第六章-通风与气流组织.ppt

6 1通风空调的目的与方法 1 单一目的 排风机 换气扇 从室内排除污浊的空气 进风机 送风机 向室内补充新鲜的空气 2 复合目的 1 通风 将室内污浊的空气及其中的污染物排出 把新鲜的空气补充进来 2 空调 通风 保证室内舒适的热湿环境 哪些是靠全面通风 哪些使用局部通风达到建筑内部环境要求的 二 通风空调的方法 1 就通风的范围来分 1 全面通风 对整个建筑空间进行 将室内有害气体浓度稀释到允许浓度以下 所需风量较大 相应的设备的容量和体积也较大 2 局部通风 利用局部气流 把污染源附近的空气排出室外 防止污染物在室内扩散 风量小 效果好 2 按照实现机理或流动动力分 1 自然通风 空调 利用自然的手段 热压和风压等 来促使空气流动而进行的通风方式 1 优点 无需耗能或消耗很少的动力 系统简单 占地面积小 经济 投资少 运行费用低 通风效果好 2 局限 受气象条件 建筑结构和布局的限制 注意城市大气质量 涡流风的影响 可控性低 风量可能不足 德国议会大厦自然通风 3 自然通风的常见实现形式 穿堂风 图6 7进出口相对 有阻隔但室内各部分的空隙 如内屏风 进出口的最大距离 单面通风 图6 8进出口都在建筑的一面 靠空气的湍流脉动 热压或风压 被动风井通风 图6 9用于排出室内的冷湿空气 热压和风压共同驱动 中庭通风 图6 10 一般来说 在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风 而进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果 2 机械通风 空调 利用机械手段 风机 风扇等 产生压力差来强制实现空气流动的通风方式 1 分类 有管道通风 无管道通风 2 优点 可控性强 通过调整风口和风量 可调节室内的气流分布 不受室外气象条件 建筑结构和布局的制约 3 缺点 耗能多 系统复杂 典型的三种通风形式 演化进步 工作区的v t 工作区的IAQ 工区的个性化调控 1 混合通风 2 置换通风 3 个性化送风 气流组织 无论是受控对象所需要的热湿环境 还是室内空气品质IAQ 最终都是通过合适的气流组织形成的 狭义的气流组织是指上 下 侧 中 送和上 下 侧 中 回或置换送风 个性化送风等具体的送回风形式 广义的室内气流组织 是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流相关参数分布 实际混合送风的气流组织形式 1 上送上回 2 上送下回 3 下送下回 4 侧送上下回 下送风方式一 送风口位于地面上的地板送风 下送风方式二 送风口在房间下侧部的水平平推流送风 下送风方式三 送风口与椅背 桌面等相结合 房间的典型气流形式 1 理想 极端 的气流分布 完全 均匀混合 室内各种参数都完全一样 空间各处均存在理想的搅拌装置 搅拌但不带入热量 活塞流动 送入的空气完全占有原来空气的位置 二者不发生质量和能量交换 2 实际中 最常见的非完全混合流 介于完全混合流和活塞流之间 实际情况中 不同的气流分布会形成完全不同的热湿环境和室内空气品质 气流组织的好坏直接影响通风的效果 6 2室内空气分布的描述和评价 在一定送回风形式下 房间内三维空间形成具体的 气流组织 描述为 风速分布 风速场 或称流场 温度分布 温度场 湿度分布 湿度场 污染物浓度分布 污染物浓度场 具体 气流组织 的评价 送风有效性 能否有效到达考察区域及到达时的新鲜程度 排除污染物 余热湿的有效性 到达考察区域的程度和时间 热舒适性 与气流组织有关的热舒适描述参数 经济性 在此气流组织下的经济指标 一 送风有效性 1 空气 年 龄 表面看来是空气在室内被测点上的停留时间 实际上是指新空气替代旧空气的速度 既能表达真正的空气陈旧程度 又能反映房间的排污能力 更作为衡量空调房间空气新鲜程度与换气能力的重要指标而得到广泛的应用 可以被确切地测量出来 测定法 示踪气体浓度自然衰减法 分整个房间的平均空气年龄 局部的空气年龄 进 送风口处的空气停留时间最短 空气年龄为零 气流 死角 的空气最陈旧 被取代的速度最慢 测点A空气年龄的定义 室内空气的平均空气年龄 换气时间 即置换室内全部现存空气的时间 名义时间常数 即空气通过房间所需的最短时间 2 换气效率 定义 新鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快慢的比值 它与换气时间成反比 其越大 说明房间的通风 换气 效果越好 典型通风方式的不同 值 一般混合通风的 为50 置换通风和单风口的下送上回的 都在50 100 之间 为100 的情况仅在理想的单向流 即所谓活塞流 时才出现 1 通风效率E 或排污效率 物理上是指移出室内污染物的迅速程度 定义式 用空气年龄和污染气流排出时间来表示 可推得 不同通风方式的平均效率E值 实际的置换通风较接近于单向流 活塞流 效率较高 在1 4之间 混合通风E约等于1 二 排除有效性的描述 2 能量利用系数 排热效率 用来考察气流分布形式的能量利用有效性 或通风系统的排热能力 表达式如下 式中 tP 排风温度 t0 送风温度 tn 工作区空气平均温度 不同通风方式的 值 下送上排方式的 1 上侧中间送 上侧边排方式的 1 上侧送 侧排方式的 1 三 与热舒适有关的参数 1 不均匀系数kt和kv在工作区内选择n个测点 分别测得各点的温度 风速 求出均方根偏差 t v和算术平均值和再各自以前者除以后者 即是不均匀系数 不均匀系数越小 室内气流分布均匀性就越好 2 空气扩散性能指标 ADPI 1 定义 满足规定风速和温度要求的测点数与总测点比 2 实际 考虑空气温度与风速对人体的综合作用 ET ti tn 7 66 ui 0 15 式中 ET 有效温度差 ti tn ui 工作区某点的空气温度 设计室内温度 空气流速 符合多数人舒适要求的 ET在 1 7 1 1之间 3 实用式 数值 ADPI 1 7 ET 1 1的测点数 总测点数 100 ADPI一般应 80 6 3气流组织的测量与计算方法 在通风换气量 建筑 设备 人员等条件相同时 改变气流组织 提高气流组织效果 也能提高室内空气品质 实际的气流分布都不会是理想的气流形式 空间各处的参数是不均匀的 且受送回风形式 风口位置 类型和数量 风量 送风参数 污染源的强度和位置影响 因此需要对实际气流分布好坏进行描述或评价的方法 从而据此来调整条件 使室内的气流分布满足要求 除少数基本的分布参数指标外 大多数指标必须以其为媒介 在测得的基本函数基础上进行分析和计算 一 实验研究方法 示踪气体法 可定量测定风量 建筑物的空气分布和渗透特性 室内污染物扩散情况 空气龄 排气效率等 分析建筑物内各点换气均匀性及气流分布 换气次数等 作法 在实验空间释放一定量的气体 其在空气中流动 扩散 再测定该空间内此气体的浓度 变化反映室内 管道空气与周围空气的混合状况 由此得知 所用 气体浓度检测仪 示踪气体 五要求 释放头 脉冲法 上升法 下降法或衰减法 采样头等 简便 有相当精度 非常适合实验室研究 有时也可作为工程现场测量 发达国家广泛采用 我国的科研单位正在跟踪应用 二 数值计算方法 主要有四种预测通风空调房间内空气分布的方法 射流理论分析 误差 不详尽 模型实验 长周期和昂贵的费用 区域模型 相对 精确 的集总结果 机械通风中的应用问题较多 基于计算流体力学方法的数值模拟 求解 成本低 速度快 资料完备 可模拟各种不同的工况 表6 1CFD法 在计算机上虚拟地做实验 依据室内空气流动的数学物理模型 将房间划分为许多小的控制体 把控制空气流动的连续的微分方程组离散为非连续的代数方程组 再结合实际的初始 边界条件 在计算机上求解离散所得代数方程组 作为房间内空气分布情况 高层次 知识密集度较高的商业产品 PHOENICS FLAIRE CFX FLUENT Airpak STAR D 实际 大空间建筑空调 上送风方式的分层空调 下送风方式的置换通风的舒适性 节能性较好 6 4建筑和空调系统的举措 1 自然通风的组织 房间的开口和通风构造等措施 影响着自然通风的气流组织 也决定了房间的气流分布 最好是组织穿堂风 指风从迎风面的进风口吹入 流过建筑物房间 从背风面的出风口吹出 还要使穿堂风流过人经常活动的范围 且造成一定的风速 0 3 1 0m s为宜 对于有大量余热和污染物产生的房间 除保证必需的通风量外 还应保证气流的稳定性和气流线路的短捷 2 建筑朝向 间距及建筑群的布局 1 建筑朝向 既争取房间的自然通风 也要考虑防止太阳辐射以及大雨雪的侵袭 对单独或在坡地上的建筑 应尽量使房屋纵轴垂直于夏季主导风向 我国大部分地区是男 东南或偏南 在有水陆风 山谷风等地方风的地区建筑 则应争取与地方风向吻合 或将其引导入室 现实的多排 成群建筑 为兼顾通风效果 力减前排建筑后的漩涡区 和节约用地 往往将建筑的纵轴线与风向构成一定角度 风向投射角 使风斜吹入室 2 建筑的间距 高度 1 理论上 为保证后排房屋的良好通风 多排建筑中两排房屋的间距一般要达到前栋建筑物的四倍高度左右 实际上 由于采用了风向投射角 建筑物的间距有效缩短 也要兼顾日照的要求 2 建筑高度 对自然通风有很大影响 有利方面 门窗两侧的风压差与风速的平方成正比 热压也与建筑物的高度正比 不利面 超高建筑的 楼房风 危害 迎风面2 3以下高度的涡流区对低层建筑的风向影响 建筑物两侧与顶部因流道狭窄而形成 强风 3 建筑的布局 1 建筑的平面布置与剖面处理要在满足使用要求的前提下 尽量做到有利于自然通风 主房间应布置在夏季的迎风面 辅助房间则布置在背风面 改进门 窗结构和内开口 房间进气口不能正对夏季风向时 可设置导流板 采用绿化或台阶式平面组合等方法 布置建筑内部的开口位置 应是室内流场分布均匀 努力引风 导风 透风 利用天井 楼梯间 屋顶开天窗等 2 建筑群的布局 A 平面布局 从通风角度 错列式和斜列式比行列和周边式好 因它们可使风斜向地导入建筑群内部 行列式布置的建筑群 内部流场因风向不同而