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摘要本文用数值方法对分体式空调的房间进行了研究。得到了3个高度平面的温度、速度、PMV图及PPD图表，分析了各自的特点。得出分体式空调的房间在睡眠时舒适性可以满足的结论。
关键词分体空调器；数值分析； PMV；PPD
AbstractA room with separate air-conditioning was studied using numerical method in this article. The contours of temperature, speed, and figures of PMV and PPD were given at 3 particular height planes, then their characteristics were analyzed. The comfort of the room with separate air-conditioning could be meeting in people sleeping.
中图分类号：[F287.8] 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
当前住宅安装空调越来越普遍，住宅空调的选型会影响初投资、能耗及人体的热舒适性 [1]。目前常见的家庭空调方式有分散式与集中式两种[2]。具体的有：(l)分体式空调，是目前在家庭空调领域使用最为广泛的空调形式, 适用于绝大部分二房二厅与三房二厅的新建住宅。它的特点是安装方便, 使用灵活；(2)变制冷剂流量的多联分体空调系统；(3)水系统户式集中空调；（4)风管式户式集中空调；（5）地源热泵系统。
正确选择住宅空调方式是住宅空调节能的一个重要环节, 但哪种住宅空调方式最节能? 文献3指出：我国住宅空调应坚持走分散式空调的发展道路。文献4、5指出：分体空调低能耗，同时指出分体空调初投资是最低的。
既然分体空调是一种低能耗，低投资的空调，那么它的舒适性又如何呢？本文通过数值模拟的方法来对一個房间做出具体的评价。
1模拟模型及边界条件
1.1 模拟模型
1.1.1物理模型假设
机械通风房间内的空气流动多属于非稳态紊流流动，直接模拟尚不现实，在解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理:
1）室内空气为低速不可压缩气体且符合Boussinesq假设；
2）室内空气流动为紊流流动，紊流流动一般为非稳态流动，经简化处理为准稳态流动；
3）忽略能量方程中由于粘性作用引起的能量耗散。
1.1.2研究的几何空间
如图1，是一个顶层房间，房间尺寸: 4.6（L）×3.6（W）×2.8m（H），南外墙上有窗户，尺寸为2.1×1.5m，其它为户内墙。空调器的出风口在下，回风口在上，均为0.5×0.3m，安装于西墙，空调底部距地面2.0m，侧面距南墙1.0m处。X、Y、Z三个方向的网格数分别是54、50、31，节点数为73620。
1.1.3采用的数学模型
采用稳态模拟，选取标准的K-ε两方程湍流模型且默认选用壁面函数法[6, 7]；采用PISO算法用来解决压力速度耦合问题以加快单个迭代步中的收敛速度；对流项采取比二阶迎风格式计算结果更为准确的QUICK格式。
1.2 边界条件
在计算中假设：房间没有考虑人员的活动；按空房间进行模拟计算；墙体、窗户、屋顶及空调器壁换热边界条件采用给定壁面温度及对流换热系数[8]。空调为格力KF-32型，送风温度值及风量根据测量值确定，送风温度为20℃，风量为450m3/h，回风采用outflow边界条件。
热舒适性的参数为[9]：
夏天：①空调房间干球温度27℃，相对湿度50%；②房间内1名成年男子，新陈代谢率取57W，着衣指数取0.6clo；③人的机械效率=0；④平均辐射温度=干球温度。
2模拟计算结果及分析
2.1 Z=0.1m断面的计算分析
从图2看出在Z=0.1m的截面上温度多数在24~26.5℃间，只在房间的远离空调的两个角上很少区域超过27℃。从图3看出速度多在0.35 m/s以下（白色区域为超过的区域，未显示具体值）。在空调区内，由图4可知多数区域PMV在0.3~-1之间，表示温度适中到微凉；在空调安装区附近，PMV处于凉的状态，有吹风感。图5是由PMV算出的PPD图，它也反映了同样的规律：近空调安装区（x﹤1.5m，y﹥2.5m）PPD值偏大，不满意度大。总体说Z=0.1m偏凉，有吹风感。
2.2 Z=0.6m断面的计算分析
Z=0.6m的截面一般是平躺高度。从图6看出在Z=0.6m的截面上温度多数在26~27.5℃间，人在此平躺温度适宜。从图7看出速度多在0.15 m/s以下（白色区域为超过的区域，该区域较小，一部分在空调下，一部分在靠墙部分）。在空调区内，由图8可知多数区域PMV在-0.2 ~0.6之间，表示舒适度适中。表1是计算出的PPD表，虽然﹤10%的占到37%，但﹤15%的占到91%，主要是室内温度设定为27℃，处于偏高值。总体说平躺休息是适宜的。
表1 Z=0.6m断面模拟点的PPD值
2.3 Z=1.1m断面的计算分析
从图10看出在Z=1.1m的截面上温度多数在24~27.5℃间，在房间的北部靠墙区域有超过27℃的，但也＜28℃，满足使用要求。从图11看出速度多在0.35 m/s以下（白色区域为超过的区域，该区域比Z=0.1m处的要小，风速更趋于均匀）。由图9可知多数区域PMV在0 ~0.8之间，表示温度适中到微暖；在空调安装区附近，PMV处于适中的状态，处于回流区内。远离空调安装位置的区域偏热，由于其温度高、风速度小。表2是计算出的PPD表，这表也反映了同样的规律：近空调安装区PPD值小，满意度大，＜10%的占到52%。总体说Z=1.1m微暖。
表2 Z=1.1m断面模拟点的PPD值
2.4 Z=0.1m和Z=1.1m断面的温差计算分析
计算结果列入表3中。可以看出在靠近空调安装区有个别点温差超出了3℃，所以在放置书桌、床时应该避开这些区域。
表3 断面Z=0.1m和Z=1.1m的温差值（℃）
3 结论
1）分体式空调初投资低、节能，适合家用；
2）热舒适性PPD﹤10%指标不能在全室达到；但在室内温度设定为27℃时，在人体卧床休息时PPD﹤15%指标达到91%以上，在该断面温度在26~27.5℃间，风速多在0.15 m/s以下，适合人休息，因而分体式空调适合卧室安装。
参考文献
[1] 韩茜. 论住宅空调负荷的计算和空调机选用. 黑龙江科技信息. 2008(9): 229
[2] 陈小荣，周坚. 家庭空调方式的选择与新风组织. 制冷技术. 2004(3): 30-33
[3] 李兆坚，江亿. 住宅空调方式的夏季能耗调查与思考. 暖通空调. 2008, 38(2):37-44
[4] 李兆坚，江亿. 对住宅空调方式的综合评价分析. 建筑科学. 2009,25(8):1-6
[5] 龚延风. 住宅空调模式的选择研究. 流体机械. 2003,31(11) :51-54
[6] 陶文铨.数值传热学（第二版）.西安：西安交通大学出版社，2002
[7] S V 帕坦卡.传热与流体流动的数值计算.北京：科学出版社，1980
[8] 朱红钧，林元华，谢龙汉. FLUENT流体分析及仿真实用教程.北京：人民邮电出版社，2010
[9] 周传辉. 住宅空调安装位置对舒适度的影响. 建筑热能通风空调. 2008,27(3):63-65
关键词分体空调器；数值分析； PMV；PPD
AbstractA room with separate air-conditioning was studied using numerical method in this article. The contours of temperature, speed, and figures of PMV and PPD were given at 3 particular height planes, then their characteristics were analyzed. The comfort of the room with separate air-conditioning could be meeting in people sleeping.
中图分类号：[F287.8] 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
当前住宅安装空调越来越普遍，住宅空调的选型会影响初投资、能耗及人体的热舒适性 [1]。目前常见的家庭空调方式有分散式与集中式两种[2]。具体的有：(l)分体式空调，是目前在家庭空调领域使用最为广泛的空调形式, 适用于绝大部分二房二厅与三房二厅的新建住宅。它的特点是安装方便, 使用灵活；(2)变制冷剂流量的多联分体空调系统；(3)水系统户式集中空调；（4)风管式户式集中空调；（5）地源热泵系统。
正确选择住宅空调方式是住宅空调节能的一个重要环节, 但哪种住宅空调方式最节能? 文献3指出：我国住宅空调应坚持走分散式空调的发展道路。文献4、5指出：分体空调低能耗，同时指出分体空调初投资是最低的。
既然分体空调是一种低能耗，低投资的空调，那么它的舒适性又如何呢？本文通过数值模拟的方法来对一個房间做出具体的评价。
1模拟模型及边界条件
1.1 模拟模型
1.1.1物理模型假设
机械通风房间内的空气流动多属于非稳态紊流流动，直接模拟尚不现实，在解决实际问题时，需要对物理模型进行一定的假设和简化处理:
1）室内空气为低速不可压缩气体且符合Boussinesq假设；
2）室内空气流动为紊流流动，紊流流动一般为非稳态流动，经简化处理为准稳态流动；
3）忽略能量方程中由于粘性作用引起的能量耗散。
1.1.2研究的几何空间
如图1，是一个顶层房间，房间尺寸: 4.6（L）×3.6（W）×2.8m（H），南外墙上有窗户，尺寸为2.1×1.5m，其它为户内墙。空调器的出风口在下，回风口在上，均为0.5×0.3m，安装于西墙，空调底部距地面2.0m，侧面距南墙1.0m处。X、Y、Z三个方向的网格数分别是54、50、31，节点数为73620。
1.1.3采用的数学模型
采用稳态模拟，选取标准的K-ε两方程湍流模型且默认选用壁面函数法[6, 7]；采用PISO算法用来解决压力速度耦合问题以加快单个迭代步中的收敛速度；对流项采取比二阶迎风格式计算结果更为准确的QUICK格式。
1.2 边界条件
在计算中假设：房间没有考虑人员的活动；按空房间进行模拟计算；墙体、窗户、屋顶及空调器壁换热边界条件采用给定壁面温度及对流换热系数[8]。空调为格力KF-32型，送风温度值及风量根据测量值确定，送风温度为20℃，风量为450m3/h，回风采用outflow边界条件。
热舒适性的参数为[9]：
夏天：①空调房间干球温度27℃，相对湿度50%；②房间内1名成年男子，新陈代谢率取57W，着衣指数取0.6clo；③人的机械效率=0；④平均辐射温度=干球温度。
2模拟计算结果及分析
2.1 Z=0.1m断面的计算分析
从图2看出在Z=0.1m的截面上温度多数在24~26.5℃间，只在房间的远离空调的两个角上很少区域超过27℃。从图3看出速度多在0.35 m/s以下（白色区域为超过的区域，未显示具体值）。在空调区内，由图4可知多数区域PMV在0.3~-1之间，表示温度适中到微凉；在空调安装区附近，PMV处于凉的状态，有吹风感。图5是由PMV算出的PPD图，它也反映了同样的规律：近空调安装区（x﹤1.5m，y﹥2.5m）PPD值偏大，不满意度大。总体说Z=0.1m偏凉，有吹风感。
2.2 Z=0.6m断面的计算分析
Z=0.6m的截面一般是平躺高度。从图6看出在Z=0.6m的截面上温度多数在26~27.5℃间，人在此平躺温度适宜。从图7看出速度多在0.15 m/s以下（白色区域为超过的区域，该区域较小，一部分在空调下，一部分在靠墙部分）。在空调区内，由图8可知多数区域PMV在-0.2 ~0.6之间，表示舒适度适中。表1是计算出的PPD表，虽然﹤10%的占到37%，但﹤15%的占到91%，主要是室内温度设定为27℃，处于偏高值。总体说平躺休息是适宜的。
表1 Z=0.6m断面模拟点的PPD值
2.3 Z=1.1m断面的计算分析
从图10看出在Z=1.1m的截面上温度多数在24~27.5℃间，在房间的北部靠墙区域有超过27℃的，但也＜28℃，满足使用要求。从图11看出速度多在0.35 m/s以下（白色区域为超过的区域，该区域比Z=0.1m处的要小，风速更趋于均匀）。由图9可知多数区域PMV在0 ~0.8之间，表示温度适中到微暖；在空调安装区附近，PMV处于适中的状态，处于回流区内。远离空调安装位置的区域偏热，由于其温度高、风速度小。表2是计算出的PPD表，这表也反映了同样的规律：近空调安装区PPD值小，满意度大，＜10%的占到52%。总体说Z=1.1m微暖。
表2 Z=1.1m断面模拟点的PPD值
2.4 Z=0.1m和Z=1.1m断面的温差计算分析
计算结果列入表3中。可以看出在靠近空调安装区有个别点温差超出了3℃，所以在放置书桌、床时应该避开这些区域。
表3 断面Z=0.1m和Z=1.1m的温差值（℃）
3 结论
1）分体式空调初投资低、节能，适合家用；
2）热舒适性PPD﹤10%指标不能在全室达到；但在室内温度设定为27℃时，在人体卧床休息时PPD﹤15%指标达到91%以上，在该断面温度在26~27.5℃间，风速多在0.15 m/s以下，适合人休息，因而分体式空调适合卧室安装。
参考文献
[1] 韩茜. 论住宅空调负荷的计算和空调机选用. 黑龙江科技信息. 2008(9): 229
[2] 陈小荣，周坚. 家庭空调方式的选择与新风组织. 制冷技术. 2004(3): 30-33
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[7] S V 帕坦卡.传热与流体流动的数值计算.北京：科学出版社，1980
[8] 朱红钧，林元华，谢龙汉. FLUENT流体分析及仿真实用教程.北京：人民邮电出版社，2010
[9] 周传辉. 住宅空调安装位置对舒适度的影响. 建筑热能通风空调. 2008,27(3):63-65