高 敏 畢海權(quán) 王宏林

（西南交通大學(xué)機械工程學(xué)院 成都 610031）

0 引言

夏季惡劣天氣頻發(fā)，人們越發(fā)地離不開空調(diào)系統(tǒng)提供舒適的生活、工作環(huán)境，而巨大的空調(diào)能耗也成為夏季電力緊張的重要原因。為了實現(xiàn)建筑的節(jié)能減排，需要對建筑能耗中占比較大的空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化探究。對于最常使用的柜式空調(diào)，由于其作用特點與人們的使用習(xí)慣，常出現(xiàn)空調(diào)出風(fēng)方向單一、沿出風(fēng)方向舒適性較好，而房間的其他區(qū)域甚至靠近空調(diào)的區(qū)域沒有良好降溫效果的現(xiàn)象；因室內(nèi)環(huán)境不均勻而導(dǎo)致大量的能源浪費[1]。

已有學(xué)者通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)辦公人員認(rèn)為辦公室內(nèi)的空氣流速過低、達到舒適的風(fēng)速可高于ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)的上限值[2]。實驗結(jié)果得出，在環(huán)境溫度為30℃、相對濕度為80%的環(huán)境中，受試者能接受的風(fēng)速上限可達1.6m/s[3]。研究發(fā)現(xiàn)氣流擾動在較高溫度環(huán)境中能對人體熱感覺產(chǎn)生補償作用，提高人體舒適性[4,5]；從而在空調(diào)房間加入氣流擾動，可降低空調(diào)設(shè)定溫度，既滿足舒適性又具有節(jié)能效果[6-8]。而風(fēng)扇作為人們最早使用的夏季消暑家用電器，相對于空調(diào)擁有更低的能耗；能利用空氣擾動增加人體的對流散熱[9-11]、減少不舒適感覺[12]。

本文基于舒適性實驗，研究落地扇位置、搖定等形式對室內(nèi)溫度、舒適性分布的影響，以及落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行相對空調(diào)單獨運行的節(jié)能效率。

1 實驗方案

1.1 實驗條件

落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行實驗在西南交通大學(xué)某辦公室內(nèi)進行，房間僅一面窗墻比為3:1 的外墻，外窗設(shè)有外遮陽和不透光的窗簾。辦公室布置方式如圖1 所示。

圖1 辦公室內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Office internal structure

參加實驗的受試者均為該辦公室工作人員共12 名，其中男性9 人，女性3 人。所有受試者均參與每項實驗，受試者信息統(tǒng)計結(jié)果如表1 所示。

表1 受試者信息Table 1 Subject information

1.2 實驗工況

實驗主要探究落地扇擺放位置、強度、朝向、空調(diào)出風(fēng)方向等因素對室內(nèi)環(huán)境的影響，設(shè)置的實驗工況具體如表2 所示。其中，空調(diào)出風(fēng)方向如圖1 所示，A 向代表空調(diào)出風(fēng)方向為南向角落，B 向代表空調(diào)出風(fēng)方向為東南向墻中點；各工況空調(diào)設(shè)定溫度均為26℃。實驗工況中落地扇位置①、②的選取原則為：結(jié)合辦公室內(nèi)部布置情況，按照不改變原有布置，不妨礙辦公室正常工作的原則。

表2 實驗工況Table 2 Experimental condition

1.3 實驗步驟

受試者需提前30min 達到實驗地點，在實驗開始前15min 內(nèi)保持靜坐休息，避免劇烈運動和心理狀態(tài)的改變而影響實驗結(jié)果。受試者進入實驗室后，每個受試者所在位置在不同工況下均固定不變，并做好相關(guān)記錄。實驗期間，實驗人員及時測量、記錄實驗數(shù)據(jù)；受試者根據(jù)提示完成舒適性調(diào)查問卷的填寫。在實驗過程中，受試者可以讀書、聊天等活動，但不能飲水、進食、離開座位活動等，以保證相對恒定一致的代謝率；不得交流與實驗內(nèi)容相關(guān)的任何話題，以免影響實驗結(jié)果。

為詳細記錄室內(nèi)參數(shù)變化較大階段的舒適性變化情況，在空調(diào)開啟和落地扇開啟的動作之后，舒適性問卷的填寫時間間隔較短。在參數(shù)較為穩(wěn)定的階段，舒適性問卷的填寫時間間隔適當(dāng)延長。實驗的第一個周期和第二個周期的舒適性問卷填寫時間節(jié)點均相同，實驗流程如圖2 所示。認(rèn)為實驗期間的兩個小時之內(nèi)室外參數(shù)波動較小可忽略不計。每個實驗工況均進行多次重復(fù)實驗，使實驗結(jié)果具有普遍性。

圖2 實驗流程Fig.2 Experimental procedure

2 測試與問卷

2.1 實驗儀器

能耗、熱環(huán)境測量儀器如圖3 所示。能耗電表采用高精度功率計量插座，可累計計數(shù)，能耗測量精度為0.001kWh。熱線風(fēng)速儀測量溫度的量程為-20℃至60℃，精度為±0.5℃；測量風(fēng)速的量程為0m/s 至30m/s，精度為0.05m/s+0.05 倍測量值。符合標(biāo)準(zhǔn)[13,14]對溫度、風(fēng)速測量精度要求。

圖3 實驗儀器Fig.3 Experimental instrument

2.2 測點布置

實驗所在辦公室面積為42.25m2。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[15]：房間或區(qū)域面積大于30m2但小于等于60m2的，應(yīng)選擇測試區(qū)域?qū)蔷€上的三個等分點作為測點。實驗房間內(nèi)測點布置如圖1 所示，5 個測點位置由三角形表示，測點高度選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[15]：人體為坐姿時，測點應(yīng)位于距離地面0.6m 處。

2.3 舒適性問卷

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，問卷需保證有效性和可靠性。問卷有效性通過實驗所獲得的數(shù)據(jù)反映真實情況的程度來衡量，多次測量結(jié)果的一致性衡量實驗結(jié)果的可靠性。問卷具體內(nèi)容如下：

以國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于PMV 和PPD 指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定[16]采用國際標(biāo)準(zhǔn)IS07730，即為七級刻度標(biāo)尺，結(jié)合夏季中國人的語言習(xí)慣，確定對熱感覺標(biāo)尺的表述分別為：很冷（-3）、冷（-2）、有一點冷（-1）、適中（0）、有一點熱（+1）、熱（+2）、很熱（+3）。設(shè)置熱舒適投票評價環(huán)境的舒適程度以佐證受試者對環(huán)境的熱感覺投票準(zhǔn)確性。熱舒適投票標(biāo)尺為：舒適（0）、稍不舒適（1）、不舒適（2）、很不舒適（3）、不可忍受（4）。

3 落地扇對溫度分布的影響分析

實驗測試的主要數(shù)據(jù)為溫度、風(fēng)速值，圖4 為工況Z-1 的5 個測點溫度變化趨勢，3600s 開啟落地扇后各測點溫度均發(fā)生不同程度的下降。為便于不同工況之間進行比較，消除初始溫度不同對實驗結(jié)果的影響，針對各測點的溫降值進行歸一化處理。

圖4 工況Z-1 測點溫度趨勢Fig.4 Temperature trend of measuring point under condition Z-1

由測點溫度監(jiān)測的變化趨勢可以看出：在空調(diào)單獨運行的2500s 至3600s 的溫降斜率和開啟落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行的4000s 至7200s 的溫降斜率已大致相同。這一現(xiàn)象說明這兩個階段均為空調(diào)作用引起的測點溫降，而在3600s 至4000s 時的溫降原因則是開啟落地扇的擾動作用。為比較各工況落地扇對室內(nèi)溫度的影響程度，同時消除室內(nèi)初始溫度不一致的影響，提出無量綱溫度Tfan將室內(nèi)溫降值轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的指標(biāo)進行對比分析，計算公式如下：

其中：T0s為0s 時的測點溫度，即初始時刻的測點溫度，℃；T3600s為3600s 時的測點溫度，即空調(diào)單獨運行最后時刻、落地扇即將開啟時刻的溫度，℃；Tmean為4000s 至7200s 測點溫度的平均值，℃。

其中，選取落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行穩(wěn)定過程4000s 至7200s 的溫度平均值Tmean的原因在于：首先，這種取值方式既避免選取溫度對應(yīng)的時間過長而過多的包括空調(diào)降溫作用，又避免選取溫度對應(yīng)的時間太短而忽略聯(lián)合運行中落地扇影響效果的完整性；其次，落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行穩(wěn)定階段前后的溫度差值較小也滿足取平均值的合理性；綜合分析選取該平均值較為合適。

實驗過程中溫度、風(fēng)速均為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，各工況溫度下降趨勢均相似，由于篇幅有限僅給出落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行的工況Z-1 的溫度變化趨勢，其余工況實驗結(jié)果以測點的無量綱溫度Tfan表示。

3.1 落地扇位置對室溫的影響

實驗主要研究兩種不同的落地扇放置位置對室內(nèi)溫度分布的影響，其中①號位置位于南向角落處，②號位置位于東南向墻壁中央；空調(diào)固定B向出風(fēng)。

對于落地扇處于三檔、平視狀態(tài)，對比工況Z-3 和Z-10 由圖5 可以得出：落地扇在②號位置的工況Z-3 對1、3 號測點的降溫效果更明顯；落地扇在①號位置的工況Z-10 對2、4、5 號測點的溫降影響更明顯。原因在于：Z-3 工況落地扇位于②號位置其作用主要使到達房間東南向的空調(diào)冷氣快速的到達房間西北向，直接受影響的3 號測點降溫更加明顯；落地扇持續(xù)的作用下，氣流向房間西、北向角落擴散，對1、2 號測點產(chǎn)生較小的擾動。Z-10 工況的落地扇位于①號位置與空調(diào)出風(fēng)形成交叉氣流擾動加強，將大量的空調(diào)冷空氣吹向2、5 號測點一側(cè)，2 號測點在空調(diào)單獨運行期間的溫度較高，開啟落地扇后2 號測點溫降最為明顯達1.3℃，無量綱溫度Tfan達0.265。其次4 號測點離落地扇較近且在其輻射范圍之內(nèi)降溫效果較明顯。

圖5 落地扇位置的影響對比Fig.5 Comparison of the influence of floor fan position

對于落地扇處于三檔、仰頭狀態(tài)的工況對測點溫度的影響對比，Z-4 號工況落地扇位于②號位置，在房間上部形成擾動直接越過3 號測點到達房間西北向再分散，在1 號測點相較于Z-11 工況形成更加明顯的溫降。Z-11工況落地扇在①號位置對2、5 號測點的降溫效果更加突出，在2 號測點處的溫降值是所有工況中的最大值1.4℃，無量綱溫度Tfan為0.286。其原因在于空調(diào)向房間上部出風(fēng)，落地扇處于仰頭工況在房間上部產(chǎn)生強烈的氣流擾動，使空調(diào)吹出的冷風(fēng)更快速地到達房間下部，三檔仰頭的落地扇吹出的氣流能達到更遠處，氣流擾動越過了3 號測點，故2 號測點降溫效果較3 號測點明顯。但Z-11 工況落地扇擾動減少空調(diào)冷量到達4號測點附近，故4 號測點的溫降低于Z-4 工況。

3.2 落地扇搖定對室溫的影響

落地扇的搖頭、固定主要影響落地扇擾動的范圍和強度。固定吹風(fēng)影響范圍較小，但在輻射范圍內(nèi)的擾動強度較大且能夠產(chǎn)生持續(xù)作用；搖頭模式下落地扇擾動范圍較廣，輻射范圍內(nèi)擾動強度呈周期性的波動。

（1）空調(diào)A 向出風(fēng)

空調(diào)A 向出風(fēng)時，落地扇定向、搖頭對測點降溫作用的影響差別最大的是J-4、J-8 工況如圖6所示，對比得到搖頭狀態(tài)下對1、3、5 號測點的溫降更明顯，定向狀態(tài)下對2、4 號測點的溫降更明顯。2 號測點的降溫效果差異最為明顯相差0.5℃，無量綱溫度Tfan相差0.094。原因在于：空調(diào)A 向出風(fēng)、落地扇位于①號位置時，落地扇的擾動將直接影響冷量的分布。落地扇定向狀態(tài)時冷量被持續(xù)地送到房間對角區(qū)域，再由于J-4 工況為三檔仰頭，落地扇的擾動不受房間下部物體阻擋且有較高的強度，使得2 號測點降溫效果顯著。由于搖頭工況擾動周期性作用強度減弱，故在2 號測點的降溫作用不如定向工況明顯。但對于1、5 號測點，則是搖頭工況J-8 的降溫效果更好，原因在于1、5 號測點在房間東、西向角落，不在落地扇定向工況產(chǎn)生的擾動范圍之內(nèi)。而搖頭工況的擾動范圍更廣，能在該處產(chǎn)生較小的氣流擾動同時伴隨少量冷量的到達實現(xiàn)降溫作用。

圖6 空調(diào)A 向落地扇搖定的影響對比Fig.6 Comparison of the influence of floor fan rocking under air conditioner A-direction

（2）空調(diào)B 向出風(fēng)

對比落地扇放置在①號位置時定向工況Z-8至Z-11 與搖頭工況Z-12 至Z-15，各測點的無量綱溫度Tfan出現(xiàn)不同的規(guī)律，如圖7 所示。搖頭工況下1、3、4 號測點降溫效果更好，定向工況下2、5 號測點的降溫效果更佳。其原因在于：搖頭工況產(chǎn)生的擾動更能到達1 號測點處而降溫；2 號測點由于定向落地扇的持續(xù)擾動效果使更多的冷量到達該處而降溫；3、4 號測點所在區(qū)域均在落地扇出風(fēng)輻射范圍內(nèi)，但搖頭工況能產(chǎn)生更大范圍的擾動的同時更有利于空調(diào)冷量的擴散；5 號測點原空調(diào)單獨運行時溫度較高，定向工況在2 號測點附近持續(xù)的降溫作用對5 號測點的影響強于搖頭工況直接對5 號測點產(chǎn)生的間歇性擾動形成的降溫作用，故定向工況下5 號測點的降溫效果更顯著。

圖7 空調(diào)B 向①號落地扇搖定的影響對比Fig.7 Comparison of the influence of floor fan①rocking under air conditioner B-direction

由圖8 對比Z-1 與Z-5、Z-2 與Z-6、Z-4 與Z-7工況發(fā)現(xiàn)落地扇位于②號位置時，落地扇搖頭工況的降溫效果普遍高于定向工況。由于落地扇位于②號位置，定向工況下的擾動影響范圍小，僅在正對落地扇的過道處產(chǎn)生強烈的擾動；落地扇搖頭工況能在房間更大范圍以及人體周圍產(chǎn)生擾動，即使在房間各區(qū)域產(chǎn)生間歇性的擾動，也比落地扇固定吹風(fēng)的降溫效果明顯。分析測點的無量綱溫度發(fā)現(xiàn)落地扇位于②號位置時，由于辦公室內(nèi)部的陳設(shè)、人員分布近似對稱布置，落地扇和空調(diào)出風(fēng)方向均在對稱軸上，對稱布置的測點1、2 和測點4、5 對應(yīng)出現(xiàn)近似的無量綱溫度值。

圖8 空調(diào)B 向②號落地扇搖定的影響對比Fig.8 Comparison of the influence of floor fan②rocking under air conditioner B-direction

對于落地扇搖定的設(shè)置，綜合分析可以得出落地扇處于搖頭狀態(tài)對溫度的影響效果稍好，雖然落地扇為定向的Z-9 至Z-11 工況的2 號測點降溫明顯，但整體分析室內(nèi)各處的溫降，落地扇搖頭作用的范圍更廣，綜合效果稍好。

3.3 落地扇仰俯對室溫的影響

（1）空調(diào)A 向出風(fēng)

對于落地扇定向工況如圖9（a），落地扇仰頭工況對1、2、3、5 號測點的溫降影響更顯著；落地扇平視工況4 號測點有更明顯的降溫效果。分析落地扇仰頭的作用特點可以知道，仰頭狀態(tài)向房間上部出風(fēng)，其作用特點有兩點：其一，不再受到房間下部物體對氣流擾動的阻礙，能到達更遠距離；其二，產(chǎn)生的擾動能與空調(diào)吹出的冷風(fēng)形成相反方向的擾動，更利于落地扇對空調(diào)冷量的控制。故定向的仰頭狀態(tài)對2、3 號測點溫降直接影響、從而對1、5 號測點有降溫效果；由于落地扇離4 號測點更近，落地扇平視狀態(tài)更能直接對該處產(chǎn)生擾動影響。

圖9 空調(diào)A 向落地扇仰俯的影響對比Fig.9 Comparison of the influence of floor fan leaning under air conditioner A-direction

對于落地扇搖頭工況如圖9（b），落地扇仰頭形式對1、2、5 號測點的溫降影響更顯著，落地扇平視工況3、4 號測點有更明顯的降溫效果。由于仰頭狀態(tài)下能在距離落地扇較遠的區(qū)域產(chǎn)生擾動，并且搖頭狀態(tài)的周期性擾動范圍更大，1、2、5 號測點附近均在落地扇的擾動范圍之內(nèi)，形成較強的降溫擾動作用。而搖頭狀態(tài)下的平視工況的擾動區(qū)域較小，3、4 號測點距離落地扇較近并在其擾動區(qū)域內(nèi)，故3、4 號測點的降溫作用在落地扇平視時更顯著。

（2）空調(diào)B 向出風(fēng)

落地扇位于①號位置時落地扇仰俯的影響對比如圖10 所示，定向仰頭工況影響1、2、5 號測點較為明顯，主要由于仰頭工況在房間上部實現(xiàn)空氣的擾動，使得空調(diào)冷量較為均勻的在房間下部產(chǎn)生降溫效果。定向平視的工況在房間下部產(chǎn)生擾動，對位于房間上部的空調(diào)冷量分布的直接影響效果和影響范圍較小；但能直接影響4 號測點附近的溫度分布，形成更明顯的降溫效果。對于搖頭工況規(guī)律相似，仍是仰頭工況對大部分測點的降溫效果影響優(yōu)于平視工況。

圖10 空調(diào)B 向①號落地扇仰俯的影響對比Fig.10 Comparison of the influence of floor fan①leaning under air conditioner B-direction

落地扇位于②號位置時，對比工況Z-1 至Z-4如圖11（a）所示，定向工況下二、三檔對落地扇仰俯狀態(tài)具有相同的規(guī)律。落地扇仰頭工況下溫降程度普遍較高，且主要影響1、2 號測點的溫降程度。原因在于仰頭工況下落地扇主要在房間上部產(chǎn)生擾動影響空調(diào)的送風(fēng)氣流，直接將部分空調(diào)冷量吹到房間西北向進行降溫；平視工況則是將空調(diào)到達東南方向的送風(fēng)通過落地扇的攪動送到房間西北方向，故降溫效果更弱。定向工況下4、5 號測點主要受空調(diào)出風(fēng)的直接影響，故落地扇的仰俯形式對其附近的降溫作用影響小。

圖11 空調(diào)B 向②號落地扇仰俯的影響對比Fig.11 Comparison of the influence of floor fan②leaning under air conditioner B-direction

落地扇②號位置搖頭工況下的仰頭和平視形式對測點溫降的影響規(guī)律有所不同如圖11（b）所示。對比Z-5、Z-6 工況可以看出，落地扇仰頭主要影響1、2 號測點溫降，平視狀態(tài)主要影響4、5號測點溫降。主要原因是：搖頭狀態(tài)下的落地扇更能在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生擾動；并且落地扇仰頭工況主要在較遠距離產(chǎn)生擾動、平視工況主要在近距離產(chǎn)生擾動。故仰頭、平視狀態(tài)對4、5 號測點的溫降效果有明顯的差距。

仰頭、平視狀態(tài)對于3 號測點的影響因落地扇的搖定有所差異，對于定向工況Z-1 和Z-2，仰頭工況對3 號測點無量綱溫度影響更大；對于搖頭工況的Z-5、Z-6，則是平視工況對3 號測點無量綱溫度影響更大。分析其形成原因：雖然搖頭工況對3號測點附近產(chǎn)生的是周期性的擾動，但平視狀態(tài)在高度方向上產(chǎn)生的擾動距離3 號測點更近，即冷量擾動更強烈、降溫效果更明顯；定向仰頭工況產(chǎn)生的擾動雖是持續(xù)的，但擾動在高度方向、水平方向上距離3 號測點均更遠、效果減弱。此規(guī)律同樣適用于空調(diào)A 向出風(fēng)、落地扇位于①號位置時，仰頭、平視狀態(tài)對于3 號測點的影響因落地扇搖定而形成的差異。

綜合看來，落地扇在仰頭工況產(chǎn)生的擾動范圍更大、更易與空調(diào)出風(fēng)產(chǎn)生強烈摻混直接影響冷量分布，故對室內(nèi)溫度分布的影響更顯著。

3.4 落地扇擋位對室溫的影響

分析落地扇強度對比工況測點無量綱溫度值，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)落地扇在三檔時絕大多數(shù)測點的無量綱溫度都大于落地扇置于二檔時。

在對比J-2、J-4 工況時出現(xiàn)異常如圖12 所示，兩工況均為空調(diào)A 向出風(fēng)、落地扇位于①號位置定向仰頭工況，僅是落地扇強度不同。J-2 工況的3 號測點的降溫效果優(yōu)于J-4 工況，原因在于：落地扇檔位越高，產(chǎn)生擾動的強度越大，更能使氣流擾動到達更遠處。即落地扇在①號位置，向房間北向角落吹風(fēng)，將冷量送往北向角落時，二檔工況時擾動主要作用范圍靠近更3 號測點，3 號測點降溫明顯；三檔工況擾動強度加大、擾動范圍更靠近2號測點，3 號測點降溫效果減弱。

圖12 落地扇強度的影響對比Fig.12 Comparison of the influence of floor fan strength

4 落地扇對舒適性的影響分析

受試者的熱感覺投票統(tǒng)計如圖13 所示，60min的熱感覺是空調(diào)單獨運行的最后時刻受試者記錄的熱感覺，65min 的熱感覺是落地扇加入空調(diào)聯(lián)合運行5min 后的受試者熱感覺。整體來看，落地扇的加入對各工況的平均熱感覺均有不同程度的優(yōu)化效果，熱感覺從偏熱一側(cè)向偏冷一側(cè)移動。90min和120min 的熱感覺仍在圖13 中表示，對比落地扇開啟之后65min、90min、120min 三個時刻的熱感覺，可以發(fā)現(xiàn)三個時刻的熱感覺相近且?guī)缀鯖]有明顯變化。故可以將60min 的熱感覺與65min 的熱感覺對比分析落地扇開啟前后的平均熱感覺差異。

圖13 熱感覺變化對比Fig.13 Comparison of thermal sensation changes

柱狀圖的高度可以反應(yīng)熱感覺的平均不舒適程度，柱狀圖在0 線之上對應(yīng)熱感覺，柱狀圖在0線以下對應(yīng)冷感覺。J-1、J-5 工況65min 的平均熱感覺達到了適中的狀態(tài)，故圖中無柱狀圖顯示。

由熱感覺對比圖可以發(fā)現(xiàn)，Z-11 工況的落地扇對熱感覺的優(yōu)化作用最強，平均熱感覺從有一點熱（0.37）變化到有一點冷（-0.52），Z-11 工況也是溫降最明顯的工況，特別是對于空調(diào)單獨運行時處于溫度較高區(qū)域的受試者熱感覺降低作用顯著。

對比落地扇位于②號位置的Z-1 至Z-7 工況和落地扇位于①號位置的Z-8 至Z-15 工況的平均熱感覺投票的統(tǒng)計圖，分析落地扇擺放位置對舒適性的影響。發(fā)現(xiàn)落地扇位于①號位置的各工況對平均熱感覺影響程度普遍強于落地扇在②號位置的工況。但其中Z-5 工況對舒適性的優(yōu)化程度強于Z-12工況，原因在于當(dāng)落地扇平視的搖頭工況時，落地扇在①號位置僅在較小范圍內(nèi)影響受試者的熱感覺，即對9、10、13、14、15 號受試者的熱感覺有提升；而落地扇位于②號位置時，對9、10、11、12、13、14、15、17 號受試者的熱感覺有較大提升、對6、7 號受試者的熱感覺稍有提升。

落地扇搖頭或定向?qū)岣杏X、熱舒適的影響，由空調(diào)出風(fēng)方向不同而出現(xiàn)不同的規(guī)律。對于空調(diào)A 向出風(fēng)，落地扇位于①號位置時，落地扇定向工況的熱感覺改善作用明顯強于搖頭工況。原因在于定向工況時落地扇主要改善7、8、10、11 號受試者的熱感覺，其中7、8 號受試者的熱感覺在空調(diào)A 向出風(fēng)時最難達到熱舒適；而搖頭工況下7、8號受試者的熱感覺在開啟落地扇后的改善程度并不明顯，對9、13、14、15 號受試者的舒適性稍有提高。整體來看，空調(diào)朝A 向出風(fēng)時定向工況對舒適性影響更大。對于空調(diào)B 向出風(fēng)，受試者普遍認(rèn)為落地扇搖頭模式舒適性優(yōu)于定向模式。其中對于落地扇位于②號位置，搖頭工況的擾動范圍更大，其舒適性提高較定向工況顯著。對于落地扇位于①號位置，搖頭工況比定向工況熱感覺舒適性稍好但不顯著，原因在于搖頭工況比定向工況主要改善5、6、9 號受試者的熱感覺，兩工況其他受試者的熱感覺相近。

落地扇的仰頭、平視工況對舒適性的影響范圍與落地扇的距離有關(guān)。落地扇仰頭工況在較遠處產(chǎn)生擾動改善舒適性，落地扇擾動到達的區(qū)域往往是空調(diào)冷量不能很好覆蓋的區(qū)域，故對空調(diào)單獨運行時舒適性較差、需要重點改善的區(qū)域舒適性提高顯著。落地扇平視工況僅對就近的個別位置舒適性有改善作用，對整體熱舒適的影響較小。就房間內(nèi)整體的舒適性而言，落地扇仰頭工況的改善效果更佳。

空調(diào)出風(fēng)方向?qū)φw舒適性的影響主要表現(xiàn)為B 向出風(fēng)的舒適性優(yōu)于A 向出風(fēng)，關(guān)鍵在于B向出風(fēng)能使冷量較好的分布擴散，避免冷量集中在角落難以擴散的現(xiàn)象；再輔以落地扇的擾動作用，有利于冷量擴散、氣流擾動帶來冷感覺的雙重作用，舒適性提升更加明顯。

5 能耗分析

空調(diào)和落地扇能耗均由能耗電表直接測量，各工況節(jié)能率如圖14 所示。節(jié)能率計算公式如下：

圖14 節(jié)能率Fig.14 Energy saving rate

其中：QAC+FAN為落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行的能耗總和，kWh；QAC為空調(diào)單獨運行的能耗，kWh。

空調(diào)單獨運行時室內(nèi)溫度分布均勻性較差，主要表現(xiàn)為室內(nèi)靠外墻部分熱源集中、受室外熱環(huán)境影響較大溫度較高；靠近內(nèi)墻部分直接受空調(diào)送風(fēng)影響，溫度較低、舒適性更高。從而，回風(fēng)口附近仍維持較高溫度，以至于空調(diào)需要較長時間的運行，直到回風(fēng)溫度達到設(shè)定溫度。但此時房間大部分區(qū)域的溫度已降至設(shè)定溫度以下，而造成能源的浪費。

落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行時，落地扇攪動空氣使室內(nèi)溫度更加均勻，提高舒適性的同時降低了回風(fēng)口附近溫度與室內(nèi)平均溫度的差值，減少空調(diào)滿負(fù)荷運行的時間，從而達到節(jié)能的目的。對比各工況，Z-11 工況對應(yīng)最高的節(jié)能效率達13.82%，該工況對回風(fēng)口附近溫度的降溫作用最大，節(jié)能率最高。J-5 工況對空調(diào)回風(fēng)口附近的降溫作用相比于其他工況較弱，節(jié)能率僅3.05%。

6 風(fēng)扇與空調(diào)聯(lián)合運行建議

落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行既能改善室內(nèi)溫度分布又能加強空氣流動、提高舒適性，同時滿足節(jié)能需求?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，對風(fēng)扇與空調(diào)的聯(lián)合運行提出如下建議：

（1）風(fēng)扇的放置要求應(yīng)盡量符合以下條件：其一，放置位置能盡量彌補空調(diào)作用不易到達的地方；其二，能與空調(diào)出風(fēng)產(chǎn)生強烈的摻混，影響冷量的分配使之在室內(nèi)更加均勻的分布。

（2）對于風(fēng)扇增大室內(nèi)空氣流動，提高熱舒適的作用，聯(lián)合運行時可適當(dāng)提高空調(diào)設(shè)定溫度，實現(xiàn)更高的節(jié)能效果。

（3）對于氣溫稍高的過渡季節(jié)，開啟空調(diào)使房間溫度降低之后再關(guān)閉空調(diào)，開啟風(fēng)扇加強室內(nèi)氣流擾動從而保持熱舒適，避免氣溫不高而持續(xù)開啟空調(diào)造成能源浪費。

7 結(jié)論

根據(jù)落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行的實驗結(jié)果，得出如下結(jié)論：

（1）落地扇產(chǎn)生的擾動影響室內(nèi)氣流組織，提高室內(nèi)溫度分布的均勻性；落地扇開啟后在室內(nèi)產(chǎn)生最高1.4℃的溫降。

（2）落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行使人體平均熱感覺向偏冷一側(cè)改善，改善作用最高可從有一點熱（0.37）變化到有一點冷（-0.52）。

（3）落地扇的擺放位置應(yīng)根據(jù)空調(diào)出風(fēng)方向決定，盡可能與空調(diào)出風(fēng)產(chǎn)生強烈的摻混。落地扇的搖定、仰俯、強度等形式應(yīng)使冷量更均勻的分布，彌補空調(diào)單獨作用較弱的區(qū)域。

（4）落地扇與空調(diào)聯(lián)合運行能有效影響空調(diào)回風(fēng)口附近溫度，減少空調(diào)持續(xù)高能耗運行的時間，節(jié)能率最高可達13.82%。