与常规建筑相比，超低能耗建筑的用能需求可大幅度降低，在这类建筑中使用的供暖空调设备容量远低于常规建筑。 目前超低能耗居住建筑供暖空调和新风系统方案多为每户采用1台被动房专用能源环境一体机（以下简称能源环境一体机）对各户房间进行供冷、供热及新风供给。 能源环境一体机使用低温空气源热泵机组做冷热源，低环境温度名义工况下的性能系数 COP 在2.00及以上，空调系统可根据室内温度自动运行； 室内气流组织设计按各主要功能房间分别设置送风口，餐厅设置集中回风口，五管制系统卫生间还设有排风口。 该系统虽已在超低能耗居住建筑中得到了很好的应用，但却无法实现分室温控。 为此，一些生产优质品牌的厂家研发了可实现分室温控且适用于超低能耗居住建筑的空调、新风设备，为超低能耗居住建筑提供了更多的暖通方案选择。

超低能耗居住建筑应采用高效新风热回收系统，主要活动区内每个房间均应设置送风口，送风口应具有调节风量及风向的功能，故在各主要功能房间设有多个风口，分别为空调送风口、空调回风口和新风口，但3个风口设置在同一个房间会形成交叉串流，影响室内气流组织。本文通过数值模拟方法，针对超低能耗居住建筑卧室研究不同形式新风口及与室内空调风口之间的位置关系，分析卧室室内环境的热舒适性，以探索一种较佳的气流组织方案。

1??研究对象

1.1??卧室基本信息

卧室尺寸为4.4?m（长）×6.0?m（宽）×3.0?m（高）。其南侧围护结构为外墙，墙厚200?mm，有一组外窗；而西、东、北侧围护结构约为内墙，墙厚200?mm。由于相邻房间均为供暖房间，因此卧室室内环境受南向外墙室外气象条件影响很大。

考虑超低能耗居住建筑分户楼板做法，卧室室内净高按2.89?m计，并考虑高400?mm的吊顶空间和厚50?mm的吊顶装饰面。

1.2??空调和新风系统

卧室空调采用低温型空气源热泵，末端为小巧型超薄暗藏室内机MMD-AP0046MPHYB-C，高、中、低档风量分别为450, 410, 380（m3/h），安装于吊顶空间内，上送上回，吊顶回风采用百叶风口，送风口尺寸为500?mm×125?mm，回风口尺寸为500?mm×300?mm。卧室长度方向送风口和回风口的中心均处于中间位置；宽度方向送风口距南向外墙内表面4.1?m，回风口距南向外墙内表面4.55?m；高度方向送风口及回风口均位于吊顶标高处（即送风口上沿距顶板350?mm，回风口距顶板400?mm）。

在卧室设高效新风热回收系统的新风口，新风量为60?m3/h。根据新风口送风方式，考虑两种新风口形式：一种为侧送双层百叶风口，尺寸为120?mm×80?mm，新风口与空调送风口顶平；另一种为下送散流器，直径为110?mm，处于吊顶标高位置（即下送散流器新风口距顶板400?mm）。

本文根据常规设计确定卧室空调送风口、回风口和新风口（侧送和下送）的位置，为更好地研究各风口之间的气流组织影响关系，又在此基础上划分了几种不同位置关系，各风口关系见表1。

表1??卧室室内风口位置关系

2??数值模拟

模拟计算软件使用ANSYS ICEM & FLUENT。对模拟计算模型做以下合理简化假设：（1）空气流动状态为稳态；（2）室内空气为不可压缩牛顿流体；（3）忽略温度变化对空气比热、动力粘度和导热系数的影响；（4）空气中二氧化碳、臭氧和水蒸气等非对称结构分子含量很少，不考虑空气的辐射和吸收特性。

2.1??几何模型和网格划分

采用ANSYS ICEM软件创建表1中七种工况的几何模型并划分网格，为简化计算过程，建模时忽略了室内的装饰物。需要说明的是，因空调末端形式为暗装多联机的室内机，故将室内机安装于吊顶内，在房间中不予表示具体模型，仅保留送风口、回风口和新风口。同时为方便起见，模拟设置时空调送风口常开，而非间歇运行。计算域如图1所示。

图1??计算域示意（计算机截图）

（a）工况1；（b）工况2；（c）工况3；

（d）工况4；（e）工况5；（f）工况6；（g）工况7

网格划分软件使用ANSYS ICEM，采用了结构化网格且进行了边界层加密处理，目的是保证计算过程的敛散性和计算结果的精度。

2.2??模型求解

2.2.1??湍流模型和求解器的选择

湍流模型选用K-epsilon（k-ε）模型，不考虑流体粘性。选择分离式求解器（segregated solver），采用SIMPLE算法。

2.2.2??边界条件与数值参数

（1）流体介质：空气。

（2）进出口条件：模型送风口设置为Velocity-inlet，空调送风口风速为2.0?m/s、冬季送风温度30 ℃，新风口风速为1.75?m/s，送风温度12.5 ℃；空调回风口设置为outlet；其他设置为wall，选择无滑移壁面函数。湍流参数定义时选择湍流强度与水力直径，可算得各边界条件参数和湍流强度与水力直径。

（3）计算过程中可通过检查变量的残差变化来监视计算的收敛性。除能量残差值外，当所有变量的残差值小于表2所示的值即可认为计算收敛。

表2??相邻两次迭代的残差界限

（4）初始化流场开始迭代计算，显示并保存求解结果。

2.3??模拟结果及分析

2.3.1??温度场

按GB/T 50785—2013《民用建筑室内热湿环境评价标准》对室内空气测点布置的要求，在房间高度方向（ y 方向）选取4个水平截面，分别为人体脚踝高度（ y =0.1?m）、人体坐姿头部（ y =1.1?m）、站姿胸部（ y =1.5?m）和站姿头部（ y =1.7?m）。将不同工况条件下人体脚踝高度、人体坐姿头部、站姿胸部和站姿头部和吊顶的高度位置即 y =0.1, 1.1, 1.5, 1.7, 2.49（m）水平截面上的室内空气平均温度汇总见表3。

表3??不同工况条件下不同高度的水平面上的 室内空气平均温度   ℃

由表3可知，七种工况温度在高度方向呈梯度分布，低温空气沉积在下层区域，较热空气聚集在房间顶部，符合温度分布规律，其中工况2（新风口为侧送双层百叶风口，与空调送风口顶平，且新风口左侧距空调送风口右侧400?mm）各层间的温差最小，人体坐姿头部、站姿胸部和站姿头部几乎无温差，与脚踝高度温差0.15 ℃，房间内的空气温度仅在近地板附近波动较大，而在其他区域较为稳定均匀，故该工况的风口布置最为合理。

7种工况人体站姿胸部（ y =1.5?m）的温度分布云图和速度分布云图如图2、图3所示。

图2　各工况中1.5?m高度水平面温度分布（计算机截图）

（a）工况1；（b）工况2；（c）工况3；

（d）工况4；（e）工况5；（f）工况6；（g）工况7

图3　各种工况中 x =2?m送风口处速度分布（计算机截图）

（a）工况1；（b）工况2；（c）工况3；

（d）工况4；（e）工况5；（f）工况6；（g）工况7

从图2（a）（b）（c）（d）温度分布云图和表3可知，工况1和工况2卧室活动区各位置温度相差不大，温度分布相对均匀，室内气流组织较好；工况3和工况4因新风口距离空调送风口相对较远，无法加热新风口送出的温度较低的空气，导致新风口附近区域的温度相对较低，人员在这个区域会有不舒适感。

从图2（e）（f）（g）温度分布云图和表3可知，工况5卧室活动区温度高于工况6和工况7。工况6新风口与空调回风口距离最近，使新风口送出的温度较低的空气很快被吸入空调回风口，混风后再由送风口送入室内，降低了送风温度，导致室内温度较低。下送散流器新风口布置在空调风口附近，空气从新风口送入室内后速度迅速衰减，卷吸室内空气向前运动。与顶部侧送百叶新风口工况相比，下送散流器新风口的方式会使达到对面墙壁的温度和速度较低。

2.3.2??速度场

受篇幅所限，本文仅选取送风口射流面（ x =2?m）的速度场，图3为送风口处的速度分布云图。

由图3（a）（b）（c）（d）可看出，热空气从送风口射流送入室内后，速度迅速衰减，卷吸室内空气向前运动，在此过程中受重力和浮力作用以抛物线形式达到对面墙壁后向下流动，从图中可看出卧室活动区流场的气流速度多在0.3?m/s以下，大部分工况甚至在0.2?m/s以下，该速度处于人体热舒适所要求的速度允许范围内，符合人体舒适性关于气流速度的要求。此外通过图3（b）（c）（d）（e）还可看出，新风口紧邻送风口，新风口送出来的“冷”空气与空调送风口送出来的“热”空气存在交叉串流，使送风口垂直面上的风速较大；下送散流器新风口与空调回风口位置不同，送风口垂直面上速度分布也不尽相同，下送散流器新风口与空调回风口临近时，新风送出来的“冷”空气部分被卷吸进入空调回风口，混风后再由空调送风口送出，送风口垂直面上速度分布相对 均匀。

3??结论

本文通过对超低能耗居住建筑卧室不同新风口形式及新风口与空调风口之间的位置关系进行数值模拟计算，得到结论如下。

（1）工况2卧室的新风口形式及风口布置位置最为合理，室内气流组织较佳。

（2）考虑装修，在空调风口附近布置新风口时，顶部侧送百叶新风口的形式优于下送散流器新风口形式。

（3）顶部侧送百叶新风口与空调风口间距不宜过大。若距离超过400?mm以上，新风口送出的冷空气不能被空调风口送出的热空气加热，使新风口附近活动区域有吹风感。

（4）采用在空调风口附近布置下送散流器新风口，建议该风口尽量靠近空调回风口。