室内相对湿度及送风方式对人体热舒适性影响的研究

摘要

随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对室内空气品质的要求越来越高。作为控制室内热湿环境的空调系统，不但要维持室内的温度场和速度场，并需要对室内空气的相对湿度进行控制。室内空气的相对湿度和温度以及空气流速，不仅关系到人体的热舒适性，对室内空气品质也有显著的影响，而目前对相对湿度影响作用的研究却相对较少。为此本课题采用数值模拟和实验研究相结合的方式，在顶送下回、顶送上回、侧上送下回、下送上回、机械置换通风、层式送风六种送风方式，40%、50%、60%、70%、80%五种室内设计相对湿度下，探索和比较因不同送风方式及室内相对湿度而引起的室内热湿环境变化对室内人体热舒适性的影响。 本课题选用FLUENT作为数值模拟软件，以人工环境室综合实验台的实际尺寸为基础建立几何模型，进行网格划分、选择控制方程和流动模型，并设置初始及边界条件，开展数值模拟求解计算。并设计搭建实验台，利用温湿度变送器和风速探头分别对室内X=3m平面内的空气相对湿度、温度、流动速度进行测量收集并予以整理。以数值模拟和实验研究相结合的方式对本课题研究内容进行探索分析，并利用实验结果验证数值模拟结果的正确性与可行性。在本课题研究范围内，运用л定理以及多元线性回归分析的数学方法拟合得出空调室内人体活动区域预测不满意百分比PPD、空气温度、相对湿度、运动速度之间的经验公式，并得出主要结论如下： （1）将数值模拟结果与实验数据进行对比分析，得出在不同送风方式和不同室内设计相对湿度工况下，模拟与实验的相对湿度值基本吻合，最大误差为8.2%，误差在可接受范围之内。证明本课题研究中所采用的数学模型和数值模拟方法可用于相关内容的研究。 （2）数值模拟技术发现不同送风方式下的气流组织并不相同，各送风方式下送风气流流经模拟热源周围时均会不同程度受到热浮升力的影响。因数值模拟时几何尺寸参考既有实验台尺寸，所以当送风量相同时，机械置换通风和层式送风工况下的送风速度较低，仅为0.11m/s，因此此两种送风方式下室内气流速度较低。 （3）不同送风方式下人体周围的温度较其它区域均明显偏高，且梯度较大，而送风口的温度均低于其它区域的温度。下送上回的送风方式下室内温度相对较高，最高达29℃。 （4）数值模拟结果发现，在远离人体的区域，相对湿度分布梯度较小，人体周围的相对湿度分布梯度较大。实验研究得出顶送下回、顶送上回、下送上回、机械置换通风、层式送风五组工况下的空气最大相对湿度均位于Z=0.50 m高处。各组送风工况下七处测点的最大平均相对湿度差为5.5%，出现在机械置换通风的送风工况下，最小平均相对湿度差为2.1%，出现在顶送下回的送风工况下，可见机械置换通风的送风方式下室内相对湿度分布梯度最大，顶送下回的送风方式下室内相对湿度分布梯度最小。 （5）数值模拟发现顶送下回、顶送上回两种送风方式下屋顶送风口处的空气相对湿度最高，是重点防结露部位。实验发现机械置换通风送风方式下的整个研究区域内，当室内设计相对湿度较高时，接近屋顶处的相对湿度相对其它测点处的相对湿度相对偏低，可见此种送风方式可有效预防顶棚的结露。 （6）在办公室标准室内设计相对湿度50-60%工况下，顶送下回、顶送上回、侧上送下回、机械置换通风四种送风方式下计算所得PMV值均在-0.5-0.5之间，符合人体热舒适性要求，而下送上回送风方式下当室内设计相对湿度为60%时PMV为0.57，即人体会感觉略暖，层式送风方式下当室内设计相对湿度为50%时PM V为-0.52，即人体会感觉略凉。 （7）以室内设计相对湿度60%为例分析各送风方式下人体活动区域的能量利用效率。分析发现机械置换通风、层式送风方式下的能量利用率较高，均为1.5，而顶送下回、侧上送下回送风方式下的能量利用率仅为0.9。

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第一章 绪 论

1. 1 课题研究背景

1. 2本课题空调送风方式简介

1. 3空气相对湿度概念

1. 4室内相对湿度国内外研究现状

1.5 室内空气品质（IAQ）及人体热舒适性

1. 6 课题研究内容及方法

1. 7 研究目的、意义及创新点

1. 8 本章小结

第二章 数值模拟方法

2. 1 模拟软件的选择

2. 2 模型的建立

2. 3模拟计算

2. 4 本章小结

第三章 数值模拟结果及分析

3. 1 顶送下回工况对空调房间热湿环境的影响

3. 2 顶送上回工况对空调房间热湿环境的影响

3. 3 侧上送下回工况对空调房间热湿环境的影响

3. 4 下送上回工况对空调房间热湿环境的影响

3. 5 机械置换通风工况对空调房间热湿环境的影响

3. 6 层式送风工况对空调房间热湿环境的影响

3. 7送风方式对空调房间热湿环境的影响

3. 8 本章小结

第四章 实验研究

4. 1 实验台简介

4. 2 测试系统简介

4. 3 实验过程

4. 4 本章小结

第五章 实验结果分析

5. 1 顶送下回工况对空调房间相对湿度分布的影响

5. 2 顶送上回工况对空调房间相对湿度分布的影响

5. 3 侧上送下回工况对空调房间相对湿度分布的影响

5. 4 下送上回工况对空调房间相对湿度分布的影响

5. 5 机械置换通风工况对空调房间相对湿度分布的影响

5. 6 层式送风工况对空调房间相对湿度分布的影响

5. 7送风方式对空调房间相对湿度分布的影响

5. 8求解PP D经验公式的拟合与校对

5. 9 本章小结

第六章 数值计算方法验证

6. 1 数值模拟结果与实验数据对比分析

6. 2误差分析

6. 3本章小结

第七章 结论与建议

7. 1 结论

7. 2 建议

参考文献

硕士期间论文发表情况

附录

致谢