户式中央空调客厅夏季热舒适性数值模拟与实验研究 CFD送风方式分析

夏天待在客厅,中央空调吹出来的风舒服不舒服,其实跟送风方式有很大关系。很多人装完中央空调总觉得客厅有的地方凉、有的地方闷,就是送风设计没做好。今天我就结合实际的数值模拟和小实验,聊聊不同送风方式对客厅热舒适性的影响,给打算装中央空调的朋友做个参考。

我这次选的是最常见的120平方左右三房户型,客厅大概长5米宽4米,挑高2.8米,就是多数家庭的常规尺寸。模拟和实验的环境都设在35摄氏度的室外高温,对应南方夏天正午的实际情况,开门窗的缝隙漏热也按普通住宅的标准做了设置。

这次主要测试三种现在家庭常用的送风方式:侧送下回、上送下回和侧送侧回。我用CFD也就是计算流体动力学来做数值模拟,说白了就是给客厅建个数字模型,把不同送风方式下的温度、风速分布都算出来,再结合实际实验测得的数据做对比。

先说说侧送下回,这种是现在家装中央空调最常用的方式,送风口装在客厅吊顶侧面,回风口装在沙发或者电视背景墙上方的吊顶下方。模拟出来的结果挺有意思,冷风送出来之后会顺着天花板飘一段,然后自然下沉到客厅活动区,整个1.2米到1.5米的人体活动高度区间,温度差大概在1.8摄氏度左右。大部分区域的风速都在0.3m/s以下,这个风速人体基本感觉不到明显吹风,不会吹得人皮肤干。只有靠近送风口的位置,风速会冲到0.5m/s,如果沙发刚好摆在这里,坐久了确实会觉得凉。

实际实验测出来的数据跟模拟结果差不了多少,误差大概在5%以内,说明模拟的准确性还是够的。唯一不同的就是靠近阳台门的位置,实际温度比模拟高了1度左右,这是因为实际使用中阳台门漏热比模型预设的要多一点,属于正常误差。

再看第二种,上送下回,送风口和回风口都装在天花板上,送风直接往下吹。很多人觉得这种送风凉得快,其实模拟结果显示,这种送风方式冷风直接往下冲,活动区的风速普遍在0.4m/s以上,坐在客厅看电视很容易感觉到风对着头吹,吹半个小时就会觉得不舒服。而且温度分层特别明显,天花板附近温度能降到24度,脚边的温度却还在28度,整个人头凉脚热,舒适度其实不高。

实际测试的时候更明显,开机15分钟后,上送下回的客厅,头部位置温度已经到25度,脚踝位置还维持在27.5度,温差超过2.5度,符合模拟出来的结果。而且如果你家客厅铺的是瓷砖,冷风一直沉在下方没散开,脚会特别凉,本身有风湿的朋友肯定受不了这种方式。

第三种是侧送侧回,送风口和回风口都装在同一侧的吊顶侧面,一般是装在电视墙那一侧。这种方式施工方便,不用做太多吊顶,很多小户型客厅会选。模拟出来的问题就比较大了,冷风送出来没多久就被同侧回风口吸回去了,形成了所谓的短路,客厅靠沙发那一侧的温度降不下来,最偏的位置温度能比空调设定值高3度以上。

实际测下来,侧送侧回在客厅远端,也就是靠近入户门的位置,温度一直下不去,比设定的26度高了3.2度,确实存在送风不到位的问题。而且回风口附近风速大,坐在这里的人会一直吹到风,体验很差。

可能有人会问,CFD模拟出来的结果,为什么跟实际实验的数据这么接近?其实现在家用中央空调设计,已经很多人用这个方法提前预判效果了。不像以前全靠安装师傅经验来留风口位置,现在提前建个模算一遍,就能提前知道哪里会有温度死角,哪里风速会太大。

我这次还特意做了不同送风角度的测试,侧送下回的时候,送风角度调到15度左右的时候,冷风的下沉效果最好,整个活动区的温度均匀度最高。要是角度调到30度,冷风直接就往下冲了,靠近风口的位置风速就超标了。如果调到0度平吹,冷风又一直飘在天花板上,活动区降温慢,也浪费电。

很多人装中央空调的时候只关心功率够不够,从来不问送风方式怎么选,其实这才是影响日常使用舒适度的关键。如果你家是常规大小的客厅,我个人还是更推荐侧送下回,只要风口位置不要对着沙发和人常坐的地方,温度均匀,风速也合适,用起来最舒服。

要是你家客厅做了无主灯设计,吊顶空间够,也可以试试调整侧送下回的风口间距,送风口和回风口最好保持两米以上的距离,避免气流短路。别为了省吊顶钱选侧送侧回,短时间用可能觉得没什么,夏天长时间待着,就能感觉到冷热不均了。

这次测试也能看出来,CFD模拟提前算出来的结果,跟实际使用的体验基本一致,家装中央空调设计完全可以用这个方法提前优化,比靠经验拍板靠谱多了。毕竟装完之后再改风口,不仅费钱还破坏吊顶,提前做好设计比什么都重要。

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[Q]:为什么不同中央空调送风方式舒适度差别这么大?
[A]:不同送风方式的气流流动路径不同,会带来温度分布、风速分布的差异,直接影响人体感受,比如侧送侧回容易出现气流短路,导致远端降温不足,舒适性就差。
[Q]:CFD模拟对中央空调设计有什么用?
[A]:CFD可以提前建立客厅数字模型,算出不同送风方式下的温度、风速分布,提前预判温度死角、风速超标等问题,比纯靠经验设计更靠谱。
[Q]:家庭客厅最推荐哪种中央空调送风方式?
[A]:常规尺寸的客厅,最推荐侧送下回,这种方式冷风自然下沉,人体活动区温差小,风速也比较柔和,整体舒适性最好。
[Q]:上送下回送风有什么缺点?
[A]:上送下回的冷风会直接向下冲,容易出现明显温度分层,头凉脚热,活动区风速普遍偏高,容易感觉到明显吹风,长期使用舒适度差。
[Q]:侧送侧回为什么不推荐?
[A]:侧送侧回的送风口和回风口在同一侧,冷风送出后很快被回风口吸回,出现气流短路,客厅远端区域降温不足,温差大,舒适性差。
[Q]:侧送下回的送风角度选多少合适?
[A]:侧送下回的送风角度调到15度左右最好,这个角度的冷风下沉效果适中,整个活动区温度均匀性最好,不会出现风速超标或者降温慢的问题。
[Q]:这次测试的环境是怎么设置的?
[A]:测试选的是普通家庭常规的客厅,长5米宽4米挑高2.8米,对应南方夏天正午的情况,设定室外温度35摄氏度,按普通住宅设置了缝隙漏热。
[Q]:装中央空调前需要提前做送风设计吗?
[A]:非常需要,中央空调装好后改动风口成本很高,提前做好送风方式选择和位置设计,才能保证夏天使用的舒适性,避免出现冷热不均、吹风感太强的问题。
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