家用熱泵空調(diào)熱舒適的研究

林嘉萍

摘 要：為了提升家用熱泵空調(diào)器能效和舒適性，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，本文研究并提出分布式送風技術(shù)解決方案，實踐表明，該技術(shù)具有很好的市場推廣前景。

關(guān)鍵詞：熱泵空調(diào)；分布式送風技術(shù)；送風形式

中圖分類號：TU831 文獻標志碼：A

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)在人們的生活中越來越常見，在家里使用空調(diào)可以提高住宅的舒適度，還可以滿足人們對居室空氣環(huán)境的新要求。家用中央空調(diào)的種類很多。其中，熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是家用中央空調(diào)的一種主要的空調(diào)類型。因此，如何提升家用熱泵空調(diào)的室內(nèi)熱舒適及其能量的利用率，成為家用熱泵空調(diào)推廣應(yīng)用中亟待解決的問題。

1 氣流組織與人體熱舒適

1.1 影響人體熱舒適的因素

人體熱舒適的影響因素主要包括人體因素和環(huán)境因素，環(huán)境因素包括空氣溫度、風速、相對濕度和平均輻射溫度，其中空氣溫度和風速對人體熱舒適的影響最大，重要性系數(shù)分別為0.53及0.27。家用熱泵空調(diào)如何營造人體熱舒適所需的溫度場和速度場就需要具備合理的送風氣流組織，氣流組織又主要由送風形式?jīng)Q定，而空調(diào)送/回風口位置、數(shù)量、規(guī)格等參數(shù)將決定送風形式。

1.2 分布式送風氣流組織

氣流組織能夠通過影響房間溫度場和速度場影響人體熱舒適，人體達到熱舒適需要合理的氣流組織形式。合理的送風形式及其氣流組織對人體熱舒適至關(guān)重要。家用熱泵空調(diào)具有間歇性使用的特點，故在進行氣流組織設(shè)計時須結(jié)合空氣的物理特性，綜合考慮人體在穩(wěn)態(tài)環(huán)境及動態(tài)環(huán)境下的熱舒適。

2 對比試驗

2.1 試驗方案

選取兩種常規(guī)送風形式的家用熱泵空調(diào)與分布式送風家用熱泵空調(diào)進行對比測試。其中常規(guī)送風形式分別為上部方形風口送風和正面長條形風口送風。3種不同送風形式家用熱泵空調(diào)均為3HP機，變頻1級能效。由于測試樣機的外形及尺寸不一，故出風口面積存在一定偏差，出風面積在0.0978m2～0.1455m2。測試時出風風量均取1200m3/h。在相同試驗室及工況下進行測試。

試驗室為磚墻結(jié)構(gòu)，模擬實際用戶住所，試驗室的面積為47.16m2，其中長為9.0m，寬為5.24m，高為2.8m。試驗室示意圖及溫度布點如圖1所示，監(jiān)測溫度的熱電偶數(shù)量共計850個。當室內(nèi)外工況穩(wěn)定后，即達到制冷或者制熱工況時，設(shè)定最高風擋，左右掃風及上下導風角度均默認，對應(yīng)溫度，開機運行，并實時監(jiān)測及記錄各測點溫度，穩(wěn)定運行3h后停止試驗。

2.2 試驗結(jié)果及分析

2.2.1 室內(nèi)空氣溫度云圖

在家用熱泵空調(diào)開機運行3h后，上部送風和正面送風形式的家用熱泵空調(diào)溫度分層嚴重，靠近地面的空氣溫度為12℃～15℃，而房間頂部溫度可達24℃左右。而分布式送風形式的家用熱泵空調(diào)，在開機運行3h后，其溫度場均勻，靠近地板處的空氣溫度為19℃，靠近屋頂處的空氣溫度為21℃，房間平均空氣溫度更接近于設(shè)定溫度20℃，且房間上部與房間下部的溫差值僅為2℃，遠低于常規(guī)送風形式的家用熱泵空調(diào)。

2.2.2 垂直空氣溫差

垂直空氣溫差指房間內(nèi)沿垂直方向上存在的空氣溫差（以0.1m高度處溫度為基準的差值）。從房間不同高度與0.1m截面的垂直空氣溫差來看，分布式送風家用熱泵空調(diào)比上部送風家用熱泵空調(diào)的垂直空氣溫差低3.8℃～5.4℃，降低幅度可達70%～75%；相比常規(guī)正面送風家用熱泵空調(diào)的垂直空氣溫差低5.8℃～9.9℃，降低幅度可達81%～84%。在人體經(jīng)常活動區(qū)域，即1.6m～0.1m區(qū)域，分布式送風可比常規(guī)送風熱泵空調(diào)的垂直空氣溫差低5.4℃～9.5℃，降低幅度可達71%～81%。

2.2.3 耗電量

運行相同的時間，分布式送風家用熱泵空調(diào)的耗電量最低，比常規(guī)送風形式節(jié)能29%～48%。這是因為分布式送風能夠向房間上下部同時輸送熱風，使室內(nèi)空氣溫度分布均勻，非人體活動區(qū)域的平均溫度與人體活動區(qū)域的平均溫度的偏差值較小，舒適性較佳的同時，熱能能夠得到有效利用。而上部送風及正面送風形式的熱泵空調(diào)因存在較為嚴重的溫度分層現(xiàn)象，非人體活動區(qū)域的溫度過高，而人體活動區(qū)域的溫度過低，空調(diào)所監(jiān)測的環(huán)境溫度過低，一直處于滿負荷高頻運行，從而導致耗能大，人體所感受的舒適性也差。

2.2.4 吹風感

吹風感指數(shù)是指由于空氣流動引起的人體感覺不滿意率。其計算方法如式（1）所示：

DR=（34-ta）（va-0.05）0.62（0.37vaTu+3.14） （1）

式中：DR為吹風感指數(shù)，即由于渦動氣流引起的不滿意率，若DR>100%，則DR=100%；ta為局部空氣溫度（℃）；va為局部平均空氣流速（m/s），若va≤0.05m/s，則va=0.05m/s；Tu為局部紊流強度（%），即局部空氣流速的標準差與局部平均空氣流速之比在10%～60%，若未知，可取40%。

此項指標的數(shù)值越低，表明由于空氣流動引起的人體感覺不滿意率越低，即人體感覺越滿意，所處的環(huán)境越舒適。而在較熱環(huán)境下使用熱泵空調(diào)制冷時，往往存在冷風直吹的不舒適感。

結(jié)論

綜上分析，分布式送風方式能夠?qū)崃烤鶆虻剌斔椭琳麄€房間，大幅降低人體活動區(qū)域的垂直空氣溫差，且在房間較低處及人體腳部區(qū)域的加熱效果優(yōu)勢明顯；相較于傳統(tǒng)送風形式的家用熱泵空調(diào)，具有分布式送風氣流組織的家用熱泵空調(diào)可使房間1.6m～0.1m高度的垂直空氣溫差降低71%～81%；在相同運行時間內(nèi)，相比其他送風形式家用熱泵空調(diào)，在熱舒適性大幅提升的同時，分布式送風家用熱泵空調(diào)能夠節(jié)能29%～48%。因而，分布式送風技術(shù)在家用熱泵空調(diào)中的應(yīng)用具有實際應(yīng)用價值，可推廣應(yīng)用。

參考文獻

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