空調制冷制熱時室內氣流及溫度分布數值的思考

摘要：文章主要是對空調制冷制熱的工作狀態下，對室內氣流以及溫度變化的影響曲線進行模擬，通常采用數學建模的思維實行研究，分別截取空調在不同時段、不同導風板旋轉方位、出口的風速等狀態下的氣流和溫度的變化數值進行研究和分析，并且對出現這種曲線的原因進行合理的分析，以期對空調控制溫度和氣流的工作提供理論基礎。

關鍵詞：空調制冷制熱；室內氣流；室內溫度；數值分布

中圖分類號：TKl24 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0149-02

當前，在對空調的研究中，有一個非常重要的重點問題就是如何實現房間內的快速升溫和降溫，因此，對于掌握房間內氣流和溫度的分度曲線非常重要。數值模擬的方法具有速度快、精度高、可視性好等優點，很適合進行室內溫度和氣流變化的分析。

1 數值研究的主要模型

在進行二維空間的計算，房間高3.5m，長6m，空調距離地面的高度是2.5m，房間內部的初始溫度是30℃和9℃，而空調自身出風口的溫度是18℃和42℃（前面的溫度是制冷、后面的溫度是制熱）。出風口測的速度分別是0.5m/s、1.8m/s、2.6m/s；導風板可以進行旋轉的角度分別是45°、90°、120°（相對于關閉位置）。

計算的方式采取非穩態的形式，規定步長為3s，一共進行計算9min，對影響整個房間內部氣流及溫度分布的產生影響的導風板旋轉角度和出風口的速度進行數值比對。在實際的傳熱過程中，一共有兩部分的熱量，分別是強制對流換熱和自然對流換熱，這兩部分熱量相互結合。因此，在進行計算的過程中，需要對重力因素的影響考慮進去。采用一階非穩態的計算方法，紊流的模型采用k-e模型的方法，壓力速度耦合使用SIMPLE的方法。

2 計算結果的分析研究

在空調開始工作以后，冷/熱空氣會和房間內部的溫度進行不斷的交換，房間內的平均溫度就會產生變化，這種變化的速度會隨著風速的不同、導向板的旋轉角度不同而存在差異，具體的數據分析見表1所示。

2.1 出風速度以及角度對室內的氣流、溫度的影響分析

在制冷的作用時，導風板會進行自動的調整，從初始位置旋轉到45°的時候，溫度從35℃到25℃變化的時間最短，在空調運轉到10分鐘時候，能夠達到的溫度最低。這是因為在導風板從初始位置到45°的旋轉以后，空調的出風口基本上接近到了水平位置，這種狀態下，冷空氣會以非常接近水平的方向吹出，但是由于冷空氣的比重、密度較大，因此，冷空氣首先作用的是房間的下面，在氣流的交換之中，原來存在于房間下部的熱空氣隨之上升到房間的上部，上升的熱空氣和下降的冷空氣之間必然會存在一個能量的交匯平面，或者說是冷熱混合的區域，在這個區域內，溫度的交換是非常快的，這樣對房間內平均溫度的下降非常的有利。在導風板旋轉到90°～120°之間的時候，空調中冷空氣吹出的方向就變成了垂直或者是過垂直的方向，這樣冷空氣在房間內運動的過程就會對原來熱空氣的交換作用減弱，冷熱空氣之間的交匯面沒有形成，僅僅依靠自然對流的方法實現交換能量，因此，在冷卻時間方面會比旋轉到45°的時候所用的時間多。伴隨著空調風速的提高，在單位時間內空調吹出的冷空氣量增加，使得冷卻速度加快，強制對流的面積增加，冷卻需要的時間就會顯著地縮短。研究發現，風速越大，在不同的高度上面的平均溫度變化差值越大，這是因為風速小的時候，房間內部發生強制對流和自然對流的作用變化不大，在冷空氣向下，熱空氣向上的過程中，就會形成冷熱空氣層的分層現象，冷空氣主要是通過擴散的形式向上進行傳播，一旦風速提高，實現強制對流的交換比自然對流的交換作用增大，在不同的房間高度層面上面的平均溫度之間的差值變小，冷熱空氣層的分層現象不明顯，在房間內部就只能通過強制對流的形式實現能量交換。空調制熱作用對房間內溫度變化的原理和制冷作用的一樣，在這里就不進行

贅述。

2.2 不同的房間高度在溫度方面的差異

在空調制冷作用的房間里面，人主要活動的區域面積是距地面2m的高度范圍內，因此，整個房間內部只有下半部分對人的影響作用較大，而且在房間上部的溫度高低程度似乎對人的影響作用很小，所以從表格后總可以分析出：在空調運行十分后總以后，在房間高度0.5m處的平均溫度比1.5m處的平均溫度低，而1.5m高度處的溫度又比房間內部的平均溫度低，造成這一結果的原因是由于冷空氣在房間的下半部分集聚導致的結果。空調制熱過程的分析和制冷過程的分析原理相同，在這里就不贅述了。

2.3 室內的平均溫度和回風溫度的差異

在制冷作用的過程中，回風溫度總是比室內的平均溫度高1℃～2℃，這是由于空調回風口的位置在出風口上面的緣故，而房間內部的溫度在高度方向上面呈分層的狀態，冷空氣因為密度大的緣故會主要集中在位置較低的地方。此外，高度、空氣溫度、回風口三者之間存在著正比例關系，這些都是導致室內的平均溫度和回風溫度的差異的原因。

3 結語

通過進行實際的測值分析，可以得出以下的結論：首先，空調的制冷/制熱技術，導風板的旋轉角度會對房間內溫度的調節產生影響；其次，空調運行導致的房間內平均溫度和不同高度的平均溫度與出風口的出風速度有直接的關系；最后，通過調整導風板的角度和出風口的速度，可以快速的制冷/制熱。具體關系為：快速制冷時需要較小的導風板旋轉角和較大的出風口速度配合使用；快速制熱時需要采用較大的旋轉角和較小的出風口速度配合使用。

參考文獻

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