酒店套房空調系統舒適性淺析

陳計宏，王大龍，楊光琴，熊云輝，孫英杰，李寶明，王 聰，朱騰飛

（中建三局安裝工程有限公司，湖北武漢 430064）

0 引言

隨著我國國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，許多城市中星級酒店數量逐年遞增。五星級酒店被視為具有一定檔次的公共建筑，其內部的機電系統體現著一定的檔次與品質。空調系統可以提高室內環境舒適度，是影響酒店品質的關鍵因素。合理的氣流組織不僅提高酒店的舒適度，同時也可以減少酒店空調能耗。

1 工程概況

本項目位于福建省龍巖市一綜合體項目，地上建筑150 636.36 m2，地下建筑53 907.81 m2。酒店塔樓40層，辦公塔樓35層，建筑高度148.72～174.12 m，為一類高層綜合樓。

2 設計參數

2.1 主要設計氣象參數

1）夏季：空調干球溫度 34.6℃；空調濕球溫度 25.5℃；通風干球溫度：32.1℃；大氣壓力：968.1 kPa；平均風速：1.6 m/s。

2）冬季：空調干球溫度：3.7℃；空調相對濕度：73%；通風干球溫度：11.6℃；大氣壓力：981.1 kPa；平均風速1.5 m/s。

2.2 室內設計參數

夏季溫度：24℃；夏季相對濕度：60%；冬季溫度：22℃；冬季相對濕度40%；新風量：50 m3/(h*人)；衛生間排風量：90 m3/h。

3 數值分析

3.1 幾何模型及參數處理

在套房CAD圖的基礎上建立了房間的三維模型，其中對房間中的床、燈、桌子、浴池等設備進行了簡化處理，根據前期測量的數據，將這部分設備的負荷以功率的形式表現在了內墻的熱效應中，具體可以參見邊界條件設置部分。

客房的面積為60 m2。房間吊頂層高為2.8 m，房間的CAD圖和3D模型如圖1、2所示。其中圖中外圍護結構為玻璃幕墻，幕墻西南角分解至朝南與朝西兩部分，傳熱系數為2.8（W/m2·K）；內墻與房間內隔墻均為輕質隔墻，傳熱系數為2.02（W/m2·K）；房間地板和天花板傳熱系數為1.24（W/m2·K）。

圖1 房間平面圖

圖2 房間三維模型

3.2 網格劃分

在幾何模型的基礎上進行了網格劃分，采用四面體網格劃分方法對房間網格進行了總體劃分，在出回風口的位置進行了局部加密，網格單元數為247萬左右，滿足計算要求，網格圖如圖3、4所示。

圖3 房間的網格劃分情況1

圖4 房間的網格劃分情況2

3.3 邊界條件

在網格計算域的基礎上建立了物理模型，對房間內流場和溫度場進行了數值分析，流動介質選用空氣理想氣體狀態，比熱為1 004 J/kg·K，其中各個參數如表1所示。

表1 數值分析的邊界條件輸入

為了簡化模型，將人體、設備、燈等的熱功率平均分攤到室內墻上，太陽光輻射平均分配至幕墻及室內墻體負荷上。

衛生間排風系統運行為間歇性運行，本次模擬暫時不予考慮。新風對整體影響較小，且新風口在設計中與風機盤管共用風口，為簡化模型將其風量及負荷并入風機盤管考慮。

模擬選用的風機盤管型號為設計采用型號FCU-06，高檔運行（風量：1 020 m3/h，機外靜壓：12 Pa，制冷量：6.1 kW，制熱量：9.7 kW，3排管功率：96 W/220V，噪聲：45 dB）的狀態下進行模擬。

采用傳熱模型及湍流模型對房間內的流場及溫度場進行了穩態分析，計算收斂，結果可以參見以下內容。

3.4 結果討論分析

分別針對房間的速度場和溫度場進行了討論，其中重點討論了出風口處的速度和溫度分布情況，如圖5、6。

圖5 房間內流線速度圖

圖6 房間內流線溫度圖

從圖5中可以看出客廳處的空氣流動情況是最好的，因為出風口方向的原因，臥室的空氣流動次之，臥室衛生間浴缸房間里的空氣流動性最差，幾乎沒有流動。從圖6中可以看出在流線范圍內溫度是達標的，兩個出風口房間內的溫度最低，入戶花園處的溫度和臥室衛生間處的溫度較高，結合圖5、6可以看出，空氣流動性較差的房間內的溫度都比較高。

針對兩個出風口，文中選取了出風口處截面處對速度矢量和溫度分布進行了研究，所取平面分別為ZX平面Y方向-1.68 m處，YZ平面X方向-3.5 m處，如圖7、8所示。

圖7 XZ平面截面處溫度分布

圖8 XZ平面截面處速度矢量分布

從圖7中可看出平面內最高溫度出現在房間的內墻部分，為25.3℃，究其原因是因為鄰墻溫度傳遞至室內，而此處的空氣流動性很差，所以溫度最高，西側窗戶部分由于空調出風口吹出冷空氣的原因導致傳熱效應明顯，所以溫度較低。截面處溫度分布云圖（圖7）可以看出，客廳空調布置合理，房間內溫度分布較為均勻，舒適度較高。

圖9 YZ平面截面處溫度分布

圖10 YZ平面截面處速度矢量分布

臥室房間里的溫度分布及速度矢量和客廳處的規律類似，從云圖（圖9、10）中可以看出臥室處空調布置合理，床的安放位置合理，出風口的風不會直接吹到床的安置位置，人的舒適度較高。

4 結論

通過對空調房間的數值分析，對房間內的流場和溫度場有了較直觀的認識，從模擬的結果可以發現以下幾個問題。

（1）酒店客房設計中衛浴的空調設計容易被忽略，通常設計中只考慮衛生間的排風，忽略了有外墻的情況下衛生間的單位冷負荷甚至可能大于房間內部的單位冷負荷。

（2）套房客廳部分，人員活動空間內風速0.01 314 m/s(根據GB50736-2012，夏季空調房間風速要求不大于0.25 m/s，冬季不大于0.2 m/s)較舒適。風機盤管在高檔情況下溫度為15.6℃～17.33℃之間，人體感覺較寒冷，與室外溫差較大人體容易不適應，舒適性較差，可以切換至較低檔位以提高溫度達到合理的房間溫度。

（3）臥室內采用上送上回的方式，風口布置在床的尾部。床鋪部位風速接近0.01 314 m/s，較舒適。溫度為15.6℃～17.33℃之間，可以切換至較低檔位以提高溫度達到合理的房間溫度。但在風口下方時風速為0.65 m/s～1.29 m/s，有明顯的吹風感；溫度13.9℃～15.61℃，感覺較寒冷，舒適性較差。由于是高檔狀況下模擬，實際運行中可以降低檔位以滿足房間的舒適性要求。

（4）風機盤管的能力大于房間的負荷要求，即使在負荷最大的時候也大于使用要求，在實際使用中中低檔即可滿足負荷要求且有較好的舒適性，所以建議選擇風機盤管型號時候可以考慮低一個規格型號的設備即可。

整體上看，該客房空調布置較為合理，能夠保證一定的舒適度，在此基礎上，針對衛生間空氣流動性差的現象增加一個風機盤管或增設空調送風口，從室內風機盤管引風管至衛生間，可以改善衛生間的溫度場提高舒適性。

由于空調在整個機電中所占比重較大，運行能耗較大，通過數值分析的方法對套房內的空調系統進行溫度場和流場分布情況分析，根據分析的結果可以幫助優化空調的選型和風口的布置位置以及空調實際使用時的調節提供一定的參考，提高房間的舒適性和節約成本。

參考文獻：

［1］張滌明.計算流體力學［M］.廣州：中山大學出版社，1991.

［2］朱一坤.流體力學基礎［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1990.

［3］陸耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［4］趙斌，李先庭，彥啟森.室內空氣流動數值模擬的風口模型綜述［J］.暖通空調，2000，32（5）：33-37.

［5］S·V·帕坦卡著，張政譯.傳熱與流體流動的數值計算［M］.北京：科學出版社，1984.