用示踪气体方式研究通风房间的空气龄.docx
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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,.