV系統中射流分離距離的分析空調設計負荷是按照最不利情況得出的，在實(shí)際工程當中大部分時(shí)間空調負荷都低于空調設計負荷。為了進(jìn)一步的節約能源，通�？照{系統采用變風(fēng)量系統（VAV）以滿(mǎn)足低負荷要求。在低溫送風(fēng)系統中應用VAV系統，由于流量的減少以及溫差的增大會(huì )產(chǎn)生一些新的問(wèn)題。在變風(fēng)量系統中，存在一個(gè)最小風(fēng)量，該風(fēng)量是根據室內環(huán)境最小通風(fēng)量確定的。在低溫送風(fēng)系統中，這個(gè)風(fēng)量是影響室內環(huán)境最?lèi)毫拥那闆r。如果調節散流器的風(fēng)口不能滿(mǎn)足舒適性要求的話(huà)，需要提高送風(fēng)溫度。VAV系統，在最小送風(fēng)量下運行是最容易產(chǎn)生不舒適感的情況。所以工程師和設計人員需要對此時(shí)的射流分離距離進(jìn)行仔細設計和考慮。

　　4.1 送風(fēng)量以及送風(fēng)速度對射流分離距離的影響散流器的開(kāi)口面積不變時(shí)，如果送風(fēng)量減少，那么送風(fēng)速度也相應減少。此時(shí)，Ar數會(huì )增大，浮升力對射流的影響增大，射流下降的可能性增大。Kirkpoatrick和Hassani從理論上已經(jīng)研究表明[6]：當其他條件不變的情況下，只要送風(fēng)射流的動(dòng)量相同的話(huà)，射流產(chǎn)生的室內熱舒適性相同。所以可以通過(guò)調節散流器的開(kāi)口面積來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。但是，送風(fēng)速度又必須滿(mǎn)足室內環(huán)境的噪聲要求，以及散流器的壓降要求。當散流器的壓降過(guò)大，不但會(huì )增加能耗，而且噪聲會(huì )增大。

　　需要強調的幾點(diǎn)是：（1）對于送風(fēng)溫差一定，送風(fēng)量對射流分離距離的影響比速度對其的影響要大。因此，為了避免射流降落，房間內采用幾個(gè)較小的送風(fēng)口比單獨用一個(gè)大風(fēng)口要好得多。（2）偏轉角度大的送風(fēng)口也會(huì )引起頂棚效應，這一效應將會(huì )增加射程，減小射流降落值。但是，需要注意，這樣的話(huà)，要保證吊頂的衛生狀況，以避免送風(fēng)射流受到吊頂的污染。

　　5 房間空間結構對射流分離距離的影響房間的幾何尺寸和空間結構都會(huì )影響室內的氣流組織分布。當房間的幾何尺寸比較小，會(huì )使送風(fēng)射流變成受限射流。一般舒適性空調中，送風(fēng)射流基本上都具有受限射流特性。當射流為受限射流時(shí)，射流的射程受到回流的截面尺寸和空間長(cháng)度的影響。另外，當射流沿著(zhù)墻體或者吊頂壁面送出的話(huà)，會(huì )形成貼附射流。其次，房間的梁對射流的影響也非常大。如果氣流組織設計不合理的話(huà)，梁對射流會(huì )起阻礙作用，同時(shí)，也會(huì )使室內滯止區域增加，影響室內環(huán)境。

　　5.1 貼附射流的特點(diǎn)及其對射流分離距離的影響假如射流沿著(zhù)表面或者離表面幾厘米平行射出時(shí)，射流會(huì )具有貼附表面的特性。而影響射流的因素就稱(chēng)之為射流的“Coanda”效應。這種效應使得在射流貼附表面會(huì )形成一個(gè)低壓區，導致房間氣壓較高的空氣使得送風(fēng)射流貼附在表面上，所以射流難得下降，射流分離距離增大。一般的原則是：貼附射流的分離距離是自由射流的分離距離的 倍。

　　5.2 天花板的梁以及室內障礙物對射流的影響在房梁裸露的空間內，梁和室內障礙物有可能會(huì )改變送風(fēng)射流的流型，影響室內氣流組織，降低室內舒適性。送風(fēng)口應該布設在最低房梁的底部，其高度應該低到足以采用向上或弧形的射流路徑。送風(fēng)口與梁的位置是梁對射流的影響的決定因素。當梁離送風(fēng)口的距離超過(guò)一個(gè)極限值時(shí)，可以認為梁對射流沒(méi)有影響。否則，射流將會(huì )與梁碰撞，并且改變了射流的方向，有可能導致射流提前下降，使室內溫度分布不均勻。

　　6 供熱工況時(shí)射流的分離距離隨著(zhù)人們生活質(zhì)量的提高，室內熱源不斷增加�？照{在供熱工況運行的時(shí)間也越來(lái)越少。在有些大樓的內部區域需要常年制冷，僅在周邊區域需要供熱，而且熱負荷比較低。造成供熱工況下，空調系統運行比較難以控制�？照{在供熱工況下運行，會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)方面的問(wèn)題。其一：熱負荷較低，送風(fēng)量減少，氣流組織設計比較困難。其二：受浮力的影響，熱射流有上升的趨勢，從而造成室內溫度分層現象。根據ASHRAE標準，工作區的垂直溫差不宜超過(guò)3K.解決方案建議：在制冷工況下，低溫送風(fēng)系統中，由于送風(fēng)溫差大，流量也比較小。如果制冷工況滿(mǎn)足的話(huà)，那么供熱工況也比較容易滿(mǎn)足舒適性要求。從這個(gè)角度來(lái)講，低溫送風(fēng)系統對于供熱工況還有優(yōu)勢。但是，根據ASHRAE手冊可知：供熱送風(fēng)溫差不宜超過(guò)15℃，以免造成室內的溫度分布不均勻，影響室內的舒適性。

　　對于熱風(fēng)上浮的問(wèn)題，可以采用調整散流器的導葉片，使得送風(fēng)射流朝工作區方向送出。另外，也可以調整散流器的送風(fēng)面積，提高送風(fēng)速度，以減少浮升力對射流的影響。目前制造廠(chǎng)商已經(jīng)生產(chǎn)出了這類(lèi)產(chǎn)品�？梢缘街圃鞆S(chǎng)商的產(chǎn)品目錄獲得相關(guān)信息。

　　7 經(jīng)過(guò)對低溫送風(fēng)系統的若干問(wèn)題進(jìn)行分析與討論，得出如下一些結論與建議對于低溫送風(fēng)系統的送風(fēng)口選擇的幾點(diǎn)建議：（1）空氣末端設備采用較小型號的散流器對室內環(huán)境有利。（2）采用擴散性能比較好的散流器。（3）射流的紊度也是產(chǎn)生吹冷風(fēng)感的一個(gè)原因，需注意：紊流對射流分離具有兩面性作用。

　　雖然滯止區域對室內環(huán)境沒(méi)有直接的影響，但是在設計過(guò)程中還是應盡可能的減少滯止區域。

　　熱源對射流分離距離至少有兩個(gè)方面的影響。當熱源較近時(shí)會(huì )使容易射流下降到工作區。當熱源較遠時(shí)，射流比較難得下降到工作區，從而影響室內溫度分布的均勻性。

　　偏轉角度大的送風(fēng)口也會(huì )引起頂棚效應，并可以減小射流下降到工作區的可能性。但是，需要注意要防止送風(fēng)射流受到吊頂的污染。

　　對于熱風(fēng)上浮的問(wèn)題，可以采用調整散流器的導葉片，使得送風(fēng)射流直接往工作區方向送出。另外，也可以調整散流器的送風(fēng)面積，使得送風(fēng)速度提高，以減少浮升力對射流的影響。

　　在吊頂有梁和室內障礙物進(jìn)行氣流組織設計時(shí)，需考慮：他們有可能阻礙射流的擴散，導致射流提前下降到工作區，并在室內形成較大的空氣滯止區域。