基于有限元技术的热泵系统下室内热舒适性的影响模拟

来源:用户上传      作者:董敏?吴志猛?孔德霞

　　摘 要：文章运用有限元技术，通过Airpak软件对地源热泵系统在制冷状态下为办公室人员带来的热舒适性进行数值模拟研究，计算不同送风参数下的温度场、速度场和PMV等评价指标，对比分析不同送风参数下的各个评价指标，最终确定上送分房间内最优送风温度为296 K、最优送风速度为3.3 m/s，模拟结果对实际工程中热泵系统在制冷状态下上送风房间内送风参数的设置提供一定的理论依据。
　　关键词：有限元;送风参数;热舒适性;温度场
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）08-0134-05
　　Simulation of Indoor Thermal Comfort under Heat Pump System Based on Finite Element Technology
　　DONG Min1， WU Zhimeng2， KONG Dexia1
　　（1.School of Energy and Building Engineering， Shandong Huayu University of Technology， Dezhou 253034， China; 2.Shandong Yuelan Electromechanical Engineering Co.， Ltd.， Dezhou 253000， China）
　　Abstract： In this paper， the thermal comfort of the ground source heat pump system for office personnel under cooling state is numerically simulated by using the finite element technology and Airpak software. The evaluation indexes such as temperature field， velocity field and PMV under different air supply parameters are calculated， and the evaluation indexes under different air supply parameters are compared and analyzed. Finally， it is determined that the optimal air supply temperature in the upper air supply room is 296 K and the optimal air supply speed is 3.3 m/s. The simulation results provide a certain theoretical basis for the setting of air supply parameters in the upper air supply room under the refrigeration state of the heat pump system in the actual project.
　　Keywords： finite element; air supply parameter; thermal comfort; temperature field
　　0 引 言
　　近年恚随着科学技术的迅猛发展和生产力水平的不断提高，人们的生活水平也随之逐步提高，相反，空气污染带来的环境问题日渐显露，雾霾天气日益增多[1]，不仅影响了人们的正常生活，而且还对人们的身体健康造成极大的威胁。一栋栋高楼拔地而起，楼层越来越高，楼体结构越来越复杂，如果还是根据以前的方法对现代建筑进行送风参数的输入，势必会造成人力物力成本的暴涨[2，3]，可能还会使室内通风产生这样那样的问题。高楼内的通风状况尤为重要，这关系到室内空气质量的好坏。因此追求室内空气品质，减少室内污染物对人的影响，提高人们的体感舒适度就变得十分重要。地源热泵技术属于可再生能源利用技术，是以地下水为冷源，借此进行能量转换的暖通空调系统。本文主要借助有限元技术，通过Airpack软件对热泵系统供冷模式下为办公室人员带来的热舒适性进行模拟计算。
　　1 数学方程
　　在利用有限元技术对流场进行模拟计算时，物理三大守恒定律决定了流体运动所遵循的规律，它们分别是能量守恒定律、动量守恒定律和质量守恒定律，这些守恒定律是通过控制方程表达出来的[4，5]。
　　能量守恒方程：
　　动量守恒方程：
　　质量守恒方程：
　　2 物理模型
　　本文建立的办公房间几何模型长为5 m、宽为4 m、高为3 m，进气口尺寸为0.2 m×0.3 m。在忽略其他热源的情况下，将房间内存在的两台电脑和两个人作为热源，在数值模拟计算中，人的各种工作活动忽略不计，简而言之，就是把人看作是类似于空心砖的能量源，每个人的热通量（Heat flux）为50 w/m2[6]。电脑将被表示为房间中人前面的一个空心砌砖，每台电脑的热通量（Heat flux）为100 w/m2，上送风房间的几何模型如图1所示，其网格模型如图2所示。
　　通过查阅资料得知，当送风口温度在18 ℃～25 ℃之间、速度在2.5～3.8 m/s之间时，人员工作区可以获得较好的舒适感，所以以此为标准从此区间中选取五种不同工况，分析比较在不同工况下室内流场分布的差异，得出最优的送风参数，特在本次模拟中模拟一下五种工况，如表1所示。

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