室内气流分布101对室内气流分布的要求与评价一概述1

1、第十章室内气流分布 10. 1对室内气流分布的要求与评价一. 概述1. 空气分布：流速分布，温湿度分布和污染物的浓度分布2. 影响空气分布的因素：房间形状，送回风的形式和布置，送风量的大小。3. 对空气分布的要求与评价：对有害物发生的车间，用有关污染物指标来评价气流分 布效果。如污染物最大浓度区（应小于允许浓度），当量扩散半径（相当球体的半 径），实际的不均分布工作区的平均浓度与排风浓度的比值等。温湿度均匀一致， 并保持与基准的温湿度最小。要求主要针对“工作区”距地面2M以下，工艺性根据情况而定，介绍主要要求和评价指标。二. 对温度梯度的要求1. 温度梯度：垂直方向的温度梯度，上高、下低。2.

2、 要求：按ISO7730标准，工作区的地面上方1.1M和0.1M之间温度差不应大于3C（考虑坐着工作）；美国ASHRAE5592标准建议1.8M和0.1M之间温差不大于3C （考虑人站立）。从可靠性角度，宜采用后者的控制指标。三. 工作区的风速风速是影响热舒适的一个重要因素。在温度高的场所常用提高风速来改善热舒适度的 环境，但太大的风速不舒服。实验表明，风速在 0.5MS以下，人没有太明显的感觉， 我国规定见P244.四. 吹风感和气流分布性能指标1. 吹风感：人在空调房间内的常见的不满足有吹风感，是由于空气温度和风速（温度 和辐射假定不变）引起的人体局部地方有冷感，导致不舒适。2. 有效的吹

3、风温度：ASHRAE用有效顺风温度EDT来判断是否有吹风感，定义为EDT =（tx -tm）-7.8（ x -0.15）式中各项见 p245对于办公室当EDT在-1.71C，： x0.35m/s.大多数人感觉舒适，小于下限值时有吹 冷风感。3. 气流分布性能指标ADDI，EDT用来判断任何一点是否有吹风感，对于整个工作区用ADPT ,定义为工作区的各点满足 EDT和风速要求的点占总数的百分比。 对已有 房间，可实测各点，在气流分布设计时，可利用计算流体力学预测。五.通风效率EvEv在8.3中给了定义，表示通风或空调排出的污染物的能 x，也称为排行效率。当送 入房间空气与污染物混合均匀，排风的污

4、染物浓度等于工作区浓度时Ev=1.一般Ev1,但当清洁空气由下直接送到工作区时，工作区的污染物浓度可能小于排风的浓度Ev会大于1, Ev不仅与气流分布有密切关系，还与污染物的分布有关。污染物位于排风处Ev 增大。Ev也是个指标。Ev越大，表明排出同样的发生量污染物所需的新鲜空气量越小。 能耗小，设备费用和运行费也就愈低，温度效率：以转移热量为目的的通风和空调系统，Ev中浓度可用温度取代，称之为温度效率，或称为能量利用系数。表达式t -tEt二工亠各项见p245t -ts六.空气龄1. 定义：空气质点的空气领。指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间2. 局部平均空气龄：某一微小区域空气质

5、点的空气龄的平均值。3. 空气龄的测量：用测量示踪气体的浓度变化来确定局部的空气龄。测量方法不同， 浓度表达式不同，如用下降法。在房间内定以示综气体，在A点起始时浓度为C(0), 然后对房间进行送风，每一段时间，测量 A点的示综气体浓度，由此获得A点的示综气体浓度的变化规律C( ),A点的平均空气龄单位为S)为0C( )dC0)10 3全室平均空气龄定义为全室各点局部平均空气龄的平均值dv10-4为房间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 cd卩Ce（l）d T二10-5Ce（ ）d 0式中Ce（）为排风的示综气体浓度随时间的变化规律。4. 局部

6、平均滞留时间：到达房间某点的空气，而后离开某点从排风口排出。把房间内某微小区域内气体离开房间前在市内的滞留时间称为局部平均滞留时间，用r表示。单位为S。某一微小区域平均滞留时间减去空气龄即是该微小区域的空气流出 室外的时间。全室平均滞留时间为全室各点的局部平均滞留时间的平均值，用：表示。.r =210 6V 1理论上空气在室内的最短滞留时间为.n二- 一 n . NV N各项见P246o n又称为名义时间常数。空气从通风口进入室内，不断掺混污染物，清洁程度和新鲜程度下降。因此，空气 龄短，表示到达某处的空气可能掺混的污染物小。排除污染物的能力愈强。空气龄 评估了空气流动状态的合理性。七.换气效

7、率1 .定义：空气最短的滞留时间，与实际全室平均滞留时间-之比，用a表示a 二=-10 8r 22. 换气效率作用：评价换气效果优劣的一个指标，是气流分布的特性参数，与污染物 无关。3. a的实质：由于理论上最短滞留时间，其空气龄（理想的最短的）为n/2,从式（108）看到，a是可定义为最短理想的平均空气龄（n/2 ）与全室平均空气龄（）之比。反映了空气流动状态合理性。最理想气流分布a =1 一般a 1 10.2通风口和回风口1送风口定义：向室内的通风的风口2分类:以送风位置：侧送 顶送 地面风口（2）按气流状况：扩散型 轴向型 孔型1. 结构：图10_1位良种常用百叶风口，用作侧送风图10_

8、2远程送风口，属轴向型图10-3散流气（a）为平送流方散（b）为下送流型圆散（c）为圆盘形散流 器。图10-4可调条形散流器图10-5固定叶片条形散流器。可顶送，侧送和地板送风。图10-6为旋流式风口图10-7置换送风口图10-8回风口（ a）格栅式（b）可开式 10.3典型的气流分布模式1. 单向流（流动方向始终不变）2非单向流（方向速度都在变）3.两种流态混合一.侧通风的气流分布图10 9看出7种侧通风的气流分布模式.1.（a）为同侧 送下回.特点:送风气流帖附顶棚工作区在回流区.送风与室内空气混充 分。工作区风速较低。温湿度比较均匀。适用于恒温恒湿房间。排出空气的污染物或温度基本等于工作

9、区的浓度和湿度。通风效率和Ev和温度Et接近于1。但换气效率较低。约小于0.5 （宾馆）。2. （b）.为上侧送风，对侧的下部回风。工作区在回流和涡流区中。回风的污染物浓度 低于工作区浓度Ev1.靠近通风口处Ev X a =1多用于洁净空调。.顶通风的气流分布图1010给出四种典型顶送风气流分布模式1. ( a)为散流气平送，顶棚回风。散流气地面与顶棚在同一平面上。送出气流为贴附射流。回风口应远离散热器。工作区处于混气空气中。Ev低于侧送。a为0.30.62. (b)为散流器下送，下侧回风。所用散流器有向下送风特点(图10-3b)。工作区位于 向下风流动的气流中。Ev和a都比(a)高3. (c

10、)为典型垂直单向流。上下稳压作用的静压箱。顶棚为孔板。下部是格棚地板。保 证气流在横断面均匀Ev 1, 14. (d)顶棚孔板送风，下侧部回风。与 c不同是取消格棚地板，一侧回风。不触保证完 全单项流。Ev 1, a 1但比散流器高。F部送风的气流分布图1011为两种典型的下部送风气流分布图1. (a)为地板送风模式。地板需架空。下部布置送风管。或直接用作通风静压箱。地板 送风口可以是旋流风口。或是格棚式，孔板式。送出气流可以是水平贴附或垂直射流。射 流卷吸下部的部分空气。在工作区形成很多小的混合气流。工作区内的人体和热物体周围 的空气变热形成热射流，卷吸周围空气向上升。污染的热气流，通过上部

11、回风口排出房间。 如果热射流卷吸所需的空气量小于下部的送风量。区域内气流保持向上流动。到定高度， 卷吸所需空气是增多大于下部送风量。将卷吸顶棚返回的气流，有回流的混合区，如图中 虚线以上，当混合区在1.8米以上时，可保持工作区有较高空气品质，这种气流分布模式 称为置换通风。特点是：工作区内气流近似于单向流。EV和Et都很高。a =0.5 0.6既节省冷量，又有较高的室内空气品质。注意：1)不适用于送热风。2)地板送风口速度不能太大，一般2m/s。3)1.8m高以下的送风 量应大于热物体热射流所需卷吸的风量。(b)是下部低速侧通气流分布，送风速度很低，一般约为0.3m/s。低温气候将沿地面扩散。

12、在下部形成较低的送风气候。受热上升。携带污染物从上部回风口排出室外。形成接近单项的向上气流。EV和Et都很高，a约为0.50.67。下部送风垂直温度梯度大。设计时应校核温度梯度是否符合中的要求。送风温度也不应太低。适用于计算机房，会议室， 观众厅等。还有座椅送风方案，在坐椅下或椅背处送风，用于影剧院，体育馆等。 104室内气候分布的设计计算设计目的：布置风口形状，数量，选择风口规格，校核室内气流速度，温度等。一. 侧送风的计算1自由射流：射流自由扩散，其边界不受固体影响，高大空间。图10-9 (f)2受限射流：流射流不是自由扩散，其边界受到顶棚，墙的影响，大部分属于此种情况 如图 10-9 (

13、a) (e)3受限射流的规律：实验表明，气候从风口喷出后的开始阶段仍按自由射流的特性扩散。断面与流量逐渐增大。边界为一直线；当射流断面扩展到房间的 20%25%断 面扩展的速度比自由射流要慢(受限)。当扩展到房间断面的40%42%时，射流断 面和流量逐渐减小，直到消失。4. 射流自由度：反映射流受限的程度。表达式为.AdoA为房间断面积(垂直于射流)m2，有多般射流时，A为射流的服务区的断面积：do为风口直径m.矩形风口时按面积折算成图的直径 d。二a*b* 4。5. 工作区最大平均速度- vmax与风口出口风速o的关系。房间工作区都在回流区。回流区中风速最大断面是射流扩展到最大断面处(图10

14、-12中I - I断面)。此处是回流断面最小的地方。实验表明：vmax与：o有如下关系。(UYTA1=0.69(10-9)I。丿ldo丿如果工作区允许最大风速0.20.3m/So代入上式，可得到允许最大的出口风速为omax = (0.29 0.43厂 A( 10-10)do此外，出口风速还应考虑噪声要求，一般在 25m/s内。噪声要求高的，应取小6射流的温度变化，送风温度与室内温度有温差（送风温差Ats）。射流在流动过程中，不断掺混室内空气。温度逐渐接近室内温度。其温度衰减与射流自由度。紊流系数，射程有关，对于室内温度波动允许大于 1C的空调房间。可认为只与射程有 关。表101给出建研院对受限

15、空间非等温射流的实验研究， 温度衰减的变化规律。7贴附长度，送冷风时，射流将较早的脱离顶棚下落，贴附长度与阿基米德数Ar有关,A数为A do AtsAr = 21011。8侧送风风口的房间高度风口应尽量靠近顶棚，是射流贴附顶棚，另外，为使射流不直接到达工作室，房间高度不得低于如下高度H = h 0.07x s 0.31012式中各项见P253气流分布设计时，要求贴附长度达到对面墙.0.5m处。并要求该处的射流温度与工 作区温度之差小于1C左右。若是恒温恒湿的房间，应根据允许温度波动值确定。9侧通风气流分布的设计步骤：已知条件：房间送风量Vm/s ;射流方向的房间长度L，m;房间总宽度B,m;房

16、间净高 度H， m;送风温度ts C；房间工作区温度tr C步骤：1） 按允许的射流温度衰减值，求出射流最小相对射程xd0。对于舒适性空调，射 流末端的ts可为1C左右。2） 根据射流的实际长度和最小相对射程 X和X/d，计算风口允许的最大直径domax， 从样本中预选风口的规格尺寸，对于外圆的风口。按面积折算风口直径即do =1.128 Ao1013Ao为风口面积，使do岂domax3）设定风口数量n,并计算风口的出风速度，即An(10-14)式中为风口有效断面系数，可根据实际情况计算确定，或从样本查找，双层百叶的约为0.720.82, ： o 一般不宜大于5m/s.4） 根据房间的宽度 B

17、和风口数计算出射流服务区断面为A = BH/ n（1015）由此可计算射流自由度,A/do，并由式（10-10）计算出允许的最大出口风速- omax。若大于实际出口风速。如果小于实际风速，表明回流区平均风速超过规定值。超过大多，需重新设置风口数的风口尺寸。5）按式1011计算Ar，有表10-2确定的贴附的射程，如果大于或等于要求的射程长度，认为合理，否则，重新假设风口数和风口尺寸，重复上述计算。例10-1已知房间尺寸 L=6m，B=21m,净高H=3.5m,符合侧送风条件：总送风量V = 0.88m3/s，送风温度ts=20 C,工作区温度=26 C。试进行气流分布设计。解（ 1）设 兀 C，

18、因此：tx/ ：ts =1/6 = 0.167查表10-1的射流最小相对射程x/do 二 16.6（2） 在侧墙靠顶棚安装风管，风口离墙为0.5m,射流实际射程为x=6-0.5-0.5=5m, 由最小相对射程求的送风口最大直径 domax=5/16.6=0.3m.选用双层百叶风口，规格 为 300*200mm。根据式（10-13 ）计算风口面积相当的直径 do = = 0.276m ： domax可行（3）设有5个平行的风口，根据式（10-14 ）计算风口的出风速度v0.883.67m/ s4Aon0.8* 0.3* 0.2* 5（4）根据式（10-15）可以求出射流自由度巫=理/d。二竺35

19、/。 = 13.89do n ：5并由式（10-10）求出允许最大出口风速:omax= 4m/ s AU。（3.67m/ s）可行所假定风口数量及规格，可达到回流区平均风速5m，满足要求以上计算步骤与实例适用于对温度波动范围控制要求不严格空调房间，对恒温恒湿，气流分布设计参阅文献（7）（ 8）散流器送风的计算1 多层平行叶片和盘式散流器送风多层平行散流器的气流分布如图10-10 （a）气流贴附顶棚，盘式接近平送流型1） 气候分布设计步骤：.首先布置散流器（位置）.预选散流器（形状）.校 核射流射程和室内平均风速2）散流器的布置原则：布置时充分考虑建筑结构。装修特点与其专业配合（形 状。位置），

20、平送方向不得有障碍物（柱）一般按对称布置或梅花形（如图 10-13）每个散流器所服务的区域最好为正方形。如果服务区的长宽比大于1.25 时。宜选用矩形散热器，如果采用顶棚回风。回风口尽可能距散热器远一些。3）散流器送风气候分布计算，原则。选用合适的散流器。使房间内风速满足要求。1/2射流的速度衰减方程为（ 10-16）。 X + X。式中各项见P2554）室内平均风速：m,： n与房间大小，射流的射程有关。可按下式：0.381rL(L2 /4 H 2)1/2式中各项见P255例10-2-15*15m的空调房间，净高3.5m,送风室为1.62m3/s试选择散流器的规格和数量解：（1）布置散流器。

21、采用图10-13 （a）的布置方式。每个散流器承担 5m*5m的送风区域。（2）初选散流器，选用图形散流器，按颈部风速 2-6m/s层高低或要求噪声低，用低风速，反之，高风速，甚至可6m/s,本例按3m/s选风口，选用颈部尺寸为 257mm的圆形散流器。颈部面积为0.052m2则颈部风速为1.629* 0.052=3.46m/s散流器实际出口面积约为颈部面积的90%即2A =0.052* 0.9 = 0.0468m散流器出口风速：。=3.46/0.9 = 3.85m/s（3）按公式（10-16）求射流末端速度为0.5m/s的射程，即1/2K oA x =X。1.4* 3.85* (0.0468

22、)1/20.5-0.07 二 2.26m服务区一半 可行（4）按公式（10-17）计算室内平均速度=0.2m/s0.381* 2.262 2 1 /2 (5 /43.5 )如果送冷风。室内平均风速为 0.24m/s（加20%）送热风为0.16m/s （减少20%）符合 要求。2.流线形散流器送风。空气分布见图10-10（ b）（1） 散热器的布置：原则：使工作区位于向下流的气体中，混合层高度hm不得延伸到 工作区，即H -hm _工作区高度（10-18）1hm（L-2d。）（ 10-19）2tg，式中各项见P 256（2）射流轴心速度衰减的规律为Z _0.6_Z/do(z4d 时) (10-20)式各项见P256（3）射流的温度衰减规律为tzCz屯 z/d。(10-21)式中各项见P256,式（10-21）可用于校核区域温差（工作区内最高或最低温度与控制温度之差）是否符合要求，三条形散流