地板送风系统是办公楼和其他商用建筑中房间空调的一种创新系统.docx

随着社会经济的发展和人们对个人舒适性、通风效率和室内空气品质 、能耗、生产率和人员健康等等方面更高的追求,全球对能效更高、智能化程度越高 、性能更加显著的空气be限性变的与当今这个行业的时代潮流越来越背道而弛.所以我们需要更多低能耗高通风效率的空气分布系统--------辟如今天我们将要介绍的地板送风系统.
系统概述
地板送风系统是办公楼和其他商用建筑中房间空调的一种创新系统，地板送风之名源于其利用了架空（可检视）地板体系下的静压箱，通常将处理后的空气通过地板散流器直接送到建筑物使用区（高度达1.8米）。这里我们还需要提一下现在人们越来越感兴趣的“岗位和个人环境调节系统”，通常能为局部热环境提供不同程度个人控制的送风口取决于它的设计和位置，“岗位和个人环境调节系统”正是基于此定义和发展的。它允许使用者通过调节送风速度和方向，调节送风温度对局部环境的可感温度进行控制。通常“岗位和个人环境调节系统”的设计与地板送风系统有关。我想只有在地板送风系统发展的基础上“岗位和个人环境调节系统”才会有长足的发展。这里我们主要讨论的也是地板送风系统。地板送风系统相对于吊顶型系统，最重要的优点体现在供冷工况，暖通空调的设计历史方法一直是通过广为延伸的风道将送风送到位于吊顶的散流器。处理后的空气都在吊顶高度处送入和排出。吊顶静压箱一般较高以容纳很大的风道。回风最常采用不接风道的吊顶静压箱。通常被认为是混合型空气分布的常规型暖通空调设计，是要促进进风和室内空气完全混合，使所用房间内的全部空气保持在要求的设定温度值，并使通风空气均匀分布。
地板送风系统通常具有以下几个特点
⒈ 含有至少为最少室外新风量的送风经过滤与处理达到要求的温度和湿度，然后由空调器送到地板静压箱，它所流经的风道距离较吊顶型系统短些。
⒉ 地板静压箱由安装的地板体系组成。
⒊ 地板静压箱有三种配制方法:⑴有压静压箱。即集中空调器通过可单独使用或组合使用的被动型送风格栅/散流器，可调性散流器以及风机动力型末端，让送风途径静压箱送入房间；⑵l零压静压箱。即通过就地的风机动力型（主动型）送风口与集中空调器结合，将静压箱内的空气送入空调房间；
⒋ 在静压箱内，送风自由地与热容量很大的楼板与地板直接接触，通过地板上的散流器直接送入工作区。由于空气是直接被送入工作区，故地板送风口的送风温度应保持在不低于16~18°C范围内，以避免附近人员有不舒适的冷感。
⒌ 与头部以上常规系统采用较大送风口以及送风方向间距较大相反，地板送风系统一般配置相对较多，规格较小的送风口，且有许多附近使用人员。
⒍ 回风位于房间的吊顶高度或人员之上最大允许高度处，它利用办公室热源产生的自然浮力，形成自地板至吊顶整体性的空气流型，特别是在供冷时，能更有效的排出热量和污染物。与头部以上常规系统通充分的混合空气相比，此系统产生空气分层更适合改善人员聚集区的空气品质。
当然我们在这里也要提一下采用地板送风系统（一般为商用）较常规系统的优势，正如其他新技术的应用为人们带来各种利益一样，这些利益有：生产率提高、留住职工、减少运行费用、设施的市场价值增加。虽然现在由于此项技术某些方面的不成熟和由于没有进入大规模装配阶段带来的初期投资成本较高等等某些问题，但地板送风系统是当今乃至很长一段时间内此项领域内一个重要方向。
收益：⒈改善热舒适性 通过每位人员对自己局部热环境进行控制，就可以满足自身的热舒适性要求。在当今的工作环境中，由于人们在衣着、活动量（新陈代谢率）以及个人偏爱方面的不同，故各人对热舒适性的要求会有很大差别。对于地面主动型散流器出风口，个人控制的微气候范围很大，最大可达到5°C。这样的控制量足以适应个人热舒适性选择的整个范围。被动性散流器，虽然不能提供同样大小的控制量，但由于靠近人员，故仍然能有效的影响可感的局部的舒适工况。
2．改善通风效率和空气品质 通过在地板处或仅人员处送出含新风的空气，并在吊顶回风，形成室内空气和污染气流向上置换的流态，可以期望在人员呼吸高度处的通风和空气品质得到一定程度的改善。置换通风系统将温度稍低于舒适工况、送风温度很低的100%新风送入，能典型的获得通风性能的改善。由于新风的动量很小，故是浮力影响了，空气流态，送风在地板高度处蔓延开，并向上流动。空气温度和某些污染物的浓度在置换区内随着高度而增加。由于地板送风系统的的送风速度较真正的置换通风系统高，所以引起空气较大混合，减少了气流置换程度。优化的通风策略是要对送风口进行控制，在房间的呼吸高度处限制送风和室内空气混合，而在此高度以上才允许空气分层和受污染程度更大些。
⒊减少用能 地板送风系统较头部以上系统节能主要有两大因素:⑴供冷时节能来自于经济器运行和冷水机组COP的增加（能效比）的增加。⑵风机节能。经济器的节能是由于地板送风系统的回风温度25~30°C高于头部以上系统，因而增加了经济器的整个和部分运行时间。也由于地板送风系统的送风温度16~18°C也较头部以上系统高，使经济器运行时的供冷量得以减少。冷水机组的节能是因为送风温度高，冷水机组可采用较高的出水温度。 然而这些收益依赖于气候状况，在潮湿的气候条件下，对湿度控制的需要会减少或抵消这些供冷能量的节约。风机节能与两大因素有关:总风量减少和静压减少。能使房间内较低混合区之上的热源所产生的大部分对流热量直接回到吊顶高度处，因此不包括在送风量的计算中。所以，为保持给定舒适工况所需要的送风量，是仅依据进入工作区与工作区内空气相混合的热源情况确定的。由于送风以很低的静压箱压力自由的流经静压箱送出，没有很多支风道，故静压值减少了。
⒋建筑物的寿命周期费用减少 在现在商务活动中，变动是建筑物使用期内的现实情况。与重新配置建筑服务设施有关的费用节约是决定采用可检视地板的主要因素。通过将暖通空调和电缆管理系统集成在一个容易检视的地板空间内，地板散流器以及电力、语音、数据通信的插座几乎可布置在架空地板隔档的任何位置。室内维护人员只需适用简单的工具和标准的硬件便可实施这些重新配置，且费用大大减少。
⒌采用地板送风的建筑物与常规的吊顶空气分布系统工程相比，又降低层高的可能性。通过降低服务设施所用空间的总高度或改钢梁结构为混凝土（平板）结构的方法能实现层高降低。混凝土平板结构的使用寿命较钢梁结构更长些，但它受地板送风系统偏爱是因为有蓄热的优点以及垂直高度可降低。通过将大多数大楼服务设施置于地板静压箱内。那么，不设吊顶静压便不是罕见的，而且是可能的。
⒍改善生产率和人员健康 一些研究数据表明，通过给与个人对自身局部环境的更
大控制以及室内环境的改善，人员的满意度与生产率可得到提高。
当然以上内容只是简单介绍一下地板送风系统较常规系统的优势和特点，同样它还有这
样那样的补足。在后面的内容中将详细介绍该系统的各组成构件和优势还有在当今这个阶段它存在的一些不足和应用中遇到的一些问题。地板送风系统存在这样那样的问题的同时同样它就会有很多课题和发展方向，我们也将介绍几个重要的未来方向并作详细的解释说明。

现在我们来介绍一下常用的地板送风系统的常用组成构件，就供冷供热机房中所用的设备的型式和一次空气处理机组（AHU）而言，地板送风系统和头部以上常规系统是一样的。
其与常规 系统最大区别是用静压箱直接向建筑物人员活动区域输送空调风。下面介绍一下其主要设备———静压箱。
我们在设计静压箱时，主要目标是确保送出所需的风量和出风工况（温度和湿度），且在建筑物地板面以上的任何地方有需要的最小通风空气量。在某些构造中，达到要求位置处的空气量可能会受到静压箱入口状况、静压箱高度、静压箱障碍物和静压箱漏风的影响。
地板静压箱是混凝土结构板与架空或可检视地板体系下侧之间可开启服务设施分布空间。架空地板平台是由0.6m×0.6m灌有象混凝土那样材料的钢板快组成。地板静压箱被用作电力、语音、数据通信电缆的维修通道已有多年。电缆用模块件连接到位于地板块或系统家具上的引出盒上。它易于检视，能方便地更改模块化的电缆分布系统，通过把地板出风口布置在地板任何地方，可以经济的重新配置电缆设施。当地板送风加入地板下的电缆管理系统时，形成了一个真正的集成化设施空间，提供给电缆系统的灵活性现在同样可被暖通空调系统所用。
设计地板送风静压箱时，利用静压箱输配空气有三种基本方式:1、有压静压箱。集中空调器通过静压箱将空气送入房间。2、零压或无压静压箱。它与集中空调器相结合，利用就地的风机动力型送风口将空气送入空调房间。3、某些情况下，利用风道途径静压箱江空调空气送到末端或送风口。
有压静压箱
在有压静压箱内，通过控制集中空调器来维持相对于空调房间的微正压。至今，在地板送风配置中有压静压箱应用最普遍。在有压静压箱能够对一个控制区域保持非常稳定的静压箱压力值。这就可以使安装在区域内的规格相同、控制设定值相同的被动式散流器厢房间内输送的风量也相同。然而，气流特性会因不受控的空气泄漏和因检视地板静压箱需移去地板而受到影响。
我们来讨论一下有压静压箱内的气流性能。首先我们讨论一下静压箱的最小高度，对静压箱的高度从3in.(75mm)变到8in.(205mm)所进行测试（以下两张图表明，静压箱高度低到（100mm）时，在静压箱内能获得较好的气流分布。然而，低高度静压箱（近4in[100mm]高度或者更低些）应局限应用于房间送风需要量不超过1cfm/ft２（5。1L/（S.m２），否则会引起出风口的气流分布差异超过合适值。在两个图中，风量数据是以“输送风量比”与静压箱进口距离之间的关系曲线来表示，该进风口位于静压箱端头。输送风量比定义为：用静压箱均匀出风量标称的被测风量。换言之，如果通过所有地板出风口的出风量非常均匀，则离进风口各距离处的“输送风量比”为100%。
静压箱入口 空调器处理后的空气被送入通畅的地板静压箱内时，其进风点与空气进入房间的出风点之间在的最大实际距离通畅根据空气流动到送风口所引起的热衰减度和空调器处理后的空气在通畅的地板空间内滞留的时间。处理后的空气在滞留地板静压箱的同时，还存在着来自建筑物楼板以及室内（通过架空地板）的热传递。它通常`依据空气最大允许温升，限制了处理后空气流动的距离。
静压箱内的水平风道 可用作静压箱进风口到最远出风口之间的桥梁。为了优化静压箱内的空气，出风口可以沿着风道的长度布置。
静压箱内的障碍物 对静压箱内气流中有障碍物的情况进行测试表明，只要在静压箱气流的垂直方向保持3in（75mm）净高的空间，气流性能就有可能被接受。
空气泄漏
因施工质量引起的泄漏 适当关注地板静压箱所有边角细部密封性很重要，它包括窗墙与楼板的连接处、内墙、沿管道槽沟、楼梯平台、电梯和项目施工阶段暖通空调用的竖井墙。
地板块之间的泄漏 正如图所示 是架空地板型式和安装、地毯片安装和静压箱的压差的函数。尽管在有压静压箱内采用相对较低的压力，但对于设计和运行来说，由于地板表面及很大，故对此渗漏应慎重对待。不同的地板覆盖层模式对空气的渗漏量也有影响，试验表明，空气泄漏量约随静压箱压力的平方根而变化。
我们通常也非常关心静压箱的热力性能毕竟静压箱是作为地板送风系统的一个重要组成部分而存在的。这些热力过程包括：⑴楼板和静压箱内空气的换热；⑵地板块和静压箱空气的换热；⑶楼板和地板块的蓄热性能。有一项重要的设计考虑是限制`送风温度的变化量，即常被称为热力衰减，使设置在远离静压箱进风口处的散流器的送风温度变化限制在可接受的程度。在供冷运行时冷风进入静压箱，冷空气通过上部地板块（热量来自房间）和底部混凝土楼板（热量来自下吊顶回风静压箱）的换热而被加热。在整个静压箱内形成一个全面性的气流流型是可能的。在静压箱进口处安装导叶使气流沿着整个静压箱宽度能更均匀的扩散是一个简单的解决办法。另加静压箱进口或空气通道是改善静压箱内气流分布热均匀性的另一种办法，但必须对静压箱入口有合适的检视点和另增加风道进行权衡。
通过地板块和楼板的换热量将直接影响地板静压箱的热力衰减。混凝土楼板的地传热影响是以差不多大小的量影响地板传热量。沿着相邻楼板下流动的温热回风是驱动这一传热过程的主要热源。
太阳照射面上的传导得热是热力衰减的另一个始作俑者。由建筑物外表面收集并传递给与之直接相连的地建筑物楼板的大量热量，能引起相邻静压箱内的空气温度明显上升。采用将送风送入公用（绝热）风道的风机助动（供冷）末端装置并通过以下措施可减少这类衰减问题:⒈在静压箱内侧数英尺处吸入新鲜空气⒉将送风空气与楼板和热的外墙隔离。
在有些静压箱配置中，回风可以不接风道回到空调箱而直接进入很容易与一次风混合的静压箱内。如果发生这种情况，主要关心的是温热的回风给送风温度的影响。最终的影响可能是送风温度意外的高，给人的印象是热力衰减非常严重，实际上这个温升源是未经混合的回风进了静压箱。在夜间，可以采用稍高的静压箱送风温度来预冷静压箱内的热体块。以部分弥补热力衰减。
地板送风设备
它通常分为主动式散流器和被动性散流器，被动型散流器的定义是，一种依靠有压的地板静压箱，将空气输送到建筑物空调房间内的送风散流器主动式散流器的定义是一种依靠就地风机，将空气从无压或有压静压箱通过其输送到建筑物空调房间内的散流器。散流器可以配置为定风量（CA V）或变风量（VAV）。此外，在需要自动控制对负荷迅速变化做出反应的外区，必要时的一种典型做法是由风机盘管机组利用风管接条缝型地板风口来提供供冷、热量。
被动型散流器主要分为被动式旋流式散流器、被动式变风量地板散流器。被动式旋流式散流器通过其圆形出口呈旋流状射出的空调送风与空气快速混合，达到散流器射出的垂直射程。被动式变风量地板散流器是为变风量空调系统而设计的。这种散流器采用自动或手动的内部风门来调节散流器的可活动面积。即使在送风量减少时，它也可以维持几乎稳定的气流速度。被动式散流器不需要设置就地风机，但需要24V电源供给温控风门用的电机。空气通过地板隔栅以射流的流型被送出。人们可以通过改变隔栅的方向来调节送风射流的方向，也可以通过区域温控器进行风量控制或由每个用户来调节送风量。
主动式散流器主要是风机动力型装置，风机型末端装置一般用于冷热负荷大且变化迅速的外区和其他区域。它通常配有两台变速风机（用于增加风量）和一组热水再热盘管。带热水盘管的末端装置和两个或多个可变面积变风量散流器组合，用于供冷和供热运行。在供冷模式时，风机末端装置关闭，所有散流器在正常变风量模式下工作。输送来自静压箱内的冷空气。在供热运形时，风机型末端装置被触发运行，通过一个散流器吸入来自市内的回风，又通过另一个散流器送风至室内。图5.18（b）所示为散流器调节风门位于全供热的位置上，但可设置一个调节风门定位装置，以提供来自静压箱的最小通风量。在温控器的控制下，室内空气提供了第一阶段供热，然后触发和调节加热盘管。
下面我们来讨论一下送风末端`对地板送风性能的影响
不同送风末端对地板送风系统性能的影响
地板送风系统最大问题是如何解决室内的热舒适性目前主要有两种不同的观点。一部分人的观点认为由于地板送风系统送风口就在身旁, 送风温差大, 出风速度高等局限性是无法解决周围热舒适性, 因此要求送风口扩散性能差, 缩小送风气流影响范围( 或者说减少其影响范围) ,保证其它区域处于热舒适; 而另一部分人的观点则认为,地板送风系统可以通过加强送风口的扩散与混合性能来减少其影响范围, 使送风温差与速度迅速降低, 满足工作区的热舒适性。可见问题的关键是送风末端的形式与性能。第一种观点的典型实例是早先现的如图1 所示的一侧格栅出风口另侧二次回风口的送风末端( 以下简称为格栅风口) 。这种送风末端由于出风口面积较小, 射流速度较高, 与工作区域内的空气混合较差。因此, 这种送风末端在消除工作区域内负荷存在不足, 为了满足工作区域内负荷要求有三种途径: 1)降低送风温度, 加大送风温差; 2)提高送风速度, 以加大送风量; 3) 增加送风单元数目。这三种方式都存在明显的不足之处。为避免降低出风温度过低, 引起室内人员的冷感; 或出风速度过高, 使得室内人员有吹风感, 唯一的办法缩小影响范围, 增加送风单元的
数量, 这样会增加工程造价。由于室内工作人员必须避开送风口, 损失了地板有效面积, 也造成了工作人员不便。
第二种观点企图通过开发新型的送风末端能够解决上述不足之处。目前有一种由旋流风口与小型风机结合的送风末端( 图2) , 这种末端的出风口用两个( 或三个) 小型的旋流风口并排在一起取代前面所述的送风末端的格栅型出风口( 以下简称为小漩流风口) 。由于旋流风口的诱导比较大, 气流可以在出风口附近的小范围内迅速扩散, 使得送风在水平面内温度趋于均匀, 其满足热舒适性的能力较之前述的送风末端强。但是据我们测定, 由于并排的旋流风口靠的太近, 送风气流之间相互干扰, 扩散效果减弱,同时又因为旋流风口较小,形成旋流范围小, 因此, 混合效果并不理想, 改善上述问题的能力尚显不足。由事物的多样性原则可知, 新型的送风末端必然是多样的。如果我们设想将整个送风末端变为旋流风口,则旋流直径大, 混合空气多, 周围无干扰, 效果会更好。为此我们开发了另一种形式的旋流送风末端, 称之为大漩流送风末端( 见图3) 。该送风末端中间为回风静压箱, 四周为送风静压箱。出风口与格栅成一定角度, 中间二次风进入, 改变了上述两种风口一侧进风另一侧出风的传统模式。风量加大, 可三档可调节。这种送风末端在四周出风, 出风与垂直面成一定的角度吹出,形成大漩流, 中间形成负压区。加上送风末端的风机作用,不会形成短路。大漩流使送风与工作区域内的空气迅速混合, 送风速度与送风温差衰减很快, 工作区域内温度趋于均匀, 提高了热舒适性。且因为二次风直接送入工作区域,工作区域内的空气龄较低, 改善了室内空气品质。另因送风量可以大大提高, 在相同的空调面积与负荷下, 能减少
送风末端个数, 降低造价。

旋流送风末端的性能对系统的影响
送风末端的特性关键在于温度场与流场, 温度场取决于气流扩散与混合性能。消除负荷能力在于风量。为了验证, 笔者对所开发的送风末端的速度场及流场进行了测试。检测表明在高档风量时, 送风单元的送风量为683m3 /h, 距离地面0.1m 处的平均风速为1.01m/s, 距面1.5m 处( 即人体坐姿时头部高度附近) 的平均风速为0.29m/s ( <0.3m/s) , 距离地面2.1m 高度处的平均风速为0.1m/s。笔者还测量了送风末端中心剖面的速度场, 各测点速度列于表1, 由表1 中的数据可以看出, 送风末端送风速度的衰减是相当快的, 当高度达到0.5m 上时风速均小于0.5m/s,当高度达到0.7m 以上时, 风速可小于0.3m/s, 可认为是满足舒适性要求的风速。离开送风末端中心±450mm 的各测点的风速均不超过0.5m/s, 除了离开送风末端中心450mm 高度在900mm 到1300mm 间的几个测点风速超过0.3m/s 外, 其余各测点风速都小于0.3m/s, 而由于送风末端的尺寸为600×600mm, 在900mm 到1300mm 高度处刚好是人体有衣服遮蔽的区域, 因此只要人员所处的位置不是在送风末端的正上方, 送风末端送的风的风速都可认为是能满足舒适性要求的。为了显示两种不同观点引发的对送风末端特性要求的不同, 笔者对比了扩散性好的大旋流送风末端与扩散性差的格栅送风末端特性的不同, 对格栅送风末端做的测试的速度场, 其测试数据列于表2。对比表1 和表2 可以看出旋流风末端的风速衰减快,扩散性比较好, 其扩散角在20°左右, 送风射流区域较宽,能在较大范围内均匀混合空气, 工作人员在送风末端附近即可获得满足舒适性要求的空气环境。格栅送风末端的送风气流基本不扩散, 速度大, 衰减慢, 在送风射流区域是不能满足热舒适性的, 工作人员在必须离开送风末端活动才能保证其热舒适性, 但送风不能直接到达人体呼吸区,
对空气品质的提高有限。为了更为直观地观测旋流送风末端送风的流场及其扩散性, 我们做了发烟试验, 并对比了格栅送风末端以及小旋流送风末端的发烟试验图片。图4 为不同送风末端发烟试验的流场图。由图可以直观地看出旋流送风末端的送风扩散性好, 送风量大, 能直接将送风送达工作人员的呼吸区域, 提高该区域的空气品质。地板送风系统是下送上回的气流组织形式, 送风射流的高度对系统的影响也是不可忽略的。若射流高度太高而回风口位置设置又不合理, 则很可能形成气流的短路。同时射流高度越高, 与送风气流混合的室内空气就越多,降低了送风空气所带冷量的利用效率, 造成能量的浪费。为此测试了离开改送风末端2.1m 高度处的速度场, 列于表3。由表中数据可知在2.1m 高度平面上的平均风速为
0.1m/s, 最高风速为0.22m/s, 可认为在此高度送风射流已达到其末端。一般的办公室房间高度都远高于2.1m, 所以在顶部回风口位置固定的情况下, 随着办公空间功能变化而变化送风末端的位置不会产生气流短路的现象。而扩散性差的送风末端有与其为了保证一定的送风量, 必然需要较高的送风速度, 则风速及回风口设置不当容易引起气流短路。由于其实测过程是在实验室中空态下进行, 没有对使用状态下的情况进行测量, 为此笔者根据测试数据建立了一个简化模型, 用FLUENT 软件模拟了单台送风末端在小空间( 3×3×3m) ,单个工作人员坐在电脑前时的送风速度场和温度场, 模拟得到的速度场和温度场如图6, 图7 所示。
图6 所示的模拟速度场显示旋流送风末端的送风速度衰减很快, 送风扩散角度在20°左右, 这与我们的实测结果相符合。空气可吹到离开送风末端0.5m 的人体附近, 且人体周围风速小于0.3m/s, 图7 所示的模拟温度场显示在送风温度为19℃的情况下, 人体周围温度在24℃和27℃之间,在人体上半身温度较高的区域风速较大, 在人体下半身温度较低的区域风速较低, 有研究表明在温度较高的地方风速较大能提高舒适性, 在温度较低的地方风速较低能提高舒适性, 所以笔者认为根据模拟结果可认为旋流送风末端既可保证人体的热舒适性同时又提高人体呼吸区域的空气品质。由上述测试数据与研究对比分析, 可得出下述结论:
大旋流送风末端较其它两种送风末端来说, 其送风量较大,可提高送风温度; 扩散性好, 能与工作区空气均匀混合,提高空气品质; 出口风速较低, 速度衰减较快, 在工作区内风速能满足舒适性要求; 距离地面1.5m 处平均风速<0.3m/s, 在2.1m 高度处风速可衰减到0.1m/s, 即在此高度上可能形成热分层, 系统只需承担工作区的负荷即可, 或者说更节能。可见大漩流送风末端较之前述的地板送风末端能够更好的实现地板送风系统的优点，体现地板送风的优越性。

接下来我们将要讨论一下地板送风系统较常规系统的优势所在。
⒈ 房间空气分布
地板送风系统通常在室内三个区域确定两个特征高度：⑴地板散流器的射流高度；⑵分层高度。如图所示，地板散流器在紧靠其附近典型的形成了一个清洁区，在此区域内，由于有较大的吹风感和温度较低，故不推荐人员久留。优化控制和分层对于地板送风系统的系统设计和选型、高效运行和舒适性来说仍是关键。图2.7介绍并比较地板送风室内空气分布模型、置换通风和头部以上常规系统的垂直温度分布典型图。该图在正常运行工况下具有代表性，地板送风分布图是根据不受送风口直接影响的区域内温度（在清洁区以外），它受几个控制因素的影响变化很大。在图2.7中以无量纲或温度比以及房间高度作图。其中T是室内空气温度，为高度的函数；Tｓ是地板处的送风温度；Tｅ是吊顶处的排风温度。置换通风系统的线性分布图是基于50% 的经验方法的得到的，它适用于高度和热负荷为一般的房间。接近地板处的温度认为是送风温度和排风温度的中间值，并认为置换通风分布线在分层高度处与地板送风分布线相吻合。
低（混合）区 较低的混合区直接临近地板，它的高度随所用的地板送风口的垂直射流情况而变化。在近送风口处由于高速射流的影响，使这个区域内的空气相对混合得较好。低区内较强的混合使接近地板处的温度比约增大到0.7，且温度梯度有所减小。低混和区的高度虽然会随送风口垂直射流以及房间内热负荷与房间送风量之比的影响而变化很大，但低混合区总是存在。
中（分层）区 中间的分层区是房间内低区和高区的过渡区。该区域内的空气运动完全是浮动性的，它受房间内对流型热源周围的热羽所驱动。在此区域内，热羽的形成并不受阻，因为空气运动不受送风射流的影响。区域中的垂直温度梯度趋于最大，接近置换通风系统的温度梯度。此外，只有当送风口的射流高度低于分层高度或低于房间内上部区域的边界层时——取决于两者中较低的一个高度，分层的中区才存在。
高（混合区 较高的混合区由房间内上升的热（受污的）空气聚集而成。虽然其平均风速通常极低，但由于穿过该区下层边界的热羽的动能使区域内的空气混合得很好。这个区域同置换通风系统服务的房间内所形成的高区相类似。其底部边界层即分层高度，主要是房间热负荷与送风量之比的函数。正如后面所述，如果来自送风口的射流穿过这个区域，即使它能加以合理控制，也可能是次要的影响，但其深度可能会受到影响。
在送风量等于或大于房间内产生的热羽流量情况下，高混合区将不会形成，房间内将呈现二区形式。
地板附近温度
地板送风系统所使用的紊流送风口有较强的混合性能，提高了近地板处的的温度。地板送风系统近地板处的无量纲温度在相当大风量范围内保持在接近0.7这一恒定值。然而，对于送风散流器混合程度弱的置换通风系统，随着房间送风量的增加，近地板附近的无量纲温度会相对地逐渐变冷。这有助于解释在冷负荷大的情况下要保持舒适，地板送风系统比置换通风系统具有潜在优势。对于相同的房间送风量，置换通风系统需要采用比地板送风系统较高的送风温度以避免近地板处温度过低。
2 提高热舒适性和室内空气品质
热舒适性和室内空气品质是决定建筑物内暖通空调系统运行是否成功的两个主要素。在每一个工作环境中，由于人员的衣着、活动强度、体重、体量和个人的偏爱不同，故个人的温度舒适要求又很大差异。热舒适性与热力分层有密切的关系，热力分层的结果是头部的空气温度比脚步的空气温度高。ASHRAE标准规定，高度为1.7m和0.1m之间空气的最大允许垂直温差为3°C。然而，这个推荐值所依据的研究结果是在实验室里得到的，每一个测试对象给定的是房间平均温度个人控制。这就意味着如果人们不能进行个人控制，则他们报告的局部温度的不舒适率将会高于期望值。
迄今为止的研究表明，采用地板散流器的地板送风系统与头部以上的混合系统相比，在通风性能上一定改善。Fisk介绍了一项现场研究，在一层楼面上配置地板送风空调系统，于是，对这两种空调系统的通风性能进行对比。在这项现场研究中，地板送风空调系统中空气携带的颗粒浓度低很多。实验室的试验表明，当室内新风比较大，且送风以较低速度直接吹向工作区以减少混合程度，与混合空气分布相比，在工作人员呼吸区高度处，桌面送风口的通风效率可得到明显改善。采用快速混合型地板散流器的地板送风系统在通风性能方方面的很大改善即使难以测出，但下面一点是普遍被接受呢：地板送风系统可以把新鲜空气输送到人员附近，并给予一定程度的个人控制，人们将会感觉到室内空气品质有所改善。
3、能耗
我们首先来讨论一下空气分布能耗，地板静压箱主要是一次风的输配通道。由于采用了静压箱，减少了一部分风道，也由于尺寸很大的静压箱对气流的限制很小，因此在采用地板送风系统的建筑物内，输送空气所需的风机压头比同样情况下的头部以上系统小。风机压头减少能节约建筑物很多能量，这是因为风机输送空气的用能量在暖通空调系统总能量需求中占很大比例。然而一些外区系统的设计会抵消集中送风机的节能。地板送风设计的常用方法是在地板下设置接风道的风机动力型混风箱或变风量箱。由于这些小风机和电机的内在效率低，便会抵消所节约的能量。空气侧经济器的节能也是地板送风节能很重要的一部分，由于地板送风系统的运行工况本来就与头部以上系统不同，因此何时利用与怎样利用空气侧经济器随系统的形式而不同。影响经济器使用的两个主要因素是送风温度和回风温度都比头部以上系统高。为了进行比较，将典型头部以上系统和地板送风系统的运行温度假定如下：
系统形式
送风温度
室内温度设定值
回风温度
（°C）
（°C）
（°C）
地板送风，分层
18
24
29
地板送风，不分层
18
24
24
头部以上系统
13
24
24
同时提高送风温度和回风温度可以延长经济器的运行时间。提高送风温度可以延100%免费供冷的使用时段，而提高回风温度可以延长经济器综合运行时间。延长100%免费供冷（是指冷却盘管不需输出来维持送风温度，而不是指新风阀处于全开状态）只能在室外空气温度低于或等于房间送风温度时实现。对于头部以上系统，当室外空气温度不高于该系统的送风温度13°C时便可用100%免费供冷。对于地板送风系统，当室外空气温度低于其送风温度18°C时可采用免费供冷。在一定气候条件下，根据室外空气温度处于此范围内的总小时数，延长100%免费供冷可节约大量能量。事实上，在这额外的100%经济器供冷时段内，制冷压缩机是不必运行的。当室外空气温度处于系统的送风温度和回风温度之间时，系统可以部分利用免费供冷的优点，但仍需运行冷却盘管。这种情况被称为经济器综合运行，因为此时经济器和冷却盘管以综合的形式同时运行，以保持冷却盘管下游的送风温度。我们通常认为供冷温度条件下供冷系统在高温度条件下运行可以减小能耗。如果在地板送风系统中可以提高冷却盘管的出风温度，为冷却盘管服务的冷水温度就可以高。在这样的冷水系统中或在盘管出风温度较高的直接蒸发系统中，压缩机或为制冷剂回路服务的压缩机压头可以降低，使压缩机的运行效率更高更节能。
下面我们来介绍一种地板送风系统中人体活动区域冷负荷计算的一种方法
地板送风系统的室内空气分层现象对准确预测系统能耗非常重要。对该系统,本文提出了一种冷负荷减少系数方法来简单而快速的计算人体活动区域的冷负荷大小。首先,把室内热源类型分为墙体、人体、电器设备和照明四种,以定热流作为边界条件,利用计算流体动态(CFD) 模拟方法可以获得人体活动区域的冷负荷Qoccupied 。其次,基于同样的边界条件,
对上述四种不同热源单独进行数值模拟,得到人体活动区域四个不同的冷负荷减小系数α,从而得到加和冷负荷Q′occupied 。本文分析了一种回风口与排风口分别位于房间中部和天花板上的地板送风系统,通过数值模拟发现Qoccupied与Q′occupied的偏差在10 %以内。由于模拟计算单一热源的冷负荷减小系数非常简单,所需时间也远小于前者( Qoccupied 计算) ,采用加和计算冷负荷的方法在工程上是切实可行的。对该地板送风系统,作者的最终目的是要建立一个冷负荷减小系数数据库,以简化整个人体活动区域冷负荷的预测方法,从而为工程设计应用提供一种实际可行的冷负荷估算方法。
　数值方法
211 　负荷减小系数
对天花板排风和中部回风结构,图2 所示为简化的冷负荷数学计算模型[8 ,12 ] 。在该模型中,整个室内空间被分成两部分,下部为人体活动区域,上部为非人体活动区域。该模型清楚表明,上部区域的热量可以通过天花板内的排风管直接排到室外。人体活动区域的热量则由风机盘管进行处理。人体活动区域的冷负荷由室内热源的类型和热量的大小决定。不同热源冷负荷减小系数可统一定义为:α =QoccupiedzoneQwholezone
(1)式中Qoccupiedzone 为某热源在人体活动空间产生的冷负荷,W Qwholezone为某热源在整个房间产生的冷负荷,W。因此整个人体活动区域的冷负荷可以由公式(2) 给出:Qoccupied = αall Qall (2)　式中Qall 为整个室内冷负荷,W;αall 为对应于Qall的人体活动区域的冷负荷减小系数。基本上, 室内得热可由外墙( Qwall ) , 人体( Qoccupant ) ,照明( Qlighting ) 和设备( Qequipment ) 组成。如果38 建筑科学第23卷知道各自热源产生的负荷减少系数和热量大小,那么由方程(1) 可以很方便的分别得出不同热源在人体活动区域产生的冷负荷。这些冷负荷加和结果可表示如下:
Q′occupied =αwall Qwall + αoccupant Qoccupant +αlighting Qlighting
+ αequipment Qequipment (3)由于热源类型、位置等都会影响到整个系统的负荷减小系数αall ,可以利用公式(3) 来加和获取人体活动区域的冷负荷,前提条件是偏差(| Qoccupied -Q′occupied | PQoccupied ) 在工程上可允许的范围。针对不同建筑,不同热源产生得热量估算可以参考国家相应的规范和标准,如《采暖通风与空气调节设计规范》(GB 5001922003)《, 公共建筑节能设计标准》(GB5018922005) 等,因此研究的重点就是如何准确的获取不同热源对应的负荷减小系数。
212 　数值模拟房间简介
图3 所示为一假设香港地区的小办公室空间,窗户朝南,外墙得热是室内冷负荷的一个重要来源。房间体积为511m ×316m ×2164m ,南墙上窗户所占的面积比例为35 %。照明固定于天花板上,由两个小的长方形代表。房间内部有两位办公室人员,人体和设备分别用立方体表示以简化数值模拟计算。

基于香港的总热传送值(OTTV) 设计规范[14 ] ,表1 给出了模拟时采用的单位面积冷负荷。表2 给出了不同热源导致的冷负荷大小。在CFD 数值模拟过程中,采用定热流作为边界条件。对流热与辐射热利用DO 模型[13 ] 同时进行计算,南墙受室外环境的影响,其它墙体都认为是绝热的。

　入口与出口边界条件处理
地板送风系统采用的送风口形状有很多种,用的相对比较多的是漩流送风口,如图4 所示。漩流送风口可以加速送风与室内空气的混合,提供稳定的热环境。为了对房间进行CFD 数值模拟计算,必须知道送风口处的空气流动信息。在文献[ 15 ]中,详细讨论了地板送风系统送风口边界条件的处理方法。在本文中,为了节省模拟计算时间,先对漩流风口内部流场进行单独模拟,然后把漩流风口出口面上的流动信息作为整个房间的入口边界条件,根据作者的经验,这样的处理可以大大节省模拟时间而又不失准确性。漩流风口CFD 模型如图5 所示

对天花板排风,中部回风的系统而言,天花板的排风量等于系统引入的新风量。在进行数值模拟计算的时候,采用的新风量是10LP(人·s) 。表3 给出了CFD 模拟计算中三种不同送风状态下的入口边界条件和不同出口的风量比重。假定人体活动区域的高度为118m ,这也是回风口的安装高度。
　CFD 模拟结果分析与讨论
图6 所示为送风温度为1615 ℃,换气次数为12次Ph (Case21) 时的速度分布(在Y = 010 平面) ,从图6 中可以看到贴近地面的速度场较均匀,这是采用漩流送风口的结果。在电器设备热源的上部空间,速度相对较大,这是由浮升力驱动引起的。从风口处的速度场