全空气空调系统室内环境及热舒适性模拟研究

全空气空调系统根据空气来源可以分为直流式系统，一次回风系统和二次回风系统。本文采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法，分别模拟直流式系统、一次回风系统和二次回风系统对室内环境的影响，研究三种空调系统对预测平均热感觉投票PMV的影响。通过对室内气流组织，温度场，相对湿度场和热舒适性的分析，结果表明，直流式系统中，新风和室内空气混合程度高于回风式空调系统；二次回风系统室内温度最高，加热效果最好。在回流区，二次回风系统的PMV指标最高，根据人体热感觉指标，二次回风系统更舒适。

随着社会经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对室内空调热舒适性的要求也越来越高。如今降低能耗，提供绿色健康的室内环境已经成为空调系统设计的重点。研究空调室内热湿环境，分析温度场、湿度场等参数对人体热舒适性[1]的影响具有重要意义。在空调系统中，室内气流组织对人体的热舒适性有直接的影响。

1974 年，Nielesen 首次将计算流体动力学技术(CFD)应用于室内通风和空调领域[2]。ZeQin Liu (2014年)等人[3]利用ANSYS CFX 软件， 研究三种典型空调送风方式对室内热环境及热舒适性的影响， 结果表明上部送风方式热舒适性更好，满足室内舒适性的需求。L. KouFi (2017)等人[4]利用CFD 技术，研究不同通风模式对室内气流组织和污染物扩散的影响，结果表明通风模式和进出口位置对提高通风效率以及改善室内空气质量有着巨大的影响。由于新冠肺炎的流行，Fangyuan Zhang 和Yuji Ryu [5]认为气流分配是空调系统设计的一个重要方面，他们研究不同通风方式对室内温度和湿度分布的影响。结果表明通风方式对室内墙面上的冷凝分布有着显著影响。1970 年，Fanger 教授[6]通过1396 名学生的冷暖感觉实验数据，提出了预测平均热感觉投票PMV (predicted mean vote)。PMV 指标综合考虑了空气温度、平均辐射温度、相对湿度、空气速度、新陈代谢率和服装热阻六个参数。2018 年，王瑞[7]等人对典型住宅空调房间环境进行试验测试，结果表明，满足PMV 在−0.5~0.5 之间的情况下，夏季空调室内温度范围为25℃~28℃，冬季空调室内舒适度温度范围为22℃~25℃。2020 年，何博和李建建[8]对冬季空调房间内的气流组织和热环境进行数值模拟，研究人体模型周围的速度场、温度场以及PMV 指标，结果表明制热工况下调整空调导风板角度， 可以提高人体舒适性。2020 年，Jing Xu 等人[9]利用PMV-PPD 指标分析三种通风系统在不同送风温度下人体的舒适性，结果表明置换通风系统最适合的送风温度为19℃、20℃和24℃，地层通风系统最适合的送风温度为21℃、22℃和23℃，地板下空气分配系统最适合的送风温度为18℃。

本文采用ANSYS CFX 数值模拟软件[10]， 对直流式系统、一次回风系统和二次回风系统[11] [12] [13] [14] [15]进行对比研究，分析三种系统室内温度场、速度场和湿度场的分布情况，探讨三种系统对预测热感觉投票PMV 的影响。