你那熱嗎？我這里34℃，很熱！

你有沒有遇到過和我一樣的痛：空調(diào)的溫度已經(jīng)調(diào)得很低了，但房間還是不夠涼？

很多人的第一反應(yīng)是把溫度調(diào)得更低。但繼續(xù)壓榨空調(diào)的結(jié)果，更有可能是出風(fēng)口凍得人直哆嗦、房間卻怎么都涼快不起來，耗電還更多了。

相比之下，更舒服、更省電的方法，是提高冷氣在房間里的循環(huán)效率——讓冷氣“動(dòng)”起來。

電風(fēng)扇吹出的氣流在房間中逐漸擴(kuò)散丨作者制圖

空調(diào)制冷依賴兩個(gè)過程：傳熱、對(duì)流。調(diào)低溫度針對(duì)的是“傳熱”，讓冷氣動(dòng)起來就是增強(qiáng)對(duì)流效果。

室內(nèi)空氣的流動(dòng)并不是像瀑布那樣一瀉千里，而是更傾向于循環(huán)往復(fù)，形成一個(gè)個(gè)環(huán)狀“流道”，就像房間里的“賽道”。驅(qū)動(dòng)冷氣在這條賽道上奔馳的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，正是我們提供的動(dòng)能，也就是風(fēng)力。要讓冷空氣真正動(dòng)起來，光靠空調(diào)一個(gè)人沖是不夠的。

這時(shí)候就需要風(fēng)扇“助推”一把。

藍(lán)線代表空調(diào)吹出的冷風(fēng)在房間中所形成的氣流。可以看到，房間中存在明顯的“冷空氣死角”。

風(fēng)扇或循環(huán)扇會(huì)為冷氣提供源源不斷的“馬力”，讓這條“流動(dòng)賽道”盡可能覆蓋整個(gè)房間，形成穩(wěn)定高效的循環(huán)流場(chǎng)。

而且空調(diào)、風(fēng)扇需要配合默契，風(fēng)向風(fēng)力要“順勢(shì)而為”；要是二者互相頂牛，就會(huì)阻礙冷氣擴(kuò)散，降低制冷效果。

考慮到大多數(shù)家庭的空調(diào)位置是固定不動(dòng)的，那么風(fēng)扇的擺放位置就很有講究了。我們?cè)诹黧w動(dòng)力學(xué)仿真軟件Ansys Fluent中做了一個(gè)模擬房間。整體呈長(zhǎng)方形，空調(diào)安裝在窗邊的角落。

我們會(huì)在模擬房間中加上風(fēng)扇，看看哪些位置更能“接力”空調(diào)的出風(fēng)方向，把冷氣送得更遠(yuǎn)、更均勻。

想抄作業(yè)的，直接看文章結(jié)尾的總結(jié)即可。

本文模擬了風(fēng)扇在不同位置、不同方向的制冷效果。箭頭代表風(fēng)扇吹風(fēng)方向丨作者制圖

這里采用k-ε 湍流模型進(jìn)行三維模擬。選擇0.8 m作為分析的切面，近似人坐在沙發(fā)上時(shí)的胸口高度。空調(diào)的溫度設(shè)置在22 ℃，出風(fēng)速度是2 m/s，而室內(nèi)墻壁則設(shè)定為27 ℃的恒溫?zé)嵩础Ｑh(huán)扇的風(fēng)速在4~6 m/s之間變化。為了確保結(jié)果更準(zhǔn)確，使用了穩(wěn)態(tài)計(jì)算，收斂精度為1e-3，并確保流場(chǎng)的最大速度和平均溫度都達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。

如何讓冷氣全屋巡航？

先考慮只有風(fēng)扇出風(fēng)、空調(diào)不開的情況。從空氣運(yùn)動(dòng)軌跡（也就是流線圖）可以看出，將風(fēng)扇放置在房間長(zhǎng)邊的角落，更有利于推動(dòng)空氣在整個(gè)空間中流動(dòng)起來，如下圖3。

這種布局能讓氣流形成完整的循環(huán)通道，而不是在某個(gè)角落打轉(zhuǎn)或局部滯留。缺點(diǎn)是房間中部缺少氣流。

不開空調(diào)、只開空氣循環(huán)扇時(shí)的情況丨作者制圖

兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)出風(fēng)，冷氣會(huì)如何循環(huán)呢？可以明顯看到，在風(fēng)扇的推動(dòng)下，空調(diào)冷氣順勢(shì)被帶動(dòng)起來了。特別是在房間長(zhǎng)邊布置循環(huán)扇時(shí)，空調(diào)冷氣從一側(cè)被推送到了整屋，這讓原本的局部制冷變成了真正意義上的“全屋巡航”。

空調(diào)和風(fēng)扇一起出風(fēng)的模擬丨作者制圖

來看看降溫效果

冷氣流動(dòng)的順暢程度，能否和室內(nèi)不同位置的溫度分布一致呢？

可以明顯看出，空調(diào)出風(fēng)口附近的溫度最低。如果沒有良好的氣流引導(dǎo)，空調(diào)冷氣就會(huì)“窩”在原地，難以擴(kuò)散。

而當(dāng)我們?cè)诜块g長(zhǎng)邊布置循環(huán)扇之后（圖4），冷氣被有效推送至整個(gè)空間，房間內(nèi)的整體溫度不僅更低，而且分布更加均勻。這意味著你不會(huì)再有“這邊熱那邊冷”的落差感，體感舒適度顯著提高。

不同循環(huán)方式下的氣溫分布圖。圖中白色區(qū)域表示溫度較高，藍(lán)色越深代表溫度越低。丨作者制圖

接下來，我們通過模擬，進(jìn)一步揭示冷氣擴(kuò)散與空氣循環(huán)之間的內(nèi)在機(jī)制。

在沒有循環(huán)扇的情況下，空調(diào)吹出的冷風(fēng)通常只能在一個(gè)相對(duì)有限的范圍內(nèi)自循環(huán)。單靠空調(diào)的“風(fēng)動(dòng)力”，也就是動(dòng)能，難以驅(qū)動(dòng)空氣進(jìn)行遠(yuǎn)距離流動(dòng)，無法形成“全屋賽道”。因?yàn)?strong>在冷氣流動(dòng)的過程中，動(dòng)能會(huì)不斷耗散，擴(kuò)散動(dòng)力會(huì)越來越弱。

箭頭代表空氣的流動(dòng)方向，顏色則表示風(fēng)速。紅色為高速，黃色為中速，藍(lán)色為低速。丨作者制圖

而在循環(huán)扇的協(xié)助下，冷氣的傳播能力大幅增強(qiáng)，有機(jī)會(huì)“乘風(fēng)遠(yuǎn)行”。但關(guān)鍵是：冷氣必須沿著正確的“航線”才能真正起飛。

如圖中所示，當(dāng)循環(huán)扇被布置在房間中部時(shí)，它吹出的風(fēng)與空調(diào)的冷氣循環(huán)幾乎是獨(dú)立的，各自循環(huán)，冷氣的交互擴(kuò)散非常有限；而當(dāng)循環(huán)扇直接放在空調(diào)下方時(shí)，雖然方向一致，但冷氣循環(huán)的范圍過小，無法有效擴(kuò)展。黑色圈是空氣循環(huán)的通路（渦流），也就是前面比喻的賽道。

黑色實(shí)線是顯著的渦流，虛線是副渦流（流速低、不顯著）。一實(shí)一虛兩圈，主要是體現(xiàn)空氣循環(huán)分區(qū)，沒有形成全屋的大循環(huán)。而大的渦流會(huì)形成更好的對(duì)流換熱效果。丨作者制圖

相較之下，將循環(huán)扇放置在長(zhǎng)邊角落則能帶來理想的效果：循環(huán)扇吹出的風(fēng)與空調(diào)冷氣融合，形成一個(gè)強(qiáng)有力、連貫的大型渦流。

這種大渦旋如同給冷氣開辟了一條高速公路，帶動(dòng)冷風(fēng)在整個(gè)空間中高效巡航，不僅覆蓋面廣，還能實(shí)現(xiàn)更均勻的降溫效果。最終讓全屋的冷氣分布趨于一致，涼得更舒適，也更節(jié)能。

最差的風(fēng)扇位置，竟然是這里

房間有兩個(gè)長(zhǎng)邊，風(fēng)扇究竟放在哪里更好？我們進(jìn)一步對(duì)比了將循環(huán)扇放在空調(diào)同側(cè)和對(duì)側(cè)時(shí)，空氣循環(huán)效果的差異。

風(fēng)扇兩種位置和出風(fēng)方向示意圖丨作者制圖

從冷氣循環(huán)軌跡和溫度分布圖可以看出，若將循環(huán)扇放置在空調(diào)對(duì)側(cè)，這會(huì)對(duì)冷氣的自然擴(kuò)散產(chǎn)生負(fù)面影響。這是因?yàn)椋L(fēng)扇背面形成的負(fù)壓會(huì)干擾空調(diào)出風(fēng)的原始流動(dòng)軌跡，這導(dǎo)致冷氣不能擴(kuò)散到全屋，反而被“吸”在原地。

唯一的好處是，這樣會(huì)讓冷氣流動(dòng)速度更快，適合喜歡明顯風(fēng)感的人。

空氣循環(huán)渦流示意圖。左圖的渦流更大且更靠近中心，其影響范圍大且均勻，有利于房間均勻降溫丨作者制圖

右圖中，全屋都達(dá)到了更低的溫度，尤其是沙發(fā)附近。但集中、快速的降溫并不舒服。丨作者制圖

接下來，讓我們進(jìn)一步細(xì)化風(fēng)扇的擺放位置：是越靠近墻面越好，還是靠近房間中間會(huì)利于帶動(dòng)空氣流動(dòng)？

為了解答這個(gè)問題，我們?cè)诜块g長(zhǎng)邊設(shè)置了四個(gè)不同位置的風(fēng)扇，讓它們逐步遠(yuǎn)離墻壁。結(jié)果顯示：當(dāng)循環(huán)扇緊貼墻面時(shí)，空氣流動(dòng)清晰有序，能夠在房間內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的大尺度渦旋，有效推動(dòng)冷氣循環(huán)。但隨著循環(huán)扇逐漸移向房間中部，空氣流場(chǎng)開始變得紊亂，原本的整體循環(huán)結(jié)構(gòu)被打破。

如果你家的風(fēng)扇和空氣循環(huán)扇風(fēng)量較大，那更不適合放在房屋中間。循環(huán)扇和空調(diào)對(duì)空氣的驅(qū)動(dòng)方向開始“打架”，容易形成強(qiáng)對(duì)流，反而把空調(diào)的冷氣“壓”在了出風(fēng)口附近，而全屋其他地方溫度較高。

風(fēng)向有講究嗎？

你以為我們的努力僅此而已嗎？當(dāng)然不！

在之前的分析中，我們可以發(fā)現(xiàn)，循環(huán)扇的核心目標(biāo)是幫助形成一個(gè)全屋流動(dòng)的氣旋，把空調(diào)的冷氣帶著一起巡回運(yùn)動(dòng)。然而，我們之前采用的循環(huán)扇風(fēng)向都是水平的，這樣形成的風(fēng)場(chǎng)與空調(diào)冷氣之間仍然存在一定的高度差。

為了進(jìn)一步提升冷氣的擴(kuò)散效果，我們調(diào)整了循環(huán)扇的布置方式，讓它“抬頭”吹向空調(diào)，形成一種既有水平流動(dòng)又有上下流動(dòng)的立體風(fēng)團(tuán)。

從結(jié)果來看，在長(zhǎng)邊布置風(fēng)扇并且將其吹向空調(diào)的“抬頭”式布局具有最好的冷氣均勻性。

上面兩組圖為平吹，下面兩圖為抬頭丨作者制圖

同時(shí)，我們還增加了對(duì)角線布置方式，覆蓋全屋最長(zhǎng)的距離。對(duì)角線布置則能在局部區(qū)域帶來更強(qiáng)的涼感，但全屋冷氣的均勻性稍差。如果你的目標(biāo)是讓冷氣在房間內(nèi)形成一定的溫度梯度，那么可以考慮這種。

總結(jié)

從上面的分析中，你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，冷氣擴(kuò)散問題的兩個(gè)關(guān)鍵詞，是 “循環(huán)”和“渦流”。

空氣的流動(dòng)和擴(kuò)散，本質(zhì)上是一個(gè)連續(xù)且系統(tǒng)性的過程，它不像灑水那樣只是簡(jiǎn)單地把氣體噴出去，而是要在空間中“跑起來”，形成完整的流道。也正因此，冷氣循環(huán)最需要的是一個(gè)穩(wěn)定、連貫的流動(dòng)路徑。

一旦這個(gè)路徑被打亂，比如在房間正中放一個(gè)循環(huán)扇，風(fēng)流互相抵消、擾亂主流，就可能適得其反，不但無法推動(dòng)冷氣擴(kuò)散，反而會(huì)破壞原本的循環(huán)結(jié)構(gòu)。

我們也可以進(jìn)一步思考一個(gè)看似常見但實(shí)際關(guān)鍵的問題：既然我們追求的是有組織、有方向的氣流，那么——風(fēng)扇“左右搖頭”這種常見功能，也就是讓風(fēng)向不穩(wěn)定的方法，真的有必要嗎？

或許答案并不如我們習(xí)以為常的那樣。

本文來自微信公眾號(hào)：果殼，作者：魚有吉，編輯：Luna