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1、第十一章 室内气流分布,10.1 对室内气流分布的要求与评价,概述不同形状的房间、不同的送风口和回风口形式和布置、不同大小的送风量都影响着室内空气的流速分布、温湿度分布和污染物浓度分布。室内气流速度、温湿度都是人体热舒适的要素，而污染物的浓度是空气品质的一个重要指标。因此，要想使房间内人群的活动区域成为一个温湿度适宜、空气品质优良的环境，不仅要有合理的系统形式及对空气的处理方案，而且还必须有合理的空气分布。空气分布又称为气流组织，也就是设计者要组织空气合理的流动。,举例说明,对有害污染物发生的车间，用有关污染物方面的指标来评价气流分布的效果，如污染物最大浓度区(应小于允许浓度)当量扩散半径(相
2、当球体的半径)，实际的不均匀分布工作区的平均浓度与排风浓度比值等。恒温恒湿空调房间对房间气流分布的要求是工作区内各点的温湿度均匀一致，并保持与基准的温湿度差最小。对气流分布的要求主要针对“工作区”，所谓工作区一般指距地面2m以下，工艺性空调房间视具体情况而定。,对温度梯度的要求,在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直 方向通常有温度差异温度梯度 在舒适的范围内，按照IS07730标准，在工作区内的地面上方1.1m和0.1m之间的温差不应大于3；美国 ASHRAE55-92标准建议1.8m和0.1m之间的温差不大于3。从可靠性角度，垂直温度梯度宜采用后者的控制
3、指标。,工作区的风速,工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。但是大风速通常是令人厌烦的。试验表明，风速在0.5ms以下时，人没有太明显的感觉。各国的规范、标准或手册中对工作区的风速都有规定。我国规范规定：舒适性空调冬季室内风速不应大于0.2ms，夏季不应大于0.3ms；工艺性空调冬季室内风速不应大于0.3ms，夏季宜采用020.5ms,当室内温度高于30时，可大于0.5m/s。,吹风感和气流分布性能指标,人在空调房间内常见的不满是有吹风感。吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的
4、感觉。美国用有效吹风温度EDTive Draft Temperature)来判断是否有吹风感，它定义为 对于办公室，当EDT在-1.7l，vx 0.35ms时，大多数人感觉是舒适的，小于下限值时有冷吹风感。EDT用于判断工作区任何一点是否有吹风感。,气流分布性能指标ADPI,对整个工作区的气流分布的评价则用气流分布性能指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)来判断，它定义为工作区内各点满足EDT和风速要求的点占总点数的百分比。对于已有的房间，ADPI可以通过实测各点的空气温度和风速来确定。在气流分布设计时，可以利用计算流体力学的办法进行预测.通常，应使AD
5、PI 80%,通风效率EV,通风效率是指参与工作区内稀释污染物的风量与总送风量之比，或是污染物排风浓度与工作区浓度之比。EV不仅与气流分布有着密切关系，而且还与污染物分布有关。污染源位于排风口处，EV增大。通风效率实际上也是一个经济性指标。以转移热量为目的的通风和空调系统，通风效率中浓度可以用温度来取代，并称之为温度效率ET，或称为能量利用系数，表达式为式中te、t、ts分别为排风、工作区和送风的温度，。,空气龄,空气质点的空气龄简称空气龄(Age of air)，是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间。局部平均空气龄定义为某一微小区域中各空气质点的空气龄的平均值空气龄的概念比较抽象
6、，实际测量很困难，目前都是用测量示踪气体的浓度变化来确定局部平均空气龄。由于测量方法不同，空气龄用示踪气体的浓度表达式也不同。例如用下降法(衰减法)测量，在房间内充以示踪气体，在A点起始时的浓度为c(0)，然后对房间进行送风(示踪气体的浓度为零)，每隔一段时间，测量A点的示踪气体浓度，由此获得A点的示踪气体浓度的变化规律，于是A点的平均空气龄(单位为s)为,换气效率,换气效率(Air exchange efficiency)是评价换气效果优劣的一个指标，它是气流分布的特性参数，与污染物无关它定义为空气最短的滞留时间 与实际全室平均滞留时间 之比，即从上式可以看到，换气效率也可定义为最理想的平均
7、空气龄与全室平均空气龄之比。是基于空气龄的指标，因此它反映了空气流动状态合理性。最理想的气流分布换气效率为1，一般的气流分布换气效率1。,10.2 送风口和回风口,送风口以安装的位置分，有侧送风口、顶送风口、地面风口；按送出气流的流动状况分有扩散型风口、轴向型风口和孔板送风。扩散型风口具有较大的诱导室内空气的作用，送风温度衰减快，但射程较短；轴向型风口诱导室内气流的作用小，空气温度、速度的衰减慢，射程远；孔板送风口是在平板上满布小孔的送风口，速度分布均匀，衰减快。,各种风口,通常装于侧墙上用作侧送风口。双层百叶风口有两层可调节角度的活动百叶，短叶片用于调节送风气流的扩散角，也可用于改变气流的方
8、向；而调节长叶片可以使送风气流贴附顶棚或下倾一定角度(当送热风时)。单层百叶风口只有一层可调节角度的活动百叶。双层百叶风口中外层叶片或单层百叶风口的叶片可以平行长边，也可以平行短边，由设计者选择。,它属于轴向型风口，送风气流诱导室内风量少，可以送较远的距离，射程(末端速度0.5ms处)一般可达到1030m，甚至更远。通常在大空间(如体育馆、候机大厅)中用作侧送风口；送热风时可用作顶送风口。如风口既送冷风又送热风，应选用可调角喷口。调角喷口的喷嘴镶嵌在球形壳中，该球形壳(与喷嘴)在风口的外壳中可转动，最大转动角度30。，可用人工调节，也可通过电动或气动执行器调节。在送冷风时，风口水平或上倾，送热
9、风时，风口下倾。,图(a)有多层同心的平行导向叶片，使空气流出后贴附于顶棚流动。样本中送风射程指散流器中心到末端速度为0.5ms的水平距离。这种类型散流器也可以做成矩形。方形或矩形散流器可以是四面出风、三面出风、两面出风和一面出风。平送流型的圆形散流器与方形散流器相类似。平送流型散流器适宜用于送冷风。图(b)叶片间的竖向间距是可调的。增大叶片间的竖向间距，可以使气流边界与中心线的夹角减小。这类散流器送风气流夹角一般为20。30。因此在散流器下方形成向下的气流。图(c)射流以45。夹角喷出，流型介于平送与下送之间，适宜于送冷、热风。各类散流器的规格都按颈部尺寸AB或直径D来标定。,各种形式散流器
10、,条缝宽19mm，长度5003000mm，可根据需要选用。调节叶片的位置，可以使散流器的出风方向改变或关闭。也可以多组组合(2、3、4组)在一起。条形散流器用作顶送风口，也可以用于侧送。,这种形散流器的颈宽50150mm，长度5003000mm。根据叶片形状可以有三种流型。这种条形散流器可以用作顶送、侧送和地板送风。,风口中有起旋器，空气通过风口后成为旋转气流，并贴附于顶棚流动。具有诱导室内空气能力大、温度和风速衰减快的特点。适宜在送风温差大、层高低的空间中应用。旋流式风口的起旋器位置可以上下调节，当起旋器下移时，可使气流变为吹出型。用于地板送风的旋流式风口，它的工作原理与顶送形式相同。,风口
11、靠墙置于地上，风口的周边开有条缝，空气以很低的速度送出，诱导室内空气的能力很低，从而形成置换送风的流型。风口在1800范围内送风，另外有在900范围内送风(置于墙角处)和3600范围内送风的风口。风口的高度为5001000mm。,房间内的回风口是一个汇流的流场，风速的衰减很快，它对房间的气流影响相对于送风口来说比较小，因此风口的形式也比较简单。上述的送风口中的活动百叶风口、固定叶片风口等都可以做回风口。也可用铝网或钢网做成回风口。图中(a)风口内用薄板隔成小方格，流通面积大，外形美观。图中(b)百叶风口可绕铰链转动，便于在风口内装卸过滤器。适宜用作顶棚回风的风口，以减少灰尘进入回风顶棚。还有一
12、种固定百叶回风口，外形与可开式百叶风口相近，区别在不可开启，这种风口也是一种常用的回风口,1.宜采用百叶风口或条缝型风口等侧送，侧送气流宜贴附；工艺设备对侧送气流有一定阻碍或单位面积送风量较大，人员活动区的风速有要求时，不应采用侧送。2.当有吊顶可利用时，应根据空气调节区高度与使用场所对气流的要求，分别采用圆形、方形、条缝形散流器或孔板送风。当单位面积送风量较大，且人员活动区内要求风速较小或区域温差要求严格时，应采用孔板送风。,送风方式及送风口的选型,3.空间较大的公共建筑和室温允许波动范围大于或等于 1.0的高大厂房，宜采用喷口送风、旋流风口或地板式送风。4.变风量空气调节系统的送风末端装置
13、，应保证在风量改变时室内气流分布不受影响，并满足空气调节区的温度、风速的基本要求5.选择低温送风口时，应使送风口表面温度高于室内露点温度12。,送风方式及送风口的选型,1.空调房间的气流流型主要取决于送风射流，回风口的位置对气流流型影响很小，对区域温差的影响也小。因此除了高大空间和面积大而有较高区域温差要求的空调房间外，一般可仅在一侧布置回风口。2.回风口不应设在射流区内和人员长时间停留的地点；采用侧送时，宜设在送风口的同侧下方。下部回风易使热风送下，如果采用孔板和散流器送风形成单向流流型时，回风应设在下侧。3.高大空间上部有一定余热量时，宜在上部增设排风口或回风口排除余热量，以减少空调区的热
14、量。,回风口的布置方式,4.有走廊的、多间的空调房间，如对消声、洁净度要求不高，室内又不排除有害气体时，可在走廊端头布置回风口集中回风；而在各空调房间内，在与走廊邻接的门或内墙下侧设置可调百叶栅口，走廊两端应设密闭性能较好的门。5.影响空调区域的局部热源，可用排风罩或排风口形式进行隔离，这时，如果排除空气的焓低于室外空气的焓，则排风口可为回风口之一，接在回风系统的管路中。,回风口的布置方式,10.3 典型的气流分布模式,气流分布的流动模式取决于送风口和回风口位置、送风口形式等因素。其中送风口(它的位置、形式、规格、出口风速等)是气流分布的主要影响因素。(1)单向流空气流动方向始终保持不变(2)
15、非单向流空气流动的方向和速度都在变化(3)两种流态混合存在的情况,侧送风的气流分布,贴附于顶棚，工作区处于回流区中。送风与室内空气混合充分，工作区的风速较低，温湿度比较均匀。适用于恒温恒湿的空调房间。排出空气的污染物浓度或温度基本上等于工作区的浓度和温度，因此通风效率和温度效率接近于1。但换气效率较低，大约小于0.5。,工作区在回流和涡流区中，回风的污染物浓度低于工作区的浓度，1。,要稍低一些，一般在0.20.55。,它们适用于房间宽度大，单侧送风射流达不到对侧墙时的场合。,对于高大厂房，可采用中部侧送风、下部回风、上部排风的气流分布。当送冷风时，射流向下弯曲。房间上部区域温湿度不需要控制，但
16、可进行部分排风，尤其是热车间中，上部排风可以有效排除室内的余热。,两侧都应设置起稳压作用的静压箱，使气流在房间的断面上均匀分布。在回风口附近，空气的污染物浓度等于排除空气的污染物浓度，=1；而在气流的上游侧，都大1；在靠近送风口处，。水平单向流的换气效率=1。这种气流分布模式多用于洁净空调。,顶送风的气流分布,散流器底面与顶棚在同一平面上，送出的气流为贴附于顶棚的射流。射流的下侧卷吸室内空气，射流在近墙下降。顶棚上的回风口应远离散流器。工作区基本上处于混合空气中。这种气流分布模式的通风效率，低于上述的侧送气流。换气效率约为0.30.6。对于那些因某种原因不能在房间下部布置回风口的场合是相当合适
17、的，但应注意气流短路现象的发生。,散流器出口的空气以夹角20o30o喷射出，在起始段不断卷吸周围空气而扩大，当相邻的射流搭接后，气流呈向下流动模式。工作区位于向下流动的气流中，在工作区上部是射流的混合区。对于温湿度要求精度较高的房间，对要求洁净度很高的房间，是理想的气流组织型式。,送风与回风都有起稳压作用的静压箱。送风顶棚可以是孔板，下部是格栅地板，从而保证了气流在横断面上速度均匀，方向一致。,不能保证完全是单向流，气流在下部偏向回风口。,下部送风的气流分布,对于室内余热量大，特别是热源靠近顶棚的场合，如计算机房，广播电台的演播大厅等，采用这种气流组织形式最为适合。,1.上送下回方式 上送下回
18、方式是最基本的气流组织形式。送风口安装在房间的侧上部或顶棚上，而回风口则布置房间的下部，它的主要特点是送风气流在进入工作区前就已经与室内空气充分混合，易形成均匀的温度场和速度场，适用于温湿度和洁净度要求较高的空调房间。,气流组织形式小结,2.上送上回方式 在工程中，有时采用下回风时布置管路有一定的困难，常采用此方式，这种方式的特点是施工方便，但影响房间的净空使用，且如设计不准确，会造成气流短路，影响空调质量。这种布置比较适合有一定美观要求的民用建筑。,气流组织形式小结,3.中送风 某些高大空间的空调房间，采用前述方式需要送风量大，空调消耗也大。因而采用在房间高度的中部位置上用侧送风口或喷口送风
19、的方式。中送风是将房间下部作为空调区，上部作为非空调区。在满足工作区要求的前提下，有显著的节能效果。,气流组织形式小结,4.下送风 送风直接进入工作区，为满足生产或人的要求，送风温差必然小于上送风方式，因而加大了送风量。地面容易积聚赃物，将会影响送风的清洁度。但下送风方式能使新鲜空气首先通过工作区，同时由于是顶部排风，因而房间上部余热可以不进入工作区而直接排走，故具有一定的节能效果，同时有利于改善工作区的空气质量。,气流组织形式小结,10.4 室内气流分布的设计计算,气流组织设计的目的是布置风口、选择风口规格，校核室内气流速度、温度等。,10.4.1 侧送风的计算,基本知识受限射流：射流的边界
20、受到房间顶棚、墙等限制的影响。受限射流的规律：气流从风口喷出后的开始阶段仍按自由射流的特性扩散，射流的断面与流量逐渐增大，边界为一直线；当射流断面扩展到房屋断面的2025时，射流断面扩展的速度比自由射流要缓慢；当射流断面扩展到房屋断面的4042时，射流断面和流量都达到了最大，断面和流量逐渐减小，直到消失。,射流受限的程度用射流自由度 do来表示房间的工作区都在回流区，回流区中风速最大的断面应是射流扩展到最大断面积的断面处，因这里是回流断面最小的地方。此处的回流最大平均速度(即工作区的最大平均速度Vr，max(ms)与风口出口风速vo(ms)有如下关系：,在空调房间内，送风温度与室内温度有一定温
21、差，射流在流动过程中，不断掺混室内空气，其温度逐渐接近室内温度。因此要求射流的末端温度与室内温度之差在一定限度之内。射流温度衰减与射流自由度、紊流系数、射程有关，对于室内温度波动允许大于1的空调房间，可认为只与射程有关。中国建筑科学研究院通过对受限空间非等温射流的实验研究提出了温度衰减的变化规律,当送冷风时，射流将较早地脱离顶棚而下落。射流的贴附长度与射流的阿基米德数Ar有关，Ar数为在布置风口时，风口应尽量靠近顶棚，使射流贴附顶棚。另外，为了不使射流直接到达工作区，侧送风的房间高度不得低于如下的高度,侧送风气流分布的设计步骤,气流分布设计的已知条件：房间送风量，m3s射流方向的房间长度L，m
22、；房间总的宽度B，m房间净高H，m；送风温度ts，；房间工作区温度tr，。侧送风气流分布的设计步骤如下：,(1)按允许的射流温度衰减值，求出射流最小相对射程xdo。对于舒适性空调，射流末端的 可为1左右。(2)根据射流的实际长度和最小相对射程，计算风口允许的最大直径do,max。从风口样本中预选风口的规格尺寸。对于非圆形的风口，按面积折算风口直径，即(3)设定风口数量n，并计算风口的出风速度，即(4)根据房间的宽度B和风口数计算出射流服务区断面为(5)计算Ar，如果大于或等于要求的射程长度，则认为设计合理，否则重新假设风口数和风口尺寸，重复上述计算。,返回,散流器送风的设计计算,散流器送风的气
23、流流型 散流器送风有平送和下送两种典型的送风方式。散流器的选择与布置 散流器应根据采暖通风国家标准图集和生产厂样本选取。气流流型为平送贴附射流，有盘式散流器、圆形直片式散流器、方形片式散流器和直片形送吸式散流器。设计顶棚密集布置散流器下送时，散流器形式因为流线型。,散流器平面布置图式,其中(a)为房间内有柱，对称布置；(b)为梅花形布置，这种布置方式，每个散流器送出气流有互补性。气流分布更为均匀。,散流器布置的原则,(1)布置时充分考虑建筑结构的特点，散流器平送方向不得有障碍物(如柱)。(2)一般按对称布置或梅花形布置。(3)每个圆形或方形散流器所服务的区域最好为正方形或接近正方形；散流器中心
24、与侧墙间的距离，不宜小于1000mm，如果散流器服务区的长宽比大于1.25时，宜选用矩形散流器。如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距散流器最远处。,散流器平送气流组织设计步骤,（1）按照房间（或分区）的尺寸布置散流器，计算每个散流器的送风量。（2）初选散流器，按下表选择适当的散流器颈部风速，层高较低或要求噪声较低时，应选低风速；层高较高或噪声控制要求不高时，可选用高风速；选定风速后，进一步选定散流器规格。,选定散流器后可算出实际的颈部风速，散流器实际出口面积约为颈部面积的90%，所以（3）计算射程，即散流器中心到风速为 处的距离(4)计算工作区平均风速 上式是按等温射流的计算公式。当送冷风时，
25、应增加20%，送热风时减少20%。若vm满足工作区风速要求，则认为设计合理；若vm不满足工作区风速要求，这重新选择布置散流器，重新计算。,散流器下送气流组织设计步骤,要在工作区域内保持单向流流型满足洁净室要求，应当采用顶棚密集布置散流器，设计顶棚密集布置散流器下送时，散流器形式为流线型，其设计步骤如下：（1）安排散流器间距，确定散流器个数n，计算混合层高度hm（2）根据工作区要求的风速，确定颈部风速v（3）计算单个散流器送风量ls，并计算总送风量Ls,（4）根据室内冷负荷确定送风温差（5）校核由气流造成的区域温差 如果区域温差不能满足要求，首先应减小散流器之间的距离，必要时方可加大送风量，减少
26、送风温差，来达到缩小区域温差的目的。,条缝型送风,条缝送风的特点是气流轴心速度衰减较快，适用于工作区允许风速0.25一0.5ms，温度波动范围12的场合。如果将条缝型风口与采光带相互配合布置，可使室内显得整洁美观因此在民用建筑(如办公室、会议室)中得到广泛的应用。,条缝型风口的长宽比大于20：1，可由单条缝、双条缝或多条缝组成，即单组型和多组型。条缝型风口既可以用于顶送风也可以用于侧送风和地板送风，但在民用建筑中顶送风是目前最常用的形式。,条缝型风口的选择与布置,条形型送风的设计计算,散流器可采用可调式散流器或固定叶片散流器。散流器的条缝宽为b，m；散流器长度与房间相同，装于房间(散流器服务区
27、域)的中央。根据PJ杰克曼的实验结果，条形风口速度衰减方程为室内的平均风速vm(ms)与房间尺寸、射流长度有关，可按下式计算,10.4.4 喷口送风,大空间空调或通风常用喷口送风，可以侧送，也可以垂直下送。喷口通常是平行布置的，当喷口相距较近时，射流达到一定射程时会互相重叠而汇合成一片气流。对于这种多股平行非等温射流的计算可采用中国建筑科学研究院空调所实验研究综合的计算公式。但许多场合，多股射流在接近工作区附近重叠，为简单起见，可以利用单股自由射流计算公式进行计算。,喷口送风的气流流型,空间较大时，也可采用两侧对喷的方式。喷流的形状主要取决于喷口位置和阿基米德数Ar,即喷口直径d s、喷口风速
28、vs和喷口角度以及送风温差。回流的形状主要取决于喷流构造、建筑布置和回风口的位置。喷口风速的大小直接影响喷流的射程也影响涡流区的大小。喷口风速越大，射流就越远，涡流区越小。当喷口风速一定时，喷口直径越大，射流亦越远。因此，设计时应根据工程要求，选择合理的喷口风速。,喷口送风设计中应注意的问题,1.喷口送风适用于具省下列特点的建筑物的空调。（1）建筑高大，高度一般在67m以上。（2）由于喷口送风具有射程远、系统简单和投资较省的特点，由此，在要求舒适性空调的公共建筑中如礼堂、体育馆、剧院、大厅等，采用这种送风方式最为适宜。（3）室内没有大量的热量、粉尘和有害气体的局部区域。2.喷口送风风速要均匀，且每个喷口的风速要接近相等，因此连接喷口的风道应设计为均匀风管或等截面(风管要起静压箱作用)风管。3.喷口的风量应能调节，有可能的话应使喷口角度可调，以满足冬季送热风时的要求。,
