气流组织分布及计算.docx

气流组织分布及计算.docx

《气流组织分布及计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气流组织分布及计算.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

气流组织分布及计算

第10章室内气流分布

10.1对室内气流分布的要求与评价

10.1.1概述

空气分布又称为气流组织。

室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。

空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。

下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。

10.1.2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，即存在温度梯度。

在舒适的范围内，按照ISO7730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℃（这实质上考虑了坐着工作情况）；

美国ASHRAE55-92标准建议1．8m和0．1m之间的温差不大于3℃（这是考虑人站立工作情况）。

10.1.3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。

但大风速通常令人厌烦。

试验表明，风速<0.5m/s时，人没有太明显的感觉。

我国规范规定：

舒适性空调冬季室内风速≯0.2m/s，夏季≯0.3m/s。

工艺性空调冬季室内风速≯0.3m/s，夏季宜采用0.2-0.5m/s。

10.1.4吹风感和气流分布性能指标

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，从而导致不舒适的感觉。

1．有效吹风温度EDT

美国ASHRAE用有效吹风温度EDT（EffectiveDraftTemperature）来判断是否有吹风感，定义为

（10-1）

式中tx,tm--室内某地点的温度和室内平均温度，℃；

vx--室内某地点的风速，m/s。

对于办公室，当EDT=-1.7~l℃，vx＜0.35m/s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。

2．气流分布性能指标ADPI

气流分布性能指标ADPI（AirDiffusionPerfomanceIndex），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。

对整个工作区的气流分布的评价用ADPI来判断。

对已有房间，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；或参考有关文献、手册提供的数值。

10.1.5通风效率Ev

通风效率Ev（Ventilationefficiency）又称混合效率，定义为实际参与工作区内稀释污染物的风量与总送入风量之比，即

Ev也表示通风或空调系统排出污染物的能力，因此Ev也称为排污效率。

⑴当送入房间空气与污染物混合均匀，排风的污染物浓度等于工作区浓度时，Ev＝1。

⑵一般的混合通风的气流分布形式，EV＜1。

若清洁空气由下部直接送到工作区时，工作区的污染物浓度可能小于排风的浓度，Ev>1。

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。

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

（10-2）

式中te、t、ts--分别为排风、工作区和送风的温度，℃。

10.1.6空气龄

⑴空气质点的空气龄：

简称空气龄（Ageofair），是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间。

⑵局部平均空气龄：

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，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。

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c（r），于是A点的平均空气龄（单位为s）为

（10-3）

⑶全室平均空气龄：

全室各点的局部平均空气龄的平均值

（10-4）

式中V为房间的容积。

如用示踪气体衰减法测量，根据排风口示踪气体浓度的变化规律确定全室平均空气龄，即

（10-5）

式中ce（τ）即为排风的示踪气体浓度随时间的变化规律。

⑷局部平均滞留时间（Residencetime）：

房间内某微小区域内气体离开房间前在室内的滞留时间，用τr表示，单位为s。

⑸空气流出室外的时间

微小区域的空气流出室外的时间：

某一微小区域平均滞留时间减去空气龄。

全室平均滞留时间：

全室各点的局部平均滞留时间的平均值，用于表示。

全室平均滞留时间等于全室平均空气龄的2倍，即

（10-6）

理论上空气在室内的最短的滞留时间为

（10-7）

式中V为房间体积，m3；为送入房间的空气量，m3/s；N为以秒计的换气次数，1/s；τn又称为名义时间常数（Nominaltimeconstant）。

空气从送风口进入室内后的流动过程中，不断掺混污染物，空气的清洁程度和新鲜程度将不断下降。

空气龄短，预示着到达该处的空气可能掺混的污染物少，排除污染物的能力愈强。

显然，空气龄可用来评价空气流动状态的合理性。

10.1.7换气效率

换气效率（Airexchangeeffciency）ηa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。

其定义为：

空气最短的滞留时间ηn与实际全室平均滞留时间于之，即

（10-8）

式中--实际全室平均空气龄，s。

τn/2--最理想的平均空气龄。

从式（10-8）可以看到：

换气效率也可定义为最理想的平均空气龄τn/2与全室平均空气龄之比。

τa是基于空气龄的指标，它反映了空气流动状态合理性。

最理想的气流分布τa＝1，一般的气流分布τa＜l。

1O.2送风口和回风口

1．送风口的型式

⑴按安装位置分为

侧送风口、顶送风口（向下送）、地面风口（向上送）。

⑵按送出气流的流动状况分为

扩散型风口、轴向型风口和孔板送风口。

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：

在孔板上满布小孔的送风口，速度分布均匀，衰减快。

⑶按形状分为

格栅、活动百叶窗、喷口、散流器、旋流式喷口和置换送风口。

①格栅送风口

叶片或空花图案的格栅，用于一般空调工程。

②活动百叶窗

如图10-1所示。

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向；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。

这两种风口也常用作回风口。

③喷口

如图10-2所示，有固定式喷口和可调角度喷口。

用于远程送风，属于轴向型风口。

射程（末端速度0.5m/s处）一般可达到10-30m，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30º。

可人工调节，也可电动或气动调节。

在送冷风时，风口水平或上倾；送热风时，风口下倾。

图10-1活动百叶风口

（a）双层百叶风口（b）单层百叶风口

图10-2喷口

（a）固定式喷口（b）可调角度喷口

④散流器

图10-3为三种比较典型的散流器。

直接装于顶棚上，是顶送风口。

✧平送流型的方形散流器

如图（a）所示，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。

可以做成方形，也可做成矩形；可四面出风、三面出风、两面出风或一面出风。

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。

✧下送流型的圆形散流器

图（b）所示，又称为流线型散流器。

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。

送风气流夹角一般为20º-30º，在散流器下方形成向下的气流。

✧圆盘型散流器

如图（c）所示，射流以45º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A×B或直径D来标定。

图10-3方形和圆形散流器

（a）平送流型方形散流器（b）向下送流型的圆形散流器（c）圆盘型散流器

⑤可调式条形散流器

如图10-4所示。

条缝宽19mm，长度500-3000mm，据需要选用。

调节叶片的位置，可改变出风方向或关闭；可多组组合（2、3、4组）在一起使用，如图所示。

条形散流器用作顶送风口，也可用于侧送口。

图10-4可调式条形散流器

（a）左出风（b）下送风（c）关闭（d）多组左右出风（e）多组右出风

⑥固定叶片条形散流器

如图10-5所示，颈宽50-150mm，长度500-3000mm。

根据叶片形状可有三种流型：

直流式、单侧流和双侧流。

可以用于顶送、侧送和地板送风。

图10-5固定叶片条形散流器

（a）直流式（b）单侧流（c）双侧流

⑦旋流式风口

如图10-6所示，有顶送式风口和地板送风的旋流式风口。

✧顶送式风口

如图（a），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。

特点：

诱导室内空气能力大、温度和风速衰减快。

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。

✧地板送风的旋流式风口

如图（b），工作原理与顶送形式相同。

图10-6旋流式风口

1-起旋器2-旋流叶片3-集尘箱4-出风格栅

⑧置换送风口

如图10-7所示。

风口靠墙置于地上，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。

送风口角度：

靠墙上放置时，在180º范围内送风；置于墙角处，在90º范围内送风；置于厅中央，在360º范围内送风。

图10-7所示为180º范围送风口。

图10-7置换送风口图10-8回风口

（a）格栅式回风口（b）为可开式百叶回风口

1-铰链2-过滤器挂钩

2．回风口

由于回风口的汇流流场对房间气流组织影响比较小，因此风口的形式比较简单。

上述活动百叶风口、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l0-8中示出了两种专用于回风的风口。

图（a）是格栅式风口，风口内用薄板隔成小方格，流通面积大，外形美观。

图（b）为可开式百叶回风口。

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。

还有一种固定百叶回风口，外形与可开式百叶风口相近，只是不能开启。

10.3典型的气流分布模式

1．影响气流分布的流动模式的因素

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（位置、形式、规格、出口风速等）是气流分布的主要影响因素。

2．房间内空气流动模式的类型

（1）单向流：

空气流动方向始终保持不变；

（2）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。

下面介绍几种常见风口布置方式的气流分布模式。

10.3.1侧送风的气流分布

图l0-9给出了7种侧送风的气流分布模式。

1.上侧送，同侧下部回风

⑴气流分布

如图（a），送风气流贴附于顶棚，工作区处于回流区中。

⑵特点

✧送风与