置换通风三节点法建模.pptx

加辐射顶板的置换通风系统的简化模型,目录,置换通风的原理置换通风方式的特性及优缺点模型的建立中性高度的确定模型的验证结论,置换通风的原理,置换通风是将新鲜空气直接送入工作区(温度通常低于室内工作区的温度)，较凉的空气由于密度大而下沉到地表面,并在地板上形成一层较薄的由新鲜空气扩散所形成的空气湖。室内热源产生向上的对流气流，与较凉的新鲜空气随对流气流向室内上部流动，从而形成室内空气运动的主导气流。排风口设置在房间的顶部，将污染空气排出。热源引起的热对流气流使室内产生垂直的温度梯度。,置换通风的特性,1.室内温度和污染物浓度呈层状分布.根据羽流理论，室内流场分为两个区域：下部区域为低温单向流动区，污染物浓度最低，空气品质好，存在垂直温度梯度和浓度梯度；上部区域为紊流混合区，温度高，污染物浓度高，但温度场和浓度场较均匀，接近排风；两个区域间还存在一定高度、一定厚度的界面热力分层高度（中性高度）。这一分层高度很重要.合理控制它才能保证置换通风的空气质量，达到节能效果。,置换通风房间的热力分层,在置换通风中，新鲜空气qs以极低的流速从通风器流出。通常送风温度低于设计舒适温度4-6，避免冷气流形成的不舒适。送风的密度大于室内空气的密度。在重力作用下，送风下沉到地面形成空气湖。空气湖中的新鲜空气受热源上升气流的卷吸作用、后续新风的推动作用及排风口的抽吸作用而缓慢上升,形成向上单向流动。,因此在顶部形成一个热浊空气层。由连续性原理，在任一个标高平面上的上升气流流量qp等于送风量qs与回返气流流量qr之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量qp正好等于送风量qs,在该平面上回返空气量为零。在稳定状态时，这个界面将室内空气在流态上分成两个区域，即上部的紊流混合区和下部的单向流动清洁区。只要保证分层高度(地面到界面的高度)在人员工作区以上，就可以保证工作区优良的空气品质。,置换通风的热力分层,2.室内空气的流速低，速度场平稳，呈层流或低紊流状态.3.污染物在人停留区不扩散，而被上升的气流直接带到上部非人活动区.,与稀释通风相比，置换通风是以浮力控制为动力平推出室内污染物；具有较高的空气品质和热舒适性；具有较高的通风效率；室内有着截然不同的温度场、速度场和浓度场。（该特点使混合通风的研究方法和模型不能适用于置换通风中）,特性：,由于送风温度相对较高，造成对房间的供热能力及冷却能力不足仅25-35w/，而普通办公建筑显冷负荷一般超过50w/。为了克服这种局限，两种置换通风的变形被设计出来。1.地板送风系统（UFAD）这种系统进风是从地板下由旋流风口送出，这种送风口加大了空气的掺混，所以允许比标准流速通风更大的送风温差（10），以此来增加系统的制冷能力。,地板送风,置换通风+辐射顶板CC/DV,在该系统中置换通风消除潜热负荷和一部分显热负荷，而辐射顶板消除剩余的显热负荷（其中包括大部分显热负荷）。结合后的系统制冷能力能达到100w/本文着重介绍了本系统。,模型的建立1.1现有相关实验,辐射顶板加置换通风（CC/DV）系统实验数据,辐射顶板加置换通风（CC/DV）系统实验数据,1.2模型的假设,房间墙体是接近绝热的。房间内表面单位面积接受的热源辐射得热是相等的.,3.建立模型,1.首先确定辐射顶板对DV通风中的热力分层的影响。引入温度和高度无量纲参数=,CC/DV与onlyDV的对比,三节点模型,Taf：接近地板处的平均温度（大约为0.1米的高度）TOC:0.65米到0.9米高度代表工作区平均温度TMX:上部混合区平均温度（等于排风温度）,三节点模型,参数：FGC:室内总得热中对流得热所占的比例FMO:室内对流得热进入工作区的比例Qwu：上部混合层周围墙体与空气的对流换热Qwl：下部工作区周围墙体与空气的对流换热,节点能量平衡,墙体内表面能量守恒,4.中性高度的确定,4.1onlyDV中的中性高度（hNL)的确定根据中性高度处热羽流流量等于送风量的理论建立方程求解得到：其中是热膨胀系数,是密度,这两个参数是温度相关参数，所以他们的值我们取之前的实验平均值=0.0034=1.14kg/,忽略比热容cp的影响，卷吸系数前面实验中给出=0.13。得到：其中W-给定热源产生热流,上述情况是针对单热羽流对于n个热羽流，即n个热源时：该公式适用于n个完全相同且没有交汇的情况，此时总羽流等于各个羽流流量之和。并且这个公式假设羽流是由点热源对流热为动力产生的。然而实际情况是的热一部分来自于对流传热，还有一部分来自于热辐射。本文采用惯用做法50%来自对流50%来自辐射。,一.公式是在将热源简化为点热源的基础上推导得来。所以在这里我们需要给每一个热源假定一个虚拟的点z,如右图所示。有两种方法给z点进行定位。最小值方法热流传递角为25度，虚拟点设定在热源特性尺寸距离底部的1/3处。最大值方法虚拟点设定在实物热源边界高度上。本文采用最小值方法。,4.2存在的问题,二.热流交汇问题由于羽流的卷入作用，随着高度的增加，流速会增加，但是如果两股羽流交汇，由于交汇使得羽流边界总周长的降低，削弱了卷入作用。那么相比交汇前流速的增加量会降低。如果交汇发生在低于中性面高度的地方，那么中性面高度也会增加。,4.3DV/CC的中性高度（hNL)的确定,同理根据中性高度处热羽流流量等于送风量的理论建立方程求解得到：其中是热膨胀系数,是密度,这两个参数是温度相关参数，所以他们的值我们取之前的实验平均值=0.0034=1.2kg/,忽略比热容cp的影响，卷吸系数前面实验中给出=0.13。,得到：其中W-给定热源产生热流对于n个热羽流（即n个热源）时：对该公式的分析有助于我们控制工作区域的环境，使我们工作的空间始终处于一种舒适的条件。通过对比我们发现两个系统的公式基本一致。,4.4验证该计算公式是否仍然适用于CC/DV系统,表三计算中性高度与实验测得的中性高度对比,对比显示：,其中：偏差偏差率计算结果与实验结果误差小于10辐射板对置换通风系统中性高度的影响可以忽略，该公式仍然适用。,两个高度:hNL与hMX,hNL是根据羽流理论确定的，即理想的置换通风下得到的，但由于工作区内空气与墙体之间有对流传热，并且节点模型节点的数量有限，也会影响曲线的光滑性。为了使计算结果更加符合实验值，我们提出将中性面高度提高一点到hMX。通过上述实验结果对比分析我们推论出：,5.模型验证,通过实验数据与模型预测数据的对比验证模型的有效性。并且找出参数FMO的（进入工作区的对流得热占室内总得热的比例）最优值。评估参数平均标准偏差平均偏差平均偏差率,DV系统中的FMO,FMO作为模型中唯一能调整的参数，他的取值会影响到平均偏差的大小，所以验证的过程中，我们因该先确定FMO的最优值。右图显示了DV系统平均偏差率随着FMO的取值的变化。可看出FMO=0.4的时候偏差最小。,CC/DV系统中的FMO,右图显示了CC/DV系统平均偏差率随着FMO的取值的变化。可看出FMO=0.2的时候偏差最小。,参数FMO存在差异的原因：参数FMO代表进入工作区的对流得热占室内总得热的比例，在CC/DV系统中FMO减小说明辐射冷板降低了房间的平均表面温度，使工作区周围墙体的对流换热程度减小，从而使进入工作区对流得热量减少。,整体偏差分析,右表显示了三个节点处的温度模拟值与实验值的平均标准偏差、平均偏差、平均偏差率。结果显示模拟值与实验值极大相符，误差基本可忽略，平均误差低于5%。,验证,验证,与现有模型的对比结果,现有模型中精确度最高的(ReesandHaves27)与本文模型对比。结果如右图和下文图8所示，平均误差基本相等，由于ReesandHaves使用了更多的节点，所以在工作区域比本文模型稍微精确一点。在地板附近本文模型更加精确。两个模型都利用总能量守恒计算了排气温度。通过对比我们更加确认本文模型的合理性。在基本相同精度的条件下我们的模型更加简洁易行。,图8.与现有模型对比,模型的局限性,不适合于通过墙体传热量很大的建筑。不适合室内热源比较密集的房间。,6.结论,将辐射顶板和置换通风相结合对保持舒适送风速率和加强制冷能力都很有帮助，但是该系统的设计和控制都比较复杂。难以用传统方法模