摘" 要：以德州市某高校气流组织实验室室内环境为例，采用Airpak模拟软件对典型夏季条件下选取的三种送风方式（侧上送下回、顶送下回、下送上回）的效果进行模拟分析与评价，得到了其内部速度场、温度场、PMV云图的变化规律，最终得到相同条件下侧送风方式最为合理。其模拟结果对实际工程具有参考意义，为提高室内人体的热舒适性和热环境，节能减排，以及改善室内气流组织、室内空气质量提供技术支持和理论依据。
关键词：Airpak软件；气流组织；室内环境
中图分类号：TP39" 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2024）11-0111-05
Numerical Simulation Analysis of Indoor Environment Based on Airpak Software
WANG Chengzhi， LI Danhui
（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou" 253034， China）
Abstract： Taking the indoor environment of an airflow organization laboratory in a certain university in Dezhou City as an example， Airpak simulation software is used to simulate and evaluate the effects of three selected air supply methods （side up supply and bottom return， top supply and bottom return， and bottom supply and up return） under typical summer conditions. The change rule of the internal velocity field， temperature field， and PMV cloud map are obtained， the most reasonable side air supply method under the same conditions is ultimately obtained. The simulation results have reference significance for practical engineering， providing technical support and theoretical basis for improving indoor human thermal comfort and thermal environment， energy conservation and emission reduction， improving indoor airflow organization and indoor air quality.
Keywords： Airpak software; airflow organization; indoor environment
0" 引" 言
室内环境的质量直接影响着我们的生活质量和身心健康，尤其是对长期居住在室内的老人和孩童影响最为明显，其不良影响表现为不同程度的“病态建筑综合症”[1]。随着生活水平的不断提高，人们对室内环境质量越发重视。舒适清爽的室内环境不仅有益于身心健康，还能提高工作人员的办事效率[2]。要想使室内环境满足热舒适性要求，需要合理控制室内环境的温度、湿度及气流速度，而不同的气流组织形式会使室内环境产生巨大差异，因此选择合适的气流组织形式至关重要。在对室内热环境和空气质量的研究方面，Airpak软件是目前应用较为广泛的工具[3]。
徐童童等[4]通过Airpak软件对3种气流组织形式（同侧送排风、异侧送排风和置换通风）下小型会议室夏季室内热环境进行数值模拟，得到不同气流组织形式下的室内温度、速度、PMV值和PPD值分布，对比分析不同气流组织形式下的人体热舒适性。结果表明采用置换通风形式满足的热舒适等级更高，且室内气流速度波动较小，能够较好地满足人体热舒适性要求，是较为理想的气流组织形式。张志[5]根据某农村卧室所处位置及建筑信息计算冬季热负荷，利用Airpak软件模拟两种空调安装位置下室内环境温度场、速度场、PMV-PPD值。结果表明在送风方式2下有更好的室内风速、温度分布以及较高的PMV-PPD值，并且气流组织较好，可以保证为工作区域输出新鲜空气。戎传亮[6]以济南市某研究生工作室为研究对象，运用Airpak软件进行模拟分析，通过得到的温度场、速度场、压力场、空气龄及PMV-PPD分析知其满足热舒适性的要求。狄育慧等[7]运用Airpak模拟软件对西安市某建筑工地活动板房临时办公室和常规建筑办公室进行数值模拟，并将二者的温度场、速度场、PMV及PPD等模拟结果进行对比分析。得出夏季活动板房温度大于人体舒适温度，PMV值和PPD值与温度关系较大，故PMV和PPD值超出人体舒适范围，活动板房室内热环境较差等结论。
本文以德州市某高校气流组织实验室为研究对象，利用Airpak软件模拟研究不同空调送风形式对室内温度场、速度场等的影响，并对比分析了结果，以期为小型室内环境选择合理送风形式提供参考和理论依据[8]。
1" 建立物理模型及设计方案
1.1" 建筑模型建立
本次的模拟对象是一个室内实验室。基本的工程资料如下：实验室为长方体型，长为6 m，宽为4 m，高为2.6 m。实验室位于房间内，不考虑透过玻璃窗的日射得热，且实验室内默认无其他热源。采用Airpak软件建立实验室的几何模型。
1.2" 基本设计参数
设计参数如下：夏季，室外平均温度24 ℃，相对湿度60%，送入新风温度20 ℃，送风速度1 m/s。
1.3" 假设条件
为简化计算模型，特进行如下假设：
1）不考虑随空气流动的室内污染物因密度差引起的沉降速度。2）房间四墙无相互辐射。3）不考虑漏风的影响。4）不考虑门的影响。
1.4" 选用计算模型
根据计算流体力学中关于室内环境气流组织模拟要求及本实验室具体情况进行如下设定[9]：1）空间：三维。2）时层：稳态。3）流态：k-ε湍流模型。
2" 几种模拟方案选取及结果分析
2.1" 三种送回风方案
本次研究共选择三种送回风方案，分别为侧上送下回、顶送下回、下送上回。
送回风口的相关参数如表1所示。送风口的出流方向与送风口的方向垂直，表格内的负号表示与送风方向相反。
2.2" 计算结果及分析评价
2.2.1" 侧上送下回送风方式
实验室内中心区域（即人员活动区域）大部分地方风速很低。从图1、图2、图3所示的温度云图来看，送风侧温度下降明显，形成温度梯度，在y = 1.3 m（人员坐着时）和y = 1.7 m（人员站立时）温度相差不超过1 ℃，即人体不会感受到明显的冷热分布不均。在yz平面来看，垂直方向上有一定的温度分层，但不同分层之间温差较小。
从图4、图5所示的速度云图来看，新鲜空气通过送风口进入房间后，在浮升力的影响下，风力迅速减弱，再加上墙壁和通风孔的吸力，形成左右对称的两个气旋。中心对称处的风速更大，这是由风口的排列方式和流速的衰减所致，所以可以在同一个平面内更好地混合在一起，以便让实验室内污染的空气更好地吸释和外排，这样有利于形成合理的温度分布。回流区大多位于实验室内人员集中活动的区域，气流组织布置合理[10]。在浮升力的作用下，送入的新风在贴地面处进行扩散，它与喷流学中的“粘着喷流”现象相似，并由此使得周围的气流慢慢地向上运动。从y = 1.3 m（人坐着时的呼吸面积）和y = 1.7 m（人站立时的呼吸面积）中可以看到，空气在整个空间中的流动十分均匀。
从图6所示的x = 3 m的PMV云图来看，在距离地面1.5 m以内的PMV值在-0.965～-0.781之间，而在1.5 m以上PMV值＜-0.5，总体来看，绝大部分PMV值都落在舒适性最好的区间，即在-0.5～0.5之间，说明在侧上送下回送风方式下实验室内工作人员在主要活动区感觉是舒适的。
2.2.2" 顶送下回送风方式
从图7、图8、图9所示的温度云图来看，整个实验室温度分布比较稳定，且有分层现象出现，对整个实验室内人员活动区域来说，温度都是比较舒适的。在y = 1.3 m（人员坐着时）和y = 1.7 m（人员站立时）温度相差不超过1 ℃，即人体不会感受到明显的冷热分布不均。在yz平面，靠近送风口处温度最低为20 ℃，向下逐渐升高形成温度分层，但不同分层之间温差较小。
从图10、图11所示的速度云图来看，新鲜空气通过送风口进入房间后，在浮力的作用下风速逐渐降低，又由于墙壁及送风口对气流的卷吸作用，在y = 1.3 m处，气流在房间四周形成两个气旋做回转运动，而在y = 1.7 m处，气流在房间四周形成四个气旋做回转运动；从y = 1.3 m（人坐着时的呼吸面积）和y = 1.7 m（人站立时的呼吸面积）中，我们可以看到，在整个空间中空气的流动非常均匀，使整个区域的体感舒适度较好。
从图12所示的x = 3 m的PMV云图来看，在距离地面1.5 m以内的PMV值在-0.965～-0.781之间，而在1.5 m以上PMV值＜-0.5，总体上来看，多数PMV值都落在舒适性最好的-0.5～0.5之间，但在靠近送风口处PMV值为-1.701～-1.149，在这部分区域内舒适性还是稍差一些。
2.2.3" 下送上回送风方式
实验室内中心区域大部分地方风速较高，人体略微感到有吹风感。从图13、图14、图15所示的温度云图来看，在送风速度为1 m/s的情况下，沿实验室内四角各自存在四个温度低点（约为20 ℃），从四角向实验室内部温度逐渐升高。实验室内同一水平面温度比较均匀，送风口位于下侧会使实验室下部温度偏低，上部的温度比较高。而上半部分属于非人员活动区，其温度变化对人体热舒适性的影响较小。对于实验室内人员活动区域来说，整体温差未超过3 ℃，垂直温差能够满足人体热舒适性要求。在y = 1.3 m（人员坐着时）和y = 1.7 m（人员站立时）温度相差不超过1 ℃，即人体不会感受到明显的冷热分布不均。从yz平面来看，在靠近排风口处，温度最低为21 ℃，向下逐渐升高形成温度分层，但不同分层之间温差较小。
从图16、图17所示的速度云图来看，新鲜空气经送风口进入房间后，在浮升力的作用下风速快速衰减，加之又受到墙壁及送风口的卷吸作用，在y = 1.3 m处，气流在房间四周形成四个气旋做回转向上运动；在y = 1.7 m处，气流在房间上下形成两个气旋做回转向上运动。在中间对称处的气流速度要弱于墙壁四周的气流速度，这主要取决于风口的位置和风速的衰减，所以在实验室中，同一个平面内才能更好地混合，以便让实验室内污染的空气更好地吸释和外排，这样有利于形成合理的温度分布。从y = 1.3 m（人坐着时的呼吸面积）和y = 1.7 m（人站立时的呼吸面积）中，我们可以看到在整个空间中空气的流动非常均匀，使得整个区域的人体舒适度更好。
从图18所示的x = 3 m的PMV云图来看，在距离地面1.5 m以内的PMV值在-0.845～-0.597之间，而在1.5 m以上PMV值＜-0.5，总体上来看，多数PMV值都落在舒适性最好的-0.5～0.5之间，但在靠近排风口处PMV值在-1.092～-1.835之间，在这部分区域内舒适性还是稍差一些。
3" 结" 论
从yz平面的温度云图可以看出，下送上回和顶送下回在地面热源以外的区域形成较为明显的温度梯度和速度梯度，而侧下送上回不够明显。从PMV角度来分析，三种气流组织形式下，多数区间人体热感觉PMV值都在舒适性范围之内，表明三种送风方式下实验室内主要活动区域是体感舒适的，但在下送上回和顶送下回两种送风方式下，还有少部分PMV值落在-0.5～0.5之外，所以从舒适性方面来说，选取侧下送上回送风方式能够保证实验室人员的体感舒适度。
参考文献：
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[3] 楚广明，李洋，周港，等.不同送风形式对室内热环境的影响 [J].山东建筑大学学报，2023，38（1）：47-54+62.
[4] 徐童童，楚广明，李洋，等.小型会议室夏季空调气流组织及热舒适性研究 [J].节能，2023，42（2）：5-9.
[5] 张志.基于Airpak的卧室冬季热舒适影响研究 [C]//.2022供热工程建设与高效运行研讨会.无锡：[出版者不详].2022：378-385.
[6] 戎传亮.基于Airpak软件的工作室室内热环境数值模拟 [J].洁净与空调技术，2021（2）：50-53.
[7] 狄育慧，高亚茹，蒋婧.基于Airpak的某建筑工地活动板房室内热环境数值模拟 [J].西安工程大学学报，2023，37（2）：40-46.
[8] 夏卫东.基于Airpak的办公室冬季热舒适影响研究 [C]//第十六届国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会.苏州：中国城市出版社，2020：618-622.
[9] 赵柏峰.面向对象的HVAC设计方法研究 [D].北京：华北电力大学（北京），2005.
[10] 张钧程.幼儿园空调送风方式对比分析 [J].智能城市，2023，9（9）：14-17.
作者简介：王承志（1990.11—），男，汉族，山东菏泽人，讲师，硕士研究生，研究方向：能源与动力工程；李丹晖（1991.03—），女，汉族，山东德州人，讲师，本科，研究方向：机械设计及自动化。
收稿日期：2023-12-13
基金项目：山东华宇工学院科技计划项目（2023KJ10）
