CN114322286B - 一种基于送风角度优化的空调箱送风装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于送风角度优化的空调箱送风装置和方法，满足农业生产对均匀气流组织要求的双侧可调整送风角度的送风方式，结构简单，使用方便。所述空调箱送风装置：包括静压箱和自动控制装置，所述静压箱的两侧壁分别设有进风口；静压箱底部为含有均匀分布小孔的出风孔板，进风口上装有导风叶片；进风口通过送风风管与新风设备连接；自动控制装置和导风叶片连接；静压箱内设有支柱，支柱的一端与出风孔板连接，另一端与静压箱顶部固定连接。
Description
技术领域
本发明属于通风技术领域，具体涉及一种基于送风角度优化的空调箱送风装置和方法。
背景技术
现代化农业生产对于环境控制提出了越来越高的要求，均匀的气流组织可以形成稳定的温度、湿度和速度等，对农业的生产尤为重要。尤其是现在高养殖密度、高环境要求的生产方式，一个合理的气流组织尤为重要。生产区域内不合理的气流组织不仅会影响动植物的生长发育，还会导致运行费用的增加。这是因为不合理的送风方式会使气流组织分布不均匀，导致温度分布差异较大，例如在夏季为了达到更好的送风效果，必须降低送风温度，在冬季要提高送风温度，无论是冬季还是夏季都会导致送风温度与室外环境温度差增大，而增加送风温度与环境温度差会导致空调系统COP降低，增加系统的能耗。直接采用在墙壁上设置送风口的送风方式，很难达到均匀的送风效果，使得新风无法均匀的送到生产区域的各个角落，导致正对送风口的区域与周边其他区域的温度、湿度等存在偏差，使整个生产区域冷热不均，影响农业的健康产生。选用静压箱式送风是一种有效方法，但是常用的静压箱(侧壁开口送风)方式虽然可以改善送风的均匀性，但孔板出风口的风速均匀效果难以保证。主要原因是静压箱内的压力分布呈现梯度分布，在靠近送风口的位置由于动压不能及时转换成静压，导致送风口附近的区域压力较低，而远离送风口附近压力较高，使得孔板出口风速分布不均。因此，需要对静压箱送风方式进行改进。一个有效的途径是由传统的侧壁开口送风，改为双侧可调整送风角度的送风方式，即通过在静压箱两侧开送风口，通过调整送风角度将气流送入静压箱，这样更容易实现其内部压力的均匀分布，保证孔板出口风速的均匀性，改善气流组织，提高均匀性。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于送风角度优化的空调箱送风装置和方法，满足农业生产对均匀气流组织要求的双侧可调整送风角度的送风方式，结构简单，使用方便。
技术方案：为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种基于送风角度优化的空调箱送风装置：包括静压箱和自动控制装置，所述静压箱的两侧壁分别设有进风口；静压箱底部为含有均匀分布小孔的出风孔板，进风口上装有导风叶片；进风口通过送风风管与新风设备连接；自动控制装置和导风叶片连接；静压箱内设有支柱，支柱的一端与出风孔板连接，另一端与静压箱顶部固定连接。
作为优选例，所述自动控制装置用于调节导风叶片的角度，转动角度范围为0°～90°。
作为优选例，位于静压箱两侧的所述进风口对称分布。
作为优选例，所述支柱至少为两个。
作为优选例，所述进风口为长方形，进风口上边缘距离静压箱顶部的距离为静压箱高度的1/2，进风口下边缘与静压箱底部齐平。
作为优选例，所述静压箱顶部为房顶，背部为建筑墙壁，底部、前部和两侧部均为板体。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于送风角度优化的空调箱送风方法：所述方法包括以下步骤：
步骤10)根据建筑室内的结构尺寸，获取建筑室内的模型尺寸和边界条件；所述模型尺寸包括静压箱的长度和高度；所述边界条件包括新风送风风速和新风送风角度；
步骤20)将初始条件和边界条件输入CFD模型中，计算吊顶孔板出口风速的速度均匀性指数；
步骤30)为获得不同送风角度下的速度均匀性指数，可根据控制变量法在其他参数不变的情况下，在0°～90°范围内以A°为变化量改变送风角度，返回步骤20，获取下一个速度均匀性指数，最终得到各角度对应的不同的速度均匀性指数；
步骤40)对步骤30)获取的多个速度均匀性指数，绘制成折线图，并进行分析比较，取速度均匀性指数最大点所对应的角度作为最佳送风角度，然后获取导风叶片(4)的送风角度；
步骤50)调节导风叶片(4)为步骤40)获取的导风叶片(4)的送风角度。
作为优选例，所述的步骤20)中，依据式(1)计算速度均匀性指数：
其中，γV表示速度均匀性指数，n表示测点个数，Vj表示测点速度，
表示距孔板下0.1米处测量截面的平均速度。
作为优选例，所述的步骤30)中，根据式(2)计算导风叶片(4)的送风角度：
式中，γV′表示最佳速度均匀性指数，a表示导风叶片(4)的送风角度，H表示静压箱的高度，c表示第一常数系数，a1表示第二常数系数，a2表示第三常数系数，b1表示第四常数系数，b2表示第五常数系数，c1表示第六常数系数，c2表示第七常数系数，d1表示第八常数系数，d2表示第九常数系数。
作为优选例，所述c取值为0.1～0.3，a1取值为0.05～0.07，a2取值为-15～-12，b1取值为-0.001～-0.003，b2取值为-19～-16，c1取值为1x10-5～3x10-5，c2取值为-21～-19，d1取值为-9.99x10-8～-8x10-8，d2取值为-24～-20。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种基于送风角度优化的空调箱送风装置和方法，通过双侧可调整送风角度的送风方式向静压箱内送入空气，可以调节导风叶片的角度来调节静压箱内的气流分布，更进一步的，可以通过自动控制装置，来控制送风的角度，根据静压箱高度、送风速度的不同，自动调节一个合适的角度，使静压箱内的压力分布更加均匀。本方法调节方便，设施简单，通过不同送风速度、静压箱高度与送风角度之间的组合，可以使静压箱内压力分布达到相对均匀的状态，从而进一步可以提高孔板出口风速的均匀性，改善气流组织，提高气流组织分布均匀性，满足高密度养殖的送风需求，不仅不影响正常的生产要求，还可以节约空调的运行能耗。得到的均匀的气流组织，可以提高夏季的送风温度、降低冬季的送风温度，这都会使得送风温度与环境温度差减小。减少送风温度与环境温度差，可以提高空调系统的制冷系数(COP)，降低空调的能耗，节约能源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中导风叶片结构示意图；
图3是不同送风方式中的静压箱内压力分布对比图；
图4是不同送风方式中的孔板出口风速均匀性指数对比图。
图中有：静压箱1；静压箱进风口2；出风孔板3；导风叶片4；送风风管5；支柱6；自动控制装置7。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种基于送风角度优化的空调箱送风装置，其特征在于，包括静压箱1和自动控制装置7，所述静压箱1的两侧壁分别设有进风口2；静压箱1底部为含有均匀分布小孔的出风孔板3，进风口2上装有导风叶片4；进风口2通过送风风管5与新风设备连接；自动控制装置7和导风叶片4连接；静压箱1内设有支柱6，支柱6的一端与出风孔板3连接，另一端与静压箱顶部固定连接。
第一方面，上述结构的一种基于送风角度优化的空调箱送风装置中，静压箱1底部为含有均匀分布小孔的出风孔板3，可以使得出风更加均匀；自动控制装置7用于调节导风叶片4的角度，转动角度范围为0°～90°，可以根据实际需求实现最佳角度的送风；同时静压箱1两侧的进风口2对称分布，更容易实现其内部压力的均匀分布，保证孔板出口风速的均匀性，改善气流组织，提高均匀性。
该空调箱送风装置调节方便，设施简单，通过不同送风速度、静压箱高度与送风角度之间的组合，可以使静压箱内压力分布达到相对均匀的状态，从而进一步可以提高孔板出口风速的均匀性，改善气流组织，提高其均匀性，节约空调的运行能耗。
作为优选例，所述自动控制装置7用于调节导风叶片4的角度，转动角度范围为0°～90°。通过调节导风叶片的角度来调节静压箱内的气流分布，根据实际需求实现最佳角度的送风，使静压箱内压力分布更加均匀。
作为优选例，位于静压箱1两侧的所述进风口2对称分布。通过双侧可调整送风角度的送风方式，使得静压箱内的气流分布更加均匀。相比只在静压箱1单侧设置进风口2，本优选例在静压箱1两侧设置对称的进风口2，使得静压箱内的气流分布更加均匀。
作为优选例，所述支柱6至少为两个。支柱6连接静压箱1的底部和顶部。通过设置多个支柱6使得静压箱结构更加稳固。
作为优选例，所述进风口2为长方形，进风口2上边缘距离静压箱顶部的距离为静压箱高度的1/2，进风口2下边缘与静压箱1底部齐平。进风口可调节区域更大，送风更加均匀。距静压箱顶部留有一定的距离不仅有利于送风角度的调整，而且在送风气流受到的重力作用下，可以加快送风气流动压转换成静压，使得静压箱内的气流压力分布更加均匀，提高孔板出口风速的均匀性，改善气流组织，提高气流组织分布均匀性。
作为优选例，所述静压箱1顶部为房顶，背部为建筑墙壁，底部、前部和两侧部均为板体。整个装置完整稳固，送风效果更好。静压箱1充分利用现有的墙体结构，使得静压箱1的成本低。
第二方面，本实施例的一种基于送风角度优化的空调箱送风方法，包括：
步骤10)根据建筑室内的结构尺寸，获取建筑室内的模型尺寸和边界条件；所述模型尺寸包括静压箱的长度和高度；所述边界条件包括新风送风风速和新风送风角度。
步骤20)将初始条件和边界条件输入CFD模型中，计算吊顶孔板出口风速的速度均匀性指数。出口风速的速度均匀性指数是表征送风均匀性的参数。
步骤30)为获得不同送风角度下的速度均匀性指数，根据控制变量法在其他参数不变的情况下，在0°～90°范围内以A°为变化量改变送风角度，返回步骤20，获取下一个速度均匀性指数，最终得到各个角度对应的不同的速度均匀性指数。例如A°为10°，得到0°、10°、20°…90°所对应的不同的速度均匀性指数。当然，A°可以为其他角度，例如15°、8°。
步骤40)对步骤30)获取的多个速度均匀性指数，绘制成折线图，并进行分析比较，取速度均匀性指数最大点所对应的角度作为最佳送风角度，然后获取导风叶片4的送风角度；
步骤50)调节导风叶片(4)为步骤40)获取的导风叶片(4)的送风角度。
上述实施例的一种基于送风角度优化的空调箱送风方法，通过将模型尺寸和边界条件输入CFD模型中，计算吊顶孔板出口风速的速度均匀性指数。通过控制变量法，只改变送风角度获取不同的速度均匀指数，通过获取的多个送风角度进行对比，得到最佳的送风角度。
作为优选例，所述的步骤20)中，依据式(1)计算速度均匀性指数：
其中，γV表示速度均匀性指数，n表示测点个数，Vj表示测点速度，
表示距孔板下0.1米处测量截面的平均速度。通过此公式计算速度均匀指数，速度均匀性指数越大，表明速度分布越均匀。
作为优选例，所述的步骤30)中，根据式(2)计算导风叶片(4)的送风角度：
式中，γ′V表示最佳速度均匀性指数，a表示导风叶片(4)的送风角度，H表示静压箱的高度，c表示第一常数系数，a1表示第二常数系数，a2表示第三常数系数，b1表示第四常数系数，b2表示第五常数系数，c1表示第六常数系数，c2表示第七常数系数，d1表示第八常数系数，d2表示第九常数系数。其余参数不变，以A°为变化量，改变送风角度计算速度均匀性指数，得到不同角度时候的速度均匀性指数。
作为优选例，所述c取值为0.1～0.3，a1取值为0.05～0.07，a2取值为-15～-12，b1取值为-0.001～-0.003，b2取值为-19～-16，c1取值为1x10-5～3x10-5，c2取值为-21～-19，d1取值为-9.99x10-8～-8x10-8，d2取值为-24～-20。确定不同常数的取值范围，通过改变取值范围内的常数数值，计算出不同的速度均匀性指数，最终可得到最佳的速度均匀性指数。
本发明中，利用流体力学专业软件Fluent进行模拟分析计算，取传统送风方式1上送下回式送风(即送风口位于一侧墙壁上部，回风口位于另一侧墙壁下部)和传统送风方式2(单侧壁开口，不带可调整送风角度的孔板送风)与采用本发明结构的送风方式3进行对比分析。
送风方式1、送风方式2和送风方式3中，静压箱的尺寸相同，孔板出口布设也相同。静压箱的长度为9.8m，宽度为6m，高度为0.5m。孔板出口为孔隙率为10％的孔板。送风方式1中，送风口的高度为0.25m，长度为1m；回风口的高度为0.4m，长度为0.5m。送风方式2中，开口的高度为0.25m，长度为1m。送风方式3中，进风口的高度为0.25m，长度为1m。送风方式3中，通过本发明的方法，获得导风叶片4的送风角度为40°。
静压箱内的压力分布情况采用数值模拟法进行，结果如图3所示。从图3可以看出，图3表示三种不同方法的静压箱压力与距空气供应口距离的关系，其中送风方式1和送风方式2静压箱内的压力分布呈现梯度分布，静压箱的压力随着距空气供应口距离的增加而增加，在靠近送风口的位置由于动压不能及时转换成静压，导致送风口附近的区域压力较低，压力最小值为-8Pa左右，而远离送风口附近压力较高，压力最大值为42Pa左右，压力差值较大，压力分布不均匀，使得孔板出口风速分布不均。然而，送风方式3静压箱内的压力分布呈现对称分布，压力最大值为15Pa左右，最小值为5Pa左右，差值较小，压力分布更为均匀，因此空气供应的均匀性将大大提高。结果表明，采用送风方式3可以使静压箱内的压力分布更加均匀，可以提高孔板出口风速分布的均匀性，进而可以改善气流组织，提高气流组织分布均匀性。送风方式3与其他两种送风方式相比，具有很大的优势。
静压箱内的孔板出口风速均匀性采用数值模拟法进行，结果如图4所示。从图4可以看出，图4描述了三种方法的速度均匀性指数，送风方式1的速度均匀性指数为0.75左右，送风方式2的速度均匀性指数为0.76左右，送风方式3的速度均匀性指数为0.85左右。因此，通过比较可知：采用送风方式3的送风方式，孔板出口的速度均匀性指数最高，可以提高孔板出口风速的均匀性，大大改善现有送风方式中送风速度的不均匀性。
通过对比分析静压箱内的压力分布情况和孔板出口风速均匀性情况，本发明送风方式的静压箱内的压力分布更加均匀、孔板出口的速度均匀性指数最高，验证了本发明的优越性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于送风角度优化的空调箱送风方法，其特征在于，所述方法基于空调箱送风装置运行，所述空调箱送风装置包括静压箱(1)和自动控制装置(7)，所述静压箱(1)的两侧壁分别设有进风口(2)；静压箱(1)底部为含有均匀分布小孔的出风孔板(3)，进风口(2)上装有导风叶片(4)；进风口(2)通过送风风管(5)与新风设备连接；自动控制装置(7)和导风叶片(4)连接；静压箱(1)内设有支柱(6)，支柱(6)的一端与出风孔板(3)连接，另一端与静压箱顶部固定连接；
所述方法包括以下步骤：
步骤10)根据建筑室内的结构尺寸，获取建筑室内的模型尺寸和边界条件；所述模型尺寸包括静压箱的长度和高度；所述边界条件包括新风送风风速和新风送风角度；
步骤20)将初始条件和边界条件输入CFD模型中，计算吊顶孔板出口风速的速度均匀性指数；所述的步骤20)中，依据式(1)计算速度均匀性指数：
其中，γV表示速度均匀性指数，n表示测点个数，Vj表示测点速度，
表示距孔板下0.1米处测量截面的平均速度；
步骤30)为获得不同送风角度下的速度均匀性指数，根据控制变量法在其他参数不变的情况下，在0°～90°范围内以A°为变化量改变送风角度，返回步骤20)，获取下一个速度均匀性指数，最终得到各角度对应的不同的速度均匀性指数；
所述的步骤30)中，根据式(2)计算导风叶片(4)的送风角度：
式中，γV′表示最佳速度均匀性指数，a表示导风叶片(4)的送风角度，H表示静压箱的高度，c表示第一常数系数，a1表示第二常数系数，a2表示第三常数系数，b1表示第四常数系数，b2表示第五常数系数，c1表示第六常数系数，c2表示第七常数系数，d1表示第八常数系数，d2表示第九常数系数；
所述c取值为0.1～0.3，a1取值为0.05～0.07，a2取值为-15～-12，b1取值为-0.001～-0.003，b2取值为-19～-16，c1取值为1x10-5～3x10-5，c2取值为-21～-19，d1取值为-9.99x10-8～-8x10-8，d2取值为-24～-20；
步骤40)对步骤30)获取的多个速度均匀性指数，绘制成折线图，并进行分析比较，取速度均匀性指数最大点所对应的角度作为最佳送风角度，然后获取导风叶片(4)的送风角度；
步骤50)调节导风叶片(4)为步骤40)获取的导风叶片(4)的送风角度。
2.根据权利要求1所述的基于送风角度优化的空调箱送风方法，其特征在于，所述自动控制装置(7)用于调节导风叶片(4)的角度，转动角度范围为0°～90°。
3.根据权利要求1所述的基于送风角度优化的空调箱送风方法，其特征在于，位于静压箱(1)两侧的所述进风口(2)对称分布。
4.根据权利要求1所述的基于送风角度优化的空调箱送风方法，其特征在于，所述支柱(6)至少为两个。
5.根据权利要求3所述的基于送风角度优化的空调箱送风方法，其特征在于，所述进风口(2)为长方形，进风口(2)上边缘距离静压箱顶部的距离为静压箱高度的1/2，进风口(2)下边缘与静压箱(1)底部齐平。
6.根据权利要求1所述的基于送风角度优化的空调箱送风方法，其特征在于，所述静压箱(1)顶部为房顶，背部为建筑墙壁，底部、前部和两侧部均为板体。
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