浅谈室内嵌入式空调系统的气流短路问题及对策

　　摘要：近年来，国内建筑房地产的蓬勃发展带动了空调行业的迅猛发展。而人民生活水平的迅速提高，又大大提高了空调的普及率。所以空调节电势在必行，降低空调能耗的重要性已经引起越来越多人的重视，大量的工作也围绕空调的节能展开。本文针对室内嵌入式空调系统的气流短路问题展开详细讨论，并提出了相应的解决对策。
关键词：嵌入式空调；气流短路；对策
一、嵌入式空调
随着空调的普及和人们对生活品质的追求，人们在获取舒适环境的同时，也极力的思考着如何美化室内机，使的占用空间更小，能反映出主人的品位。在众多的室内机中，天花板嵌入式室内机很受欢迎，因为它安装后，室内机身安装在室内天花板屋顶板的缝隙之间，用于进出风的面板嵌在天花板上。嵌入式空调因其美观、不占建筑面积，所以很受用户的青睐。
虽然嵌入式空调的使用者越来越多，但只有不多的学者研究了嵌入式空调的气流组织特点。虽然嵌入式有很多优点，它却有一个很大的弱点：进出风存在短路现象，即因为回风口与送风口距离较近，使得一部分新风刚从送风口送出，很快又回到了回风口，房间的能量利用效率较低，尤其在冬季供暖季节，短路现象更加严重，这无法将处理后的气体有效的送到房间更远的位置，是很不利于节能的，也难以保证房间的舒适度。所以，针对嵌入式空调短路现象的研究很有必要，也很有意义。
二、气流组织
嵌入式空调存在气流短路是属于气流组织的范畴。对于气流组织，人们比较关心其通风工作效果如何，例如，空调房间的污染物是否能及时有效的排出，房间温度和速度是否达到舒适的要求，空气的新鲜程度，房间的能量利用是否合理等等。同样，人们也希望在研究这些规律的同时，指导今后通风空调系统的设计，例如风口形式，布置位置，设计风速大小等等，这即是气流组织的研究。
为达到评价气流组织优劣的目的，提出了一系列的评价标准，比如评价速度场、温度场均匀性的不均匀性系数指标，评价能量利用情况的能量利用系数指标，评价污染物排除效率的排污效率指标等。这些指标的侧重点不同。通过评价指标来评价气流组织的优劣，也得到各因素对气流组织的影响的规律，从而指导空调系统的设计。另外随着社会的发展，通风空调应用的场合也越来越多，已经不仅仅限于一般的居住空间，对于一些特殊场合如洁净室，高大空间，交通工具的研究也越来越多。
不同的房间根据其不同的情况，可以采用不同的气流组织情况，即使相同的房间，气流组织也可以不同。按照送回风口相对位置和气流方向，大致可归纳为以下几种：上送下回、上送上回、中送风、下送风。
1）上送下回
这是最基本的气流组织形式。空调送风由位于房间上部的送风口送入室内，而回风口设在房间下部，上送下回方式的送风在进入空调房间之前已经与室内空气充分混合，易于形成均匀的温度场和速度场。能够用较大的送风温差，降低送风量。对于孔板送风和密布散流器送风，可以形成平行流流型、涡流少，断面速度场均匀，对于温湿度要求较高的房间，这是一种理想的气流组织形式。
2）上送上回
这种气流组织形式是将送风口和回风口叠在一起，布置在房间上部，对于不能在房间下部布置回风口的场合是合适的，但这种气流组织方式影响房间净高的使用，并且因送回风口较近，要避免气流短路现象的发生。
3）中送风
某些高大空间的空调房间，采用前述方式需要大量送风，房间上部和下部的温差比较大，空调耗冷量、耗热量也大。因而采用在房间高度上的中部位置上，用侧送风口或喷口送风的方式。中送风形式是按房间下部作为空调区，上部作为非空调区。在满足工作区空调要求的前提下，有显著的节能效果。
4）下送风
房间的送风口布置在下部，对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶棚的场合，如计算机房、广播电台的演播大厅等，采用这种气流组织方式非常合适。但下送风的温差不能太大，否则容易引起人的不舒适感，另外风速不能太大，否则容易吹起灰尘，影响空气的清洁度。
综上所述，空调房间的气流组织有很多种，在实际使用中，尚需根据工程对象的需要，灵活应用。
三、气流短路的原因
对某一房间，嵌入式空调的能量利用系数主要受送风角度的影响，送风角度越大，送风收回风影响越大，气流短路现象越严重，房间的能量利用系数也越低。同时逐步回归分析也表明送风角度与送风温度间的交互作用对能量利用系数的影响也比较明显。在实际使用时，送风温度往往是由房间负荷决定的，室外温度越低、室内设定温度越高，送风温度就越高。所以在冬季制热时，只能注意送风角度不可过大，但是送风角度小，又会导致房间上部的温度较高，下部的温度较低，热风未能有效送人工作区。
气流短路的原因为：送风并没有直接回到回风口，相反，由于送风的卷吸作用，回风口下方的空气不断吸入送风气流中，因此送风与回风的中间区域风速变化比较大。送风气流如同挡板一样，阻碍了气流流入回风口，很多空气送风之间的空隙吸进来，因此送风在回风的影响下向回风口方向发生偏完，送风的影响区域较小，主要在回风口附件范围，回风温度较高，能量利用情况较差。
四、节能措施
以下分析并提出嵌入式空调器改善的方案。
4.1挡板对气流组织的影响
该方案是在送风口与回风口设置一个挡板，利用挡板阻隔从送风口直接返回回风口的气流，以此改善气流短路现象，增加空调房间的能量利用系数。挡板高度不能过大，否则会严重的影响嵌入式空调的美观，影响该空调的市场占有；同时挡板的高度也不能设置过低，否则气流阻隔作用不明显，不能明显的改善房间的气流组织，增加房间的能量利用系数。
综合以上考虑，设定挡板高度为5cm，长度与风口的长度相同，为70cm，位于送风口与回风口的中间位置，即距离回风口的距离为3.5cm。
挡板对气流短路现象改善并不明显，热空气集中于房间的上半部分，而且集中在距离空调机较近的地方，这表明房间的气流组织效果非常差，短路现象严重，处理过的空气无法有效的送入房间的工作区。通过气流组织评价指标的计算，无挡板与有挡板两种工况的能量利用系数分别为0.39，0.34。
改善不明显因为虽然挡板可以挡住一部分气流短路，但挡住的这部分气体非常有限，而且被挡住的这部分并不是被送入工作区，而是绕过挡板又进入回风口，所以添加挡板并不能作为改善气流短路现象的有效途径。
有挡板情况，气流短路现象反而严重，这可能是因为挡板距离回风口距离较近，只有3.5cm，结果导致送风贴附挡板流动（此时挡板的作用类似于叶片），实际送风角度更大，所以短路现象更加严重。
4.2送回风口距离对气流组织的影响
嵌入式空调存在短路现象的主要原因是送风口与回风口距离过近，调整送风口与回风口的距离是个“釜底抽薪”的办法。分别设置送风口与回风口的距离为7cm、10cm、15cm、20cm、30cm共5种情况。送风口的送风角度为60°，送风速度设为4m/s，房间的外界环境温度与前文设置相同。通过比较各种情况的速度场与温度场、以及能量利用系数等，得出送风口与回风口之间距离对气流组织的影响。
调整送回风口的间距是改善气流短路的一种有效方法。理想情况下，回风口周围点的速度与该点到回风口的距离的平方成反比，通过模拟计算，也验证了这点，送风口距离回风口越近，短路现象越严重。
五、结论
随着人们生活水平的提高，空调得到越来越多的应用。空调的大量使用同时也导致空调的能耗比例不断增加。房间的气流组织对室内空气品质、人体热舒适和空调节能都有直接影响。嵌入式空调室内机由于具有不占用室内面积、外形美观等优势，得到广泛应用，但由于它室内机的送风口与回风口位置较近，使得一部分新处理的风刚从送风口送出，很快又回到了回风口，空调送风的能量利用效率较低。本文研究提出了两种改善短路现象的方案。
气流短路并非是送风直接回到回风口，而是送风气流向回风口偏弯，送风影响区域主要在回风口下方。对两种改善方案对比发现，5cm挡板并不能改善短路现象，相反，因起到类似导流叶片的作用反而有可能加重短路现象。调整送回风口间距是一种有效的方案，随着但随着送回风口间距的增加，能量利用系数的增加越来越缓慢。经计算，两者间距15cm是一种比较适宜的间距。
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