用示踪气体方式研究通风房间的空气龄.docx

用示踪气体方式研究通风房间的空气龄.docx

《用示踪气体方式研究通风房间的空气龄.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用示踪气体方式研究通风房间的空气龄.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

用示踪气体方式研究通风房间的空气龄

用示踪气体方式研究通风房间的空气龄

Investigationonairageinaventilatedroomwithtracergastechnique

摘要　　应用示踪气体测量取得了8种强制通风工况下实验小室中各类测点处的浓度衰减曲线，并计算出各测点的空气龄。

实验结果表明，示踪气体用于强制通风研究时实验可重复性较好，实验结果正确合理，测得的空气龄反映了房间各点空气的新鲜程度，也提示了室内空气的流动形态。

关键词　　示踪气体空气龄通风实验

Abstract　　Obtainsthedecaycurvesoftracergasconcentrationforeightmechanicallyventilatedcasesinatestchamber,calculatestheairagefromthetestdata.Itisshownthattheexperimentsweredonewithgoodrepeatabilityandthetestedresultsofairagewerereasonable,whichindicatetheflowpatternandfreshnessoftheoutdoorairintheventilatedspace.

Keywords　　tracergas,airage,ventilation,experiment

0引言

　　室内空气品质问题在很多情况下是由通风不妥引发的。

90年代初，对加拿大、美国、西欧、南美85栋建筑IAQ问题起因的调查结果[1]表明：

在引发IAQ问题的所有原因中，通风问题排第一名，占57%。

　　通风问题一般包括两方面：

新风量不足和室内空气散布不合理。

对于空调房间来讲，提高新风量往往伴随着空调初投资与运行费用的增加，因此，在必然的新风量下，如何合理地设计通风方式以达到良好的房间通风换气效果尤其重要。

由于传统的通风设计参数，如换气次数等，很难衡量房间的通风换气效果，而空气龄，也就是空气进入室内来的时间，反映了室内空气的新鲜程度，它可以综合衡量房间的通风换气效果，是评价室内空气品质的重要指标。

因此本文应用示踪气体实验技术对通风房间的空气龄进行研究。

1实验方式

　　示踪气体技术

　　对于强制通风，室内空气流速转变较大，若是利用直接或间接测量风速分析流场的方式，则难以对室内空气流动情况进行全面描述，而示踪气体方式正适用于此种情况。

虽然示踪气体的研究方式已引入通盛行业十余年，但国内鲜有人利用示踪气体研究强制通风，笔者在此方面做了初步的尝试。

　　本次实验选用甲烷作为示踪气体。

甲烷性质稳定，密度较小，易于与空气充分混合，而且对人体无毒无害。

虽然甲烷在体积分数为5%～15%时具有爆炸性，但其可测浓度较低。

本次实验中控制甲烷最大体积分数约为100×10-6，较为安全。

　　利用示踪气体测量空气龄的释放方式有3种[2]：

①脉冲法；②上升法；③下降法（或衰减法）。

其中下降法最为简单，且实验精度较高，因此本文选用下降法测量空气龄。

　　实验大体原理[3]

　　通风的主要目的是将新鲜空气送入工作区，而且将污染料物尽快从工作区排出去。

空气龄τp的物理意义是空气进入房间以来的时间，它定量描述了送风空气代替房间原有空气的快慢。

　　房间中某一点的空气由不同空气龄的空气微团组成，因此该点所有微团的空气龄存在一个频率散布函数f（τ）和累计散布函数F（τ）。

累计散布函数F与频率散布函数f之间的关系如下：

（1）

　　某一点的空气龄τp是指该点所有微团的空气龄的平均值：

（2）

　　用示踪气体方式测量某一点示踪气体浓度随时间的转变进程，取得该点空气龄的频率散布函数f或累计散布函数F，从而可计算出该点的空气龄。

以下降法为例，空气龄的累计散布函数F如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

　　其中，Cp（τ）为测点时刻示踪气体浓度。

　　于是，采用下降法测量空气龄的计算公式如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

　　　测量方式

　　本文选用QGS-08B型红外线气体分析仪作为示踪气体测量设备。

这种仪器可以在实验现场直接持续测定低浓度的甲烷，测量范围0～100×10-6，精度1%，输出为0～5V的电压信号。

此电压信号经PC-1216-K2型A/D板转换成数字信号传入计算机进行数据存储与显示。

测点浓度的采样时间距离可在数据收集软件中设定，本次实验取为8s。

　　示踪气体测量方式如下：

首先，将房间密闭，释放示踪气体；当房间中示踪气体的浓度达到平衡状态（约100×10-6）后，停止释放示踪气体；此时，开始送风，并打开排风口，同时记录测量点处示踪气体浓度随时间的转变情况，从而计算出测点处的空气龄值。

　　实验房间

　　实验房间尺寸为××，有2个送风口（顶送A和侧送B）和5个排风口（1～5），如图1所示。

送风口为圆形喷口，送风口A，B直径别离为15cm,21cm。

排风口1～5别离为35cm×35cm,35cm×35cm,25cm×35cm,50cm×35cm,35cm×35cm的矩形风口。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1实验房间及测点位置

　　本文对8种强制通风方式A1，A4，A5，B1，B2，B3，B4，B5进行研究，其中大写字母表示送风口编号，数字表示排风口编号。

例如，A1即为送风口为A，排风口为1的工况。

在每种通风方式下，对5个测点

（1）～（5）的浓度衰减进行测量。

房间中风口及测点位置见图1。

其中，进风口A中心点的坐标为（2500，3000，2100），进风口B中心点的坐标为（0，2605，2945），单位为mm。

测点别离们于房间中心四等分点处。

2　实验结果

　　　实验靠得住性查验与数据处置方式

　　为查验示踪气体在通风房间实验的靠得住性，在A1工况下，在测点（1960，1730，1640）处对示踪气体浓度衰减进行了3次测量，3次测量的示踪气体浓度如图2所示。

从图中可以看出该实验的重复性较好。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2同一地址3次测得的浓度衰减曲线

　　计算空气龄时，考虑到红外线气体分析仪测量精度有限，当示踪气体浓度为10×10-6以下时，利用指数形式的拟合公式进行积分计算[2]；而当示踪气体浓度为10×10-6以上时，则利用梯形法对实验数据进行积分计算；两部份之和除以测点处示踪气体初始浓度即为该测点的空气龄值。

　　实验结果

　　本文对8种通风方式进行了研究，8种工况别离为：

顶送A1，A4，A5；侧送B1，B2，B3，B4，B5。

每种通风方式下对5个测点的浓度衰减进行了测量。

实验中，在送风前后别离测量室内温度，室温转变均在℃之内，可以为是等温送风。

实验进程中同时监测送风量，风量稳定于400m3/h。

　　8种送风方式下测点处的浓度衰减曲线从略，各测点的空气龄值如表1所示。

　　表1各工况下

（1）～（5）测点的空气龄值S

工况

测点

（1）

测点

（2）

测点（3）

测点（4）

测点（5）

A1

221

A4

160

A5

B1

184

B2

B

B4

334

B5

　　分析与讨论

　　在A1工况中，测点（3）的空气龄较小，表明顶部送入的空气直接抵达点（3），同时，部份空气贴附地面至侧壁，致使测点

（1）和（5）的空气龄也较小，而测点

（2）和（4）处于回流区，因此空气龄较大；在A4和A5工况中，从顶部送入的空气直接向下抵达测点（3），同时部份空气侧向流动，很快从排风口排出，致使测点（5）处的空气龄轻小，而测点

（2）和（4）处于回流区，空气龄较大。

　　在B1至B5工况中，由于房间较小，空气从侧壁送入后，贴附吊顶一段距离首先抵达对面墙壁，致使测点（5）处的空气龄小。

在B1工况中，测点

（2）处于回流区，空气龄较大；在B2的工况下，测点（3）和（4）处于回流区，空气龄较大；在B3工况中，测点（3）处于回流区，空气龄较大；在B4和B5工况中，测点

（1），

（2）和（3）处于加流区，空气龄较大。

　　从测量结果可以看出，不论顶送仍是侧送，凡是送风空气容易抵达的地方，空气龄就小；凡是处于回流区中的位置，其空气龄就大，这一结果从一个侧面说明了示踪气体方式的正确性。

　　空气龄的测量结果一方面反映了各点空气的新鲜程度，另一方面指示了室内空气流动形态，为更好地提高通风换气效果提供了指导。

3　结论

　　本文采用示踪气体方式，对一通风小室内的5个测点在8种气流组织下的空气龄进行了测量，并对测量结果的可重复性进行了查验，从测量结果可以得出如下结论：

　　对强制通风而言，虽然存在风机等不肯定因素的扰动，用示踪气体方式测得的各点的浓度衰减曲线重复性较好，说明示踪气体方式可用于强制通风气流组织的研究；

　　示踪气体的测量结果表明，不论顶送仍是侧送，凡是送风空气容易抵达的地方，空气龄就小，凡是处于回流区中的位置，其空气龄就大，这一结果证明了示踪气体方式的正确性；

　　传统的通风设计参数，如换气次数等，很难衡量房间的通风换气效果，而空气龄的测量结果一方面反映了各点空气的新鲜程度，另一方面提示了室内空气流动形态，为更好地提高通风换气效果提供了指导，可普遍用于通风空调行业。

参考文献

　　1ChristopherWCollett,JamesARoss,EliaMSterling.QualityassurancestrategiesforinvestigatingIAQProblems.ASHRAEJ,1994,（6）:

42-51.

　　2李晓锋.应用示踪气体实验技术研究建筑物内空气流动：

[硕士学位论文].北京：

清华大学热能系,1997.

　　3XiantingLi,XiaofengLi,YingxinZhu.Mathematicalmodelingofairage.ProceedingsoftheInternationalSymposiumonAirConditioninginHighRiseBuildings,Shanghai,.