引言室内的气流组织设计通过确定合适的送回风形式以及送风、回风和排风的速度、风量、温度等参数[1]，达到合理的气流组织状态，保证室内的空气品质和热舒适性满足人们的要求[2]。空调的气流组织形式多样，包括同侧送排风、异侧送排风和置换通风等3种气流组织形式。其中，侧送风通过充分混合送风与室内空气以满足热环境要求，改善室内空气品质，但通风效率较低，不能及时排除室内污染空气[3]；置换通风方式下，送风与室内空气混合程度较小[4]，新鲜空气以低速送入房间下部区域，在底部形成低温空气湖，室内空气受浮力影响产生向上的气流，气流吸卷周围空气形成向上的气流流动以实现置换通风效果。置换通风方式下通风效率较高[5]，排除室内污染空气的效果较好[6]。应用Airpak模拟软件，利用计算流体力学的分析方法对会议室内采用不同气流组织形式下的室内环境进行模拟分析，得到房间内的温度场和速度场分布以及PMV-PPD指标，分析会议室内人员的热舒适性及不满意度，探究不同气流组织形式对房间热舒适性的影响，为研究会议室的空调气流组织形式提供参考。1研究方法1.1物理模型选用3种气流组织形式（同侧送排风、异侧送排风和置换通风）对房间的热环境进行模拟。选择某小型会议室作为研究对象，尺寸为8.0 m×6.0 m×3.5 m，室内有6名人员、6台电脑、3盏荧光灯和1个会议桌。同侧送排风方式下，侧送风口、排风口分别设在左墙的上部和下部；异侧送排风方式下，侧送风口、排风口分别设在左墙的上部和右墙的下部，风口大小均为0.32 m×0.20 m，送风温度为20 ℃，风速为2.8 m/s，送风口高度为3 m、排风口高度为0.5 m；采用置换通风方式时，在左右墙距地面0.15 m处均设置送风口，风口大小为1.00 m×0.25 m，送风温度为21 ℃，风速为0.35 m/s，排风口位于房间顶部，风口大小为0.5 m×0.2 m。根据实际建筑尺寸在Airpak软件中建立物理模型。不同通风方式下空调房间的室内布置如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F001图1不同通风方式下空调房间的室内布置1.2数学模型采用k-ε湍流模型进行求解，满足Boussinesq假设，根据流体流动和传热过程建立数学模型。（1）根据质量守恒定律，单位时间流体单元体的质量增量等于相同时间间隔流入该单元体的净质量。连续性方程为：∂ρ∂t+∂ρu∂x+∂ρv∂y+∂ρw∂z=0 (1)（2）动量方程是单位时间内，流入控制体的动量与作用于控制体表面和控制体上的外力之和等于控制体内动量的增加量。动量方程为：∂ρUi∂t+∂ρUiUj∂xj=∂P∂xj+∂∂xjμ+μi∂Ui∂xi+∂Ui∂xj+ρβgiTref-T (2)（3）能量方程是单位时间内流入控制体的能量与外力所做功之和等于控制体内能量的增加。能量方程为：∂ρH∂t+∂ρHUj∂xj=∂∂xjλCp+μiPri∂H∂xj+SH (3)（4）k方程与ε方程。k方程为：∂ρk∂t+∂ρkui∂xi=∂μ+μtσk∂k∂xj∂xj+Gk+Gb-ρε-YM+Sk (4)ε方程为：∂ρε∂t+∂ρεui∂xj=∂μ+μtσε∂ε∂xj∂xj+εkc1Gk+Gb-c2ρε+Sk (5)Gk由速度梯度引起的湍动能k生成，Gb由浮力产生的湍动能k引起，σε=1.3，σk=1.0，c1=1.44，c2=1.92。1.3网格划分和边界条件Airpak软件基于有限容积法，利用六面体非结构化网格对计算域进行离散[7]。对风口、人员、电脑等温度和速度梯度较大的区域进行局部网格加密，在保证计算速度的同时提高迭代次数，增加计算的精确度。房间内部热源为人员、电脑和灯具。右侧墙与外界有热量交换，设定壁温边界条件，其他围护结构与其他空调房间相邻，设为绝热边界条件。房间位于山东济南，夏季室外设计计算温度为34.8 ℃。房间边界条件参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.T001表1房间边界条件参数名称尺寸/(m×m×m)数量类型性能参数人0.40×0.35×1.736定热流量75 W电脑0.4×0.4×0.46定热流量173 W灯具1.20×0.20×0.153定热流量40 W会议桌1.50×4.00×1.051——右墙8.0×3.5—定壁温—1.4室内环境评价方法室内热环境是影响人体冷热感觉的环境因素，包括室内空气温度、空气湿度和气流速度等。通过Airpak软件，运用数值模拟的方法，比较夏季工况不同气流组织下的室内温度场、速度场及PMV-PPD指标，分析小型会议室气流组织的合理性。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012），人员长期逗留室内设计参数（供冷工况）如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.T002表2人员长期逗留室内设计参数（供冷工况）热舒适度级别温度/℃相对湿度/%风速/(m/s)Ⅰ级24~2640~60≤0.25Ⅱ级26~28≤70≤0.30热舒适等级为Ⅰ级时，预期平均热感觉指数(PMV)和预期不满意者百分数(PPD)应分别满足-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10%；热舒适度等级为Ⅱ级时，预期平均热感觉指数(PMV)和预期不满意者百分数(PPD)应分别满足-1.0≤PMV-0.5，0.5PMV≤1.0，10%PPD≤27%。坐姿状态下，人体头部与脚部温差不超过3 ℃。2侧送风模拟结果分析研究利用Airpak模拟软件对同侧送排风和异侧送排风的室内温度场、速度场及PMV-PPD值进行模拟，选取会议室内人员附近典型位置(X=1.5 m、X=4.5 m)的温度、速度和PMV-PPD值分布以及人员坐姿下头部(Y=1.2 m)和脚踝(Y=0.2 m)高度处的温度分布进行分析。2.1同侧送排风模拟结果与分析（1）温度、速度分布。同侧送排风模式下房间内不同截面处的温度、速度分布如图2、图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F002图2同侧送排风模式下房间内不同截面处的温度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F003图3同侧送排风模式下房间内不同截面处的速度分布由图2、图3所示，侧送风方式下空调冷风从房间上部侧送入房间，与室内空气混合。分析室内温度分布情况，人体附近区域温度分布比较均匀，距送风口较近的X=1.5 m截面处温度比X=4.5 m截面处略低，X=1.5 m截面处温度约25~26 ℃，X=4.5 m截面处温度约27 ℃，热舒适性较好。分析速度分布情况，X=1.5 m截面处，风口高度下方气流扰动较小，工作区内风速约0.08 m/s，X=4.5 m截面处，气流速度约0.16 m/s，工作区内速度分布比较均匀，吹风感不强，满足人体舒适度的要求。（2）PMV-PPD指标分布。PMV指标代表同一环境下绝大多数人的冷热感受，利用PMV指标预测热环境下人体的热反应。但PMV指标无法代表所有人的热感觉，因此利用PPD指标（预期不满意百分率）表示对热环境不满意的百分数。PMV-PPD指标是评价人体热舒适性能的重要指标，PMV值越接近0，表明室内热环境越接近最佳热舒适状态；PPD值越小，表明人体不满意度越小。同侧送排风模式下房间内不同截面处的PMV值、PPD值分布如图4、图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F004图4同侧送排风模式下房间内不同截面处的PMV值分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F005图5同侧送排风模式下房间内不同截面处的PPD值分布由图4、图5可知，房间内PMV值和PPD值分布比较均匀，人体附近区域的PMV值约为0，人体冷热感不明显，在X=1.5 m截面接近送风口处，PMV值略低，约为-0.7~-1.0；房间上部接近送风口处人体不满意率明显高于其他部分，人员附近区域PPD值为5~7，不满意率较小，人员热舒适性较好。2.2异侧送排风模拟结果与分析（1）温度、速度分布。异侧送排风模式下房间内不同截面处的温度、速度分布如图6、图7所示。分析温度分布情况，异侧送排风方式下，房间内的温度分布较均匀，工作区内温度约为25 ℃，人体坐姿下，头部与脚踝处的温差在1 ℃以内，热舒适性比较好。分析速度分布情况，X=1.5 m截面处气流扰动较小，风速约为0.11 m/s；X=4.5 m截面处，风速约为0.12 m/s。房间内温度与速度分布比较均匀，人体舒适感比较好。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F006图6异侧送排风模式下房间内不同截面处的温度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F007图7异侧送排风模式下房间内不同截面处的速度分布（2）PMV-PPD指标分布。异侧送排风模式下房间内不同截面处的PMV值、PPD值分布如图8和图9所示。两截面处PMV-PPD值分布均比较均匀，PMV值约为-0.25，预测不满意率均小于15%，人体热舒适性较好。X=1.5 m截面处靠近送风侧，预测人体热感觉较凉，不满意率略高。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F008图8异侧送排风模式下房间内不同截面处的PMV值分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F009图9异侧送排风模式下房间内不同截面处的PPD值分布3置换通风模拟结果与分析（1）温度、速度分布。置换通风模式下房间内不同截面处的温度、速度分布如图10、图11所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F010图10置换通风模式下房间内不同截面处的温度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F011图11置换通风模式下房间内不同截面处的速度分布由图10、图11可知，分析温度分布情况，置换通风方式下房间内自下而上呈现热力分层现象，人体脚踝处温度约25 ℃，离地面距离越大处温度越高。人体附近区域温度约25~26 ℃，坐姿时，头部与脚部温差不超过2 ℃，满足人体热舒适要求。分析速度分布情况，两截面处的速度分布较均匀，房间内上升气流速度约0.1~0.2 m/s，吹风感不强。置换通风送风口高度较低，房间底部存在一定的气流流动，但置换通风以低速送风，在距离送风口1 m处气流速度衰减至0.18 m/s，坐姿状态下人体吹风感不明显。（2）PMV-PPD指标分布。置换通风模式下房间内不同截面处的PMV值、PPD值分布如图12、图13所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F012图12置换通风模式下房间内不同截面处的PMV值分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F013图13置换通风模式下房间内不同截面处的PPD值分布由图12、图13可知，置换通风状态下，室内PMV值和PPD值分布比较均匀，室内的PMV值为-0.5~0.5，热舒适度较好，脚踝高度处PMV值小于0，略有冷感。房间底部由送风口位置导致PPD值较高，房间内不满意率在10%以内，整体热舒适度满足Ⅰ级标准。4不同气流组织形式下室内温度、速度分布对比侧送风、置换通风方式的室内温度、速度分布如图14、图15所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F014图14侧送风、置换通风方式的室内温度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.002.F015图15侧送风、置换通风室内风速分布由图14可知，采用侧送风时，沿房间高度方向室内温度场变化趋势基本一致，房间内下部温度高而顶部温度低，1.2 m高度处温度较高，因为此高度处热源较为集中，散热量大，同侧送排风方式下的温度最高，为31.8 ℃；采用置换通风方式时，房间下部温度低而顶部温度高，可以保证室内人员活动高度内的热舒适性。由图15可知，置换通风方式下室内气流速度较小，基本保持在0.05 m/s左右，风速随高度的变化波动较小，室内舒适度较高；采用侧送风时，沿房间高度方向速度场变化规律相似，0.3~3.0 m高度范围内，风速先减小再增大，随高度的变化波动较大，因为送排风形式为侧送下回，使空调出风口高度处风速最高，随后与室内空气混合，气流速度降低。5结语（1）侧送风方式下，送风口单侧布置，房间内存在一定的温度梯度，且同侧送排风方式下温度梯度较为明显，供冷工况下室内环境满足热舒适度Ⅱ级标准。（2）置换通风方式下，房间内自下而上存在热力分层现象。人体附近区域的PMV值接近于0，不满意率小于10%，满足室内供冷工况下热舒适度Ⅰ级标准。（3）对比3种气流组织形式下室内温度和速度分布，工作区内置换通风和异侧送排风方式下温度较低，热舒适性较好，置换通风方式下室内风速较低，是理想的空调气流组织形式。