翁文兵 黃旭 朱佳璐

（上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院 上海 200093）

主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)特性研究

翁文兵 黃旭 朱佳璐

（上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院 上海 200093）

針對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能實(shí)驗(yàn)中存在的風(fēng)量測量問題，設(shè)計(jì)了一套新型主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，基于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究不同一次風(fēng)量對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能的影響。結(jié)果表明：一次風(fēng)量小于80 m3/h時(shí)，冷梁誘導(dǎo)比隨一次風(fēng)量的增加而增加，當(dāng)一次風(fēng)量達(dá)到80 m3/h以后，誘導(dǎo)比基本趨于3．17。冷梁靜壓箱壓力與一次風(fēng)量之間存在二次方的關(guān)系，在冷梁4 mm噴嘴下，靜壓箱壓力隨一次風(fēng)變化的擬合曲線為y＝0．0225x2＋0．0101x。建立主動(dòng)式冷梁模型，針對一次風(fēng)量對誘導(dǎo)性能的影響進(jìn)行數(shù)值模擬，并基于設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到冷梁誘導(dǎo)比、靜壓箱壓力模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差最高分別達(dá)10．5%和8．8%，模擬整體結(jié)果和趨勢與實(shí)際測量吻合良好，說明該模型具有較高的可靠性。

主動(dòng)式冷梁；風(fēng)量測量；誘導(dǎo)比；靜壓箱；數(shù)值模擬

在倡導(dǎo)節(jié)約能源的今天，主動(dòng)式冷梁作為全球15個(gè)有利于建筑節(jié)能的技術(shù)之一得到廣泛的運(yùn)用［1－5］。國內(nèi)外關(guān)于主動(dòng)式冷梁的研究有許多：同濟(jì)大學(xué)的張智力等［6］研究了噴射型誘導(dǎo)風(fēng)口誘導(dǎo)比的影響因素，認(rèn)為噴嘴幾何尺寸對誘導(dǎo)比的影響較大，一次風(fēng)影響較小。利茲大學(xué)的M．Ruponen等［7－8］研究了一種新型冷梁誘導(dǎo)比測量方法，通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)送風(fēng)口形狀對誘導(dǎo)比幾乎沒有影響，對誘導(dǎo)比影響最重要的因素是噴嘴和送風(fēng)口的面積比率。天津大學(xué)的孫斌輝等［9－10］采用實(shí)驗(yàn)測試與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)比性能進(jìn)行研究，對主動(dòng)式冷梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了建議。以上對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能研究中，冷梁二次風(fēng)量的測量主要采用兩種方法：第一種將一組溫度探頭設(shè)置在換熱器的進(jìn)出口位置，記錄二次風(fēng)通過換熱器的溫差，結(jié)合冷梁供冷量求得二次風(fēng)量大??；第二種通過儀器直接測量。這兩種方法存在以下問題：1）冷梁供冷量通過測量冷梁冷水進(jìn)出溫差以及冷水流量來求得，但冷梁在運(yùn)行過程中存在一定的輻射量，故供冷量測量不精確；2）實(shí)驗(yàn)涉及冷梁水系統(tǒng)運(yùn)行情況的研究，較為復(fù)雜；3）直接測量風(fēng)速得到二次風(fēng)量，實(shí)驗(yàn)儀器須有較高的精確度，且測量結(jié)果不穩(wěn)定。

針對以上主動(dòng)式冷梁二次風(fēng)量測量存在的問題，本文設(shè)計(jì)一套主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并基于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究了不同一次風(fēng)量對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能的影響，同時(shí)基于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)對Fluent數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 主動(dòng)式冷梁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置、主動(dòng)式冷梁主體、二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置。通過一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置向主動(dòng)式冷梁主體內(nèi)送風(fēng)，一次風(fēng)進(jìn)入冷梁靜壓箱內(nèi)，測量一次風(fēng)量大小與靜壓箱內(nèi)壓力大小。靜壓箱內(nèi)一次風(fēng)通過冷梁噴嘴流出，并誘導(dǎo)二次風(fēng)進(jìn)入冷梁，使回風(fēng)面板處呈負(fù)壓。通過二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置向冷梁送風(fēng)，平衡回風(fēng)面板處負(fù)壓，測量此時(shí)二次風(fēng)量的大小。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig．1 The active chilled beam induced performance test experiment system

誘導(dǎo)比是評價(jià)主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，誘導(dǎo)比的大小決定了主動(dòng)式冷梁送風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)能否與室內(nèi)二次風(fēng)進(jìn)行充分混合，以滿足空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)送風(fēng)溫差及送風(fēng)量要求，主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)比的計(jì)算公式為：

式中：Q為冷梁送風(fēng)量，m3/h；Q1為冷梁一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量，m3/h；Q2為冷梁二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量，m3/h。

要得到主動(dòng)式冷梁的誘導(dǎo)比，需要得到一次風(fēng)量、二次風(fēng)量和送風(fēng)量中的兩個(gè)參數(shù)值。對于冷梁送風(fēng)量，為保證送風(fēng)能貼附天花板流動(dòng)，達(dá)到貼附射流的效果，冷梁一般會(huì)采用有一定角度的出風(fēng)口，不規(guī)則角度的送風(fēng)風(fēng)量很難測得，因此本文選擇測量冷梁一次風(fēng)量與二次風(fēng)量。

1）一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量。在主動(dòng)式冷梁的一次風(fēng)側(cè)設(shè)計(jì)一套送風(fēng)系統(tǒng)，由送風(fēng)機(jī)將新風(fēng)送入冷梁靜壓箱內(nèi)，送風(fēng)機(jī)為變頻離心風(fēng)機(jī)，可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大小。在風(fēng)管設(shè)置噴嘴，噴嘴的前后設(shè)有取壓口，在實(shí)驗(yàn)過程中測量噴嘴前后壓差，即可知通過的一次風(fēng)量。為了使進(jìn)入噴嘴的風(fēng)量均勻，在噴嘴入口段設(shè)有整流段，裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置Fig．2 The primary air flow measuring device

2）二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量。主動(dòng)式冷梁二次風(fēng)量的測量主要有溫度探頭結(jié)合冷梁供冷量測量和儀器直接測量兩種方法，這兩種方法均存在測量不精確，結(jié)果不穩(wěn)定的問題，因此本文提出一種新型風(fēng)量測試方法，適用于低風(fēng)速下通過不規(guī)則面板的風(fēng)量測量。該方法基于煙霧流向?qū)毫ψ兓姆磻?yīng)相對于儀器更為敏感的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置主要由風(fēng)罩、發(fā)煙裝置、壓差傳感器、噴嘴、變頻引風(fēng)機(jī)組成。在冷梁的二次風(fēng)側(cè)，用風(fēng)罩將整個(gè)回風(fēng)面板罩住，在風(fēng)罩的內(nèi)部設(shè)置用于均流的孔板，在孔板上方開一個(gè)直徑為5 mm的小孔。發(fā)煙裝置由四通管、氣管、熏香組成，四通管通過氣管與風(fēng)罩小孔相連，熏香放置在四通管中心。變頻引風(fēng)機(jī)通過噴嘴連接風(fēng)罩，通過變頻引風(fēng)機(jī)將室內(nèi)回風(fēng)引進(jìn)并送入風(fēng)罩中，壓差傳感器安置在噴嘴的兩側(cè)，可測量通過噴嘴的風(fēng)量。通過發(fā)煙裝置發(fā)煙，觀察四通管內(nèi)煙霧的流向。當(dāng)煙霧的流向?yàn)樨Q直上升時(shí)，視為風(fēng)罩內(nèi)外壓差為零，此時(shí)通過噴嘴的風(fēng)量即為二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量。二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)過程中，使四通管內(nèi)煙霧流向豎直向上，控制回風(fēng)罩內(nèi)的風(fēng)壓與外界氣壓保持一致，則通過二次風(fēng)側(cè)變頻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量即為二次風(fēng)量，可通過噴嘴前后壓差傳感器測量得出。噴嘴的直徑有25 mm、40 mm、50 mm、70 mm 4種規(guī)格，可以根據(jù)二次風(fēng)量的大小來決定使用噴嘴直徑的大小。

圖3 二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量裝置Fig．3 The secondary air volume measuring device

3）靜壓箱壓力測量。為研究主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能，還需對冷梁靜壓箱內(nèi)壓力變化進(jìn)行研究。對于靜壓箱內(nèi)壓力的測量，可直接在靜壓箱上布置測點(diǎn)，通過壓力測量儀進(jìn)行測量。在冷梁的靜壓箱上，距離靜壓箱一側(cè)100 mm處開個(gè)小孔，將壓力傳感器通過小孔布置在靜壓箱內(nèi)，同時(shí)密封小孔，通過壓力測量儀讀取靜壓箱內(nèi)壓力。

1.2 實(shí)驗(yàn)測量裝置

1）主動(dòng)式冷梁主體。主動(dòng)式冷梁主體選用雙出風(fēng)型主動(dòng)式冷梁，冷梁規(guī)格為1 800 mm×590 mm×250 mm，冷梁靜壓箱噴嘴大小固定。一次風(fēng)管直徑120 mm。內(nèi)翅片換熱器規(guī)格為1 630 mm×350 mm×45 mm，翅片之間的間距為4 mm，在翅片的一側(cè)有進(jìn)回水管。在冷梁靜壓箱的兩側(cè)都有噴嘴，且噴嘴的數(shù)量為81×2個(gè)，噴嘴直徑為4 mm。

2）測量工具。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，壓力測量利用Testo 512壓力測量儀進(jìn)行測量，該儀器是一款帶有溫度補(bǔ)償功能的精密型壓力測量儀，測試范圍為0～2 kPa，利用該儀器可測量流動(dòng)流體的正壓、負(fù)壓和差壓。實(shí)驗(yàn)過程中，可以同時(shí)顯示出壓力值和風(fēng)速，讀取方便。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能測試步驟如下：1）檢查實(shí)驗(yàn)電源及實(shí)驗(yàn)儀器，包括一次側(cè)調(diào)速風(fēng)機(jī)、電位器、二次側(cè)變頻風(fēng)機(jī)、冷梁樣機(jī)以及測試儀器能否正常使用。2）打開一次側(cè)調(diào)速風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)電位器電阻至最小值，待運(yùn)行一段時(shí)間穩(wěn)定后，用壓差計(jì)測量一次風(fēng)側(cè)噴嘴的前后壓差并記錄。3）通過觀察煙霧流動(dòng)狀態(tài)，調(diào)節(jié)二次側(cè)變頻風(fēng)機(jī)的頻率至煙霧呈豎直向上升起的狀態(tài)。記錄此時(shí)的二次風(fēng)側(cè)噴嘴的前后壓差以及靜壓箱壓力。4）調(diào)大電位器的電阻，重復(fù)步驟2和步驟3，進(jìn)行多組數(shù)據(jù)的測量記錄。5）實(shí)驗(yàn)測量結(jié)束后及時(shí)切斷電源，熄滅發(fā)煙裝置，整理實(shí)驗(yàn)測試裝置及實(shí)驗(yàn)儀器。

2 主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能數(shù)值模擬

為研究一次風(fēng)量對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能的影響，本文根據(jù)主動(dòng)式冷梁實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，利用Gambit建模軟件建立主動(dòng)式冷梁模型，用數(shù)值模擬軟件Fluent對其進(jìn)行數(shù)值模擬分析［11－13］，并基于設(shè)計(jì)的主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能測試系統(tǒng)對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

由于主動(dòng)式冷梁的幾何結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在不影響研究主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能以及精確性前提下，對模型作如下假設(shè)和簡化：

1）送、回風(fēng)不等溫，但是溫度對射流形態(tài)及射流發(fā)展的影響程度不大，故模型中忽略溫度的影響。

2）在冷梁內(nèi)部，由于換熱器內(nèi)翅片對二次風(fēng)量大小影響可以忽略，且翅片數(shù)目較多，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分會(huì)影響模型整體網(wǎng)格的質(zhì)量，同時(shí)，回風(fēng)面板亦有眾多小孔結(jié)構(gòu)，不利于網(wǎng)格的劃分，因此實(shí)際建立模型時(shí)，將換熱器和回風(fēng)面板均省略，只將其簡化為二次風(fēng)壓力入口。

對主動(dòng)式冷梁幾何模型進(jìn)行非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分，噴嘴采用Hex/Wedge單元與Cooper相結(jié)合的方式進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，采用適應(yīng)性較強(qiáng)的TGrid網(wǎng)格對其他部分進(jìn)行整體劃分。模型采用不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)模型，湍流計(jì)算采用K?ε模型，一次風(fēng)入口設(shè)置為速度進(jìn)口，按照給定的一次風(fēng)風(fēng)量設(shè)置入口截面上的平均風(fēng)速v。二次風(fēng)入口設(shè)置為壓力入口，其值為2 Pa。出風(fēng)口定義為壓力出口，出口靜壓為0 Pa。采用SIMPLE算法對壓力和速度進(jìn)行耦合，離散格式為二階迎風(fēng)格式。

3 結(jié)果與分析

3.1 一次、二次風(fēng)量實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采集了一次風(fēng)量在60～120 m3/h變化時(shí)的12組數(shù)據(jù)，如圖4所示。根據(jù)測試的結(jié)果計(jì)算不同一次風(fēng)量條件下對應(yīng)的誘導(dǎo)比，如圖5所示。

由圖4及圖5可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量在70～80 m3/h變化時(shí)，二次風(fēng)量隨一次風(fēng)量的增加而增加，冷梁誘導(dǎo)比隨一次風(fēng)量的增加而增加。當(dāng)一次風(fēng)量大于80 m3/h時(shí)，二次風(fēng)量隨一次風(fēng)量增加而增加，但此時(shí)冷梁誘導(dǎo)比不再隨一次風(fēng)量增加而增加，基本趨于一定值，在3.17附近上下浮動(dòng)。由此可得：主動(dòng)式冷梁的誘導(dǎo)比與一次風(fēng)量并無關(guān)系，當(dāng)一次風(fēng)量較小時(shí)，冷梁誘導(dǎo)比隨著一次風(fēng)量的增加有所增加，當(dāng)一次風(fēng)量增加到一定值以后，誘導(dǎo)比維持在一定區(qū)間內(nèi)，基本趨于一定值。

圖5 誘導(dǎo)比隨一次風(fēng)量變化Fig．5 The induction ratio curve with the primary air volume

3.2 靜壓箱壓力實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果

主動(dòng)式冷梁內(nèi)部的風(fēng)速較大，射流處于阻力平方區(qū)，從靜壓箱至送風(fēng)出口管段的管網(wǎng)特性是恒定的，其阻抗為定值。因此，冷梁靜壓箱內(nèi)一次風(fēng)的靜壓pS與一次風(fēng)量Q1應(yīng)該符合以下關(guān)系式［14］：

式中：S1為冷梁靜壓箱至送風(fēng)口的管路阻抗，kg/m7。

實(shí)驗(yàn)測試中，控制一次風(fēng)側(cè)變頻風(fēng)機(jī)送風(fēng)量在60～120 m3/h變化，測量對應(yīng)一次風(fēng)量時(shí)靜壓箱內(nèi)壓力大小，共計(jì)采集12組數(shù)據(jù)，將靜壓箱內(nèi)壓力測量結(jié)果與一次風(fēng)量測量結(jié)果繪制在二維折線圖中，并選用二次曲線對結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，如圖6所示。

由圖可知，靜壓箱壓力隨一次風(fēng)量的增加而增加，與一次風(fēng)量之間存在二次方的關(guān)系，擬合曲線為y＝ 0.022 5x2＋ 0.010 1x，擬合曲線的可決系數(shù)為0.999 5，說明回歸曲線的擬合程度良好。

3.3 實(shí)驗(yàn)裝置測量誤差分析

1）一次風(fēng)側(cè)測量誤差

一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量的測量由式（4）計(jì)算：

圖6 靜壓箱壓力隨一次風(fēng)量變化Fig．6 The pressure curve of the cold box with the primary air volume

式中：C為噴嘴的流量系數(shù)；d為噴嘴直徑，m；Δp為噴嘴兩側(cè)壓差，Pa；ρ為空氣密度，kg/m3。

由式（4）可知一次側(cè)風(fēng)量測量誤差主要由噴嘴兩側(cè)壓差測量決定［15］，本文選用Testo 512壓力測量儀測量一次風(fēng)側(cè)噴嘴兩側(cè)壓差，該壓力測量儀測量精度為0.5級，量程為0～2 kPa，則由最大相對誤差公式［16］：

式中：δ為儀表的精確度等級；A0為儀表量程；A為實(shí)測時(shí)儀表讀數(shù)。

一次風(fēng)側(cè)噴嘴直徑為40 mm，取測量最大壓差為500 Pa，則噴嘴兩側(cè)壓差測量最大相對誤差為2%。

由間接測量誤差傳遞公式可知：

式中：yqv為風(fēng)量測量隨機(jī)誤差，m3/h；qv為為風(fēng)量測量值，m3/h；xΔp為壓差測量隨機(jī)誤差，Pa。

則一次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量最大相對誤差為1%，滿足設(shè)計(jì)要求。

2）二次風(fēng)側(cè)測量誤差

二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量誤差主要由噴嘴兩側(cè)壓差測量不準(zhǔn)以及煙霧裝置觀測不準(zhǔn)引起。

二次風(fēng)側(cè)噴嘴兩側(cè)壓差測量與一次風(fēng)側(cè)噴嘴兩側(cè)壓差測量一致，噴嘴直徑為70 mm，取測量最大壓差為400 Pa，由式（5）可知二次風(fēng)側(cè)噴嘴壓差最大相對誤差為2.5%，最大絕對誤差為10 Pa，則由式（6）可求得二次風(fēng)側(cè)噴嘴測量最大絕對誤差e1＝4.451 m3/h。

為使回風(fēng)面板處為零壓，需要使發(fā)煙裝置煙霧流向豎直向上，而實(shí)驗(yàn)測試過程中，煙霧流向有些許飄動(dòng)，導(dǎo)致測量誤差。對于這一部分誤差，由式（7）計(jì)算：

式中：v為連通管內(nèi)風(fēng)速，m/s；A為連通管截面積，m2。

取連通管內(nèi)風(fēng)速為0.02 m/s，連通管直徑為2 cm，則可求得煙霧飄動(dòng)誤差e2＝0.023 m3/h。

隨機(jī)誤差的合成公式為［17］：

式中：ei為各項(xiàng)獨(dú)立的隨機(jī)誤差。

對e1和e2兩部分誤差進(jìn)行合成，因e2較e1數(shù)值非常小，最終取值可忽略e2影響，則二次風(fēng)側(cè)風(fēng)量測量最大相對誤差為1.25%，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果對比

數(shù)值模擬過程中，控制一次風(fēng)量在60 ～120 m3/h變化，模擬一定一次風(fēng)量條件下二次風(fēng)量值、誘導(dǎo)比值、靜壓箱壓力值，共計(jì)11組數(shù)據(jù)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)測試對應(yīng)一次風(fēng)量條件下二次風(fēng)量值、誘導(dǎo)比值、靜壓箱壓力值，將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果列于下表1。

表1 主動(dòng)式冷梁測試模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Tab．1 The simulation results and experimental verification results of active chilled beam

由表1可知，對于同一主動(dòng)式冷梁，其誘導(dǎo)比模擬計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測試值最小相對誤差為1.61%，最大相對誤差為10.5%。靜壓箱壓力模擬計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測試值最小相對誤差為5.33%，最大相對誤差為8.8%，誤差均在可接受范圍之內(nèi)。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Fluent數(shù)值模擬結(jié)果繪制在二維折線圖中，圖7為主動(dòng)式冷梁二次風(fēng)量隨一次風(fēng)量變化的實(shí)驗(yàn)值與模擬值對比，圖8所示為主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)比隨一次風(fēng)量變化的實(shí)驗(yàn)值與模擬值對比。圖9為主動(dòng)式冷梁靜壓箱壓力隨一次風(fēng)量變化的實(shí)驗(yàn)值與模擬值對比。

從圖7～圖9中可以看出，主動(dòng)式冷梁二次風(fēng)量、誘導(dǎo)比和靜壓箱壓力的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果基本一致，且模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誘導(dǎo)比均在理論計(jì)算范圍內(nèi)。從圖中可看出，數(shù)值模擬結(jié)果相對實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果較小，這是因?yàn)樵诮⒛Ｐ蜁r(shí)，冷梁盤管和回風(fēng)面板兩者阻力值在低風(fēng)速下均很小，總阻力低于2 Pa，故將兩者阻力影響簡化為冷梁二次風(fēng)進(jìn)口處的固定阻力值，模擬中設(shè)置固定阻力值為2 Pa，因而導(dǎo)致模擬計(jì)算結(jié)果相對比實(shí)測值較小。

圖7 二次風(fēng)量實(shí)測結(jié)果與模擬結(jié)果對比Fig．7 The comparison between experimental results and simulation results for the secondary air

4 結(jié)論

圖8 誘導(dǎo)比模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比Fig．8 The comparison between experimental results and simulation results for the induction ratio

圖9 靜壓箱壓力實(shí)測結(jié)果與模擬結(jié)果對比Fig．9 The comparison between experimental results and simulation results for the pressure of cold box

本文針對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能實(shí)驗(yàn)中存在的風(fēng)量測量問題，設(shè)計(jì)一套主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了不同一次風(fēng)量對主動(dòng)式冷梁誘導(dǎo)性能的影響，并基于實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證了主動(dòng)式冷梁數(shù)值模擬結(jié)果，得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)一次風(fēng)量在70～80 m3/h區(qū)間內(nèi)變化時(shí)，主動(dòng)式冷梁二次風(fēng)量、誘導(dǎo)比隨一次風(fēng)量的增加而增加。當(dāng)一次風(fēng)量大于80 m3/h時(shí)，冷梁誘導(dǎo)比不再隨一次風(fēng)量增加而增加，基本趨于一定值，在3.17附近上下浮動(dòng)。

2）冷梁靜壓箱壓力與一次風(fēng)量之間存在二次方的關(guān)系，在冷梁4 mm噴嘴下，靜壓箱壓力隨一次風(fēng)變化的擬合曲線為y＝0.022 5x2＋0.010 1x。

3）數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果整體趨勢吻合良好，冷梁誘導(dǎo)比數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測試值的誤差最高在10.5%，冷梁靜壓箱壓力實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果最大誤差為8.8%，說明建立的主動(dòng)式冷梁模型具有較高的可靠性。

［1］MENDELL M J，SMITH A H．Consistent pattern of elevat?ed symptoms in air?conditioned office buildings： A reanaly?sis of epidemiologic studies［J］．Public Health，1980，80（10）： 125?138．

［2］李志鵬．冷梁送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用于熱濕氣候環(huán)境之空氣分布性能與節(jié)能效益研究［C］//第九屆海峽兩岸制冷空調(diào)技術(shù)交流會(huì)論文集．杭州，2009：235?242．（LI Zhipeng．The study of air distribution performance and energy saving effectiveness of chilled beam system in hot and humid cli?mates［C］//Proceedings of the 9th Cross?strait Refrigera?tion and Air?conditioning Technology Symposium．Hang?zhou，2009： 235?242．）

［3］劉萬龍，劉?。掣邔訉懽謽抢淞嚎照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析［J］．工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2014（5）：84?87．（LIU Wan?long，LIU Jian．Chilled beam air conditioning system de?sign and analysis of a high?rise office［J］．Construction and Design for Project，2004（5）：84?87．）

［4］張向前，李洋，仝征．主動(dòng)式冷梁在綠色辦公室建筑中的應(yīng)用［J］．建筑技術(shù)，2012，43（6）： 544?546．（ZHANG Xiangqian，LI Yang，TONG Zheng．Application of active chilled beam in green office building［J］．Architecture Technology，2012，43（6）：544?546．）

［5］曹燦峰．主動(dòng)式冷梁在辦公建筑中的應(yīng)用研究［D］．南京：南京師范大學(xué)，2014．（CAO Canfeng．Research on the application of active chilled beam in office building［D］．Nanjing： Nanjing Normal University，2014．）

［6］張智力，張旭，張恩澤．噴射型誘導(dǎo)風(fēng)口誘導(dǎo)比的實(shí)驗(yàn)研究［J］．暖通空調(diào)，2008，38（2）：62?64．（ZHANG Zhili，ZHANG Xu，ZHANG Enze．Experiment of induction ratio of the diffuser with nozzles［J］．Journal of HV ＆ AC，2008，38（2）：62?64．）

［7］RUPONEN M，TINKER J A．Novel method for measuring induction rates［C］//Proceedings of the 10thInternational Conference on Air Distribution in Rooms．Roomvent 2007，Helsinki，2007．

［8］RUPONEN M，TINKER J A．A novel method to measure the air entrainment ratio of an active chilled beam［J］．In?ternational Journal of Ventilation，2008，7（4）：299?308．

［9］孫斌輝．等溫工況下主動(dòng)式冷梁風(fēng)側(cè)誘導(dǎo)規(guī)律研究［D］．天津：天津大學(xué)，2012．（SUN Binhui．Research on the air induction law of active chilled beams in isothermal condition［D］．Tianjin： Tianjin University，2012．）

［10］段寶東．主動(dòng)式冷梁性能研究［D］．天津：天津大學(xué)，2014．（DUAN Baodong．Research on the performance of active chilled beams［D］．Tianjin： Tianjin University，2014．）

［11］蘇飛，魏兵．誘導(dǎo)式風(fēng)管內(nèi)流體特性的數(shù)值模擬研究［J］．電力科學(xué)與工程，2015，31（8）：55?59．（SU Fei，WEI Bing．Numerical simulation study on internal fluid properties in induction duct［J］．Electric Power Science And Engineering，2015，31（8）：55?59．）［12］云楠．ACB式HVAC空調(diào)系統(tǒng)建模［D］．上海：上海交通大學(xué)，2014．（YUN Nan．Modelling of HVAC system with active chilled beams［D］．Shanghai： Shanghai Jiao?tong University，2014．）

［13］CAMMARATA G I M，CAMMARATA L，PETRONE G．A CFD study on active chilled beams for indoor air condition?ing［C］//Proceedings of the COMSOL Users Conference．2007．

［14］付祥釗，王岳人，王元，等．流體輸配管網(wǎng)［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001：51?53．（FU Xiangzhao，WANG Yueren，WANG Yuan，et al．Fluid distribution network［M］．Beijing： China architecture and Building Press，2001：51?53．）

［15］王天富．風(fēng)量噴嘴及其在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)量測量中的應(yīng)用［J］．西北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1993（1）：34?36．（WANG Tianfu．Air volume nozzle and its application in laboratory air volume measurement［J］．Journal of Northwestern Insti?tute of Architectural Engineering，1993（1）： 34?36．）

［16］萬金慶．熱工測量［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：9?13．（WAN Jinqing．Thermal measurement［M］．Beijing：China Machine Press，2013：9?13．）

［17］曹小林，李雄林，喻首賢，等．空調(diào)器性能測試平臺(tái)測量不準(zhǔn)確度的研究［J］．制冷學(xué)報(bào)，2009，30（5）：58?62．（CAO Xiaolin，LI Xionglin，YU Shouxian，et al．Investi?gation on measurement uncertainty in air conditioner per?formance?testing bench［J］．Journal of Refrigeration，2009，30（5）：58?62．）

Research on the Induction Characteristics of Active Chilled Beam

Weng Wenbing Huang Xu Zhu Jialu
（School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai，200093，Chi?na）

To solve the problem of air flowrate measurement in an active chilled?beam system，a test rig of active chilled?beam was de?signed，and the influences of different primary air flowrate on the induced performance of an active chilled beam were investigated．The re?sults show that the induction ratio of the chilled beam increases with the increasing primary air volume when the primary air volume is less than 80 m3/h．The induction ratio tended to 3．17 when the primary air volume later reached 80 m3/h．There is a quadratic relationship between the pressure of the cold plenum and the primary air flow．Under the 4 mm nozzle of the chilled beam，the fitted curve of the static pressure with the primary air isy＝0．0225x2＋ 0．0101x．The active chilled?beam model was then set up，the effect of the primary air volume on the induced performance was simulated numerically，and the simulation results were verified based on the test results．The rela?tive errors between the experimental results and the numerical results reached 10．5%and 8．8%for the induction ratio and the pressure of cold plenum，respectively．The overall results and the trend of the simulation are in good agreement with the measured values，which indi?cates that the simulation has high reliability．

active chilled beam；air flow measurement；induction ratio；plenum chamber；numerical simulation

Huang Xu，male，master degree candidate，School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technolo?gy，＋86 15800906189，E?mail：1803230227＠ qq．com．Research fields：HV＆AC control technology，air?conditioning system energy?saving technology．

TB61＋1；TU831．4；TK39

A

0253－4339（2017）06－0060－07

10.3969 /j.issn.0253 － 4339.2017.06.060

2016年12月20日

黃旭，男，碩士研究生，上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，15800906189，E?mail：1803230227＠ qq．com。 研究方向：暖通空調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)。