基于地板送风系统原理的送风系统与住宅建筑设计集成研究

1、基于地板送风系统原理的送风系统与住宅建筑设计集成研究 华中科技大学硕士学位论文基于地板送风系统原理的送风系统与住宅建筑设计的集成研究姓名:刘思捷申请学位级别:硕士专业:建筑与土木工程指导教师:余庄2021-05-21华中科技大学硕士学位论文 摘 要随着 能源问题的日益 突出, 地板送风系统以 其可改善热舒适性,改 善室内空气品质和通风效率,节约 能耗,灵活性强等优点 越来越受到人们的关 注 。地板送风系统的研究和应用在我国尚处于起步阶段, 设计 和施工人员对这项新技术的缺乏认识,欠缺相关信息与设计指 南,和在一些根底理论 上的分歧也成为地板送 风系统广泛应用的障碍。 本文将试图 对国内外现有的

2、 地板送 风 系统的研究成果进行 整理,在此基础上,探讨基于地板送风系统的送风系统与住宅建筑设计的集成方法。 通过对国内外的相关文献以及案例研究可知, 地板送风与常规顶送风系统的最大区别在于地板送风静压 箱的应用以及室内的空 气热力分层。 本文将对 以上两个 地板送风 的根底原理进行详 细阐述和分析。 对于决 定系统最后运行最关键 的设计参数:冷 热负荷以及送风量的 确定方法,本文也将列 举现有的几种最常用的 方法, 并在实验数据的根底上对他们 进 行分析。在此根底上 ,本文将对该系统与住 宅建筑设计的集成方法进行探讨 。最 后,文章将给出 地板送 风 系统与住宅建筑设计 集成的例如以供参考。

3、 本文通过对地板送风系统的根本理论, 系统组成, 设计方法以及工程应用进行研究。通过理 论分析, 实 验研究,CFD 模拟 等方 法证明了 地 板送风 系 统 与住宅建筑设集成的可行性,并试图为其提供合理的指导和参考建议。关键词: 地板送风系统 空气热力分层 地板送风静压箱 设计集成I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACT Accounting for the energy problem getting more and more seriously, the Underfloor air distribution UFAD systems have been arousing more

4、interests because of its potential benefits as improved ventilation effectiveness, occupant satisfaction with thermal comfort and energy performance, as well as increased ease of reconfiguration. The study and application of UFAD in China are still in the beginning period. Lack of familiarity by bui

5、lding industry,need for design guidelines and tools, fundamental dispute on key issues are the current barriers to the widely application of UFAD. This article will attempt to arrange and analysis the achievements of the UFAD research all over the world. And then, make a discussion about the approac

6、hes on the integrated design of residence & UFADThrough the study of the relative articles and cases, we can conclude that the key differences between UFAD and conventional overhead systems are the application of the underfloor supply plenum and the air distribution thermal stratification. This

7、article will give a detailed description and analysis about these two basic principles of UFAD. And this article will also list several approaches to calculate the cooling load and the airflow of UFAD which have crucial impact on the final efficiency of UFAD, afterwards; an analysis based on the exp

8、eriment data will be given. Then,approaches on integrated design of residence & UFAD will be discussed. Finally, an example about integrated design will be given to reference After the study of the basic theories, system components, design approaches and the applications of UFAD. Through the the

9、ories analysis, experiments, CFD simulations, the feasibility of the UFAD & integrated design of the residence has been identified. Moreover, reasonable references and proposals are tried to be givenKey Words :Underfloor air distribution UFAD Air distribution thermal stratificationUnderfloor sup

10、ply plenum Integrated designII独 创性声 明本人声 明所 呈交的 学位 论文是 我个 人在导 师指 导下进 行的 研究工 作及 取得的研究 成果。 尽我 所知 ,除文 中已经 标明 引用 的内容 外,本 论文 不包 含任何其他个人 或集体 已经 发表 或撰写 过的研 究成 果。 对本文 的研究 做出 奉献 的个人和集体, 均已在 文中 以明 确方式 标明。 本人 完全 意识到 本声明 的法 律结 果由本人承当。学位论文作者签名: 日期: 年 月 日学 位论 文 版 权 使用授 权 书本学位 论文 作者完 全了 解学校 有关 保存、 使用 学位论 文的 规定, 即:

11、 学校有权保 留并向 国家 有关 部门或 机构送 交论 文的 复印件 和电子 版, 允许 论文被查阅和借 阅。本 人授 权华 中科技 大学可 以将 本学 位论文 的全部 或部 分内 容编入有关数据 库进行 检索 ,可 以采用 影印、 缩印 或扫 描等复 制手段 保存 和汇 编本学位论文。 保密 ,在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 。 (请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名:指导教师签名:日期: 年月日 日期: 年月日华中科技大学硕士学位论文 1 绪 论1.1 研究 背景在能源问题日益突出的 今天,建筑的节能已经 是一个无法回避的 话题 。我国 人亿吨油当量 , 成为仅次 于美国

12、的第二大能源消 费国。 如此之大 的 能源 消 耗必然引起能源的短缺 。 预计,当 到本世纪中叶,我国全 面到达小康水平时,一 次能源的消费量将到达 30 多亿吨油当量。 随着我国经济的不断开展, 能源问题迫在眉睫, 已经成1为严重影响我国经济开展的制约因素 。 我国在“ 十一五 期间要 到达的节能目标是: 到 2021 年要到达节约 1.01 亿吨标准煤, 减排 4 亿多吨二氧化碳气体, 建设节能建筑的总面积累计要超过 21.6 亿平方米。23。 在这 个过程中, 需要在这个总量中, 包括新建节能建筑和既有建筑的节能改造各种技术手段的配合, 特别是经济高效 而且 易 于推广的建筑 节能 技术

13、 ,能为节能 减排目标的达成作出奉献。 目前我国的建筑能耗占总能耗的 1/4 左右, 而兴旺国家的民生能源消耗已高达其国家总能耗的 1/3 左右,其中绝大局部又消耗在建筑物中。对有空调系统的建筑物,空调能耗占总能耗 60% 或更多。因此,空 调 如何节能已成为一个事 关国计民生的重大课题。 经研究说明,地板送风系统的能耗仅为传统空调系统能耗的 34%。相比拟传统的混合式以及置换式通风空调系统, 地板送风 系统改善了通风效率与室内空气品质,并且使建筑物的寿命周期费用减少。 20 世纪 70 年代以来, 欧洲开始应用到办公楼建筑。特别是 80 年代 中期,英国伦敦的 Lloyds 大楼和 香港汇丰

14、银行采用下送风空调系统的成功, 引起各国空调技术界的关注。目前,地板送风系统在我国的研究和应用处于起步阶段。鉴于以上所述的情况, 对地板送风系统的研究 对于建筑的节能减排, 丰富建 筑1华中科技大学硕士学位论文 节能设计手段有着重大的意义。 1.2 地板送风系统概述 地板送风 系统是 暖通空 调的一种形式, 利用结 构楼板与架空地板之间 的空间 作为静压箱,将处理后的 空气 从地面 以一定速度 送出,在向上流动过程 中,与 人员活动 区的空气迅速大量掺 混进行热交换到达调节 工作区温度的作用。气 流进入非 人员活动 区时,通过自然对 流从上部排风口排 出, 或局部空气通过地面回 入地板下与一次

15、空气混合经下设的风机处理后送出。(见图 1.1)图 1.1 地板送风系统 地板送风系统从功能上 来讲,与传统的混合通 风具相似性,都是以温 度控制 为其主要功能。它属于传 统的全 空气空调系统, 以架空地板为气流通道 ,通过送风控制室内空气温度场。 1.3 国内 外研究现状综述 1.3.1 国外地 板送 风系统 研究 现状 近两个世纪以来, 人们已经在居住及公共建筑中设计、 安装、 运行了 通过送风静压箱向地板送风口送 风的空调系统。早期 使用地板送风系统的 一些著名建筑物有: Thomas Jefferson' s Monticello1700s 后期 、 国会大厦1800s 、芝加

16、哥 Louis Sullivan 会堂1890 以及在 1890 年毁于火灾的大都会歌剧院等。 2华中科技大学硕士学位论文 现代建筑中采用地板送风系统, 是 20 世纪 50 年代随着大型电脑的使用而诞生的, 那时, 计算 机房 内有 大 量的各 种类 型的 电脑 和数据 处理 设备, 它 们有相 对较 高和较持续的散热要求。 使用 空调系统的主要目的就是快速散热, 使计算机房维持在一个相对稳定的温度、 湿度环境。 计算机房通常考虑为一个独立的空调系统, 并用一个专门的空调机组提供冷风。 这些计算机房的送风口通常设在靠近热源的地板上, 可最大限度地降低电脑操作人员的不舒适感。 但是地 板送风

17、系统真 正 得到全 面深入 的研究 和 广泛的 应用, 还是上 世 纪 90 年代这项技术在北美推广之后。 近年来, 地板送风系统进一步应用到了商业办公建筑中,而不再是单纯的集成于设备用房中。 在北美, 已有超过 300 个建筑工程 (面积约 5500万平方英尺) 安装了地 板通风系统。 并且, 单 个工程的面积正日益扩大。 例如,2003年落成并投入使用的芝加哥第一银行大厦, 其面积约为 15 万平方英尺。 目前地板送风系统已经是国际上一种流行的空调方式,根据美国 2007 年的一项调查,地板送风系统在北美的大型办公建筑空调系统中所占比例 2005 年是 6 % ,2021 年预计将增加到4

18、24 % ,2021 年将到达 53 % 。 通过一 系列 的足尺 试 验和计 算机 动态模 拟, 一些旧 理论 正在被 否 定, 一些 新理 论正在逐步建立。与此同 时已经竣工的地板送风 工程在运行过程中也陆 续出现了这样或那样的 问题, 受到 人 们的关注 。针对 地板送风系统中 存在负 荷计 算 ,温度以 及污染物分层,系统舒适 性评 价等 问题 ,美国空 调工 程师协会(ASHRAE ) 以及众多高校研究所进行了大量的研 究和实测。对上述问题 的完善提出了很 多有价 值的理论以及技术方案。其中,加州大学伯克利分校建筑环境中心(CBE ), 普度大 学 机械 工程 学院的研究水平目前处于

19、世界领先地位。 1.3.2 国 内地 板送 风系统 的研 究现状 在我国, 地板送 风系统 已初露头 角, 被 一些境 外公司投 资建造 的办 公楼如上海财富广场、 华尔登广场二期等采用。 现在, 又有一些办公建筑的地板送风空调系统正在和将要设计。随着世 博会的召开,日本馆与 城市最正确实践区中,大 量地板送风系统的应用也对其起到了相当大的推广以及知识普及的作用。 3华中科技大学硕士学位论文 国内的理论 研究所方面 ,香港科技大学,湖南 大学,同济大学,西安 交大都 已经 展开了对地板送风的 使用效果、能耗、投资 本钱等问题进一步的分 析、研究, 部分高校建立了地板送风实验室, 并取得了一定的

20、成果, 目前已有多篇论文被SCI 收录。5美国ASHRAE 2003 年出版的 ?地板送风设计指南? 也有了中译 本; 第2版 ?实用6供热空调设计手册? 已将地板送风的设计方法纳入其中。 2021 年中国财政部、住房和城乡建设部组织了可再生能源建筑应用示范工程的评选,以加快可再生能 源建筑应用,优先支持 技术先进且节能效果显 著的可再生能源建筑应用示范工程。 作为本论文研究对象的 华中科技大学建筑与城 市规划学院 扩建工程即是应用了地板送风系统的示范工程之一。 通过对国内外实践案例 的研究,目前,地 板送风系统拥有以下优 点(具 体论述见第二章): (1) 改善热舒适性(2) 改善通风效率与

21、室内空气品质(3) 减少能耗(4) 建筑物的寿命周期费用较少,对于建筑使用性质更为灵活 (5) 可降低新建建筑层高 (6) 提高生产效率与人员健康 相信随着我国国民经济 的快速开展和设计市场 的更加开放, 必将有越来越多的低能耗节能建筑采用地板送风空调系统。 但是这些案例都集中在 了商业办公楼这种建筑 类型里。而对于住宅建 筑中的 应用那么几乎没有。并且, 大量的研究集中在了设 计前期, 而对于建成后 的工程运行缺乏系统的后期监测检验 ,没有足够有效且可靠 的 实例 数据来证明 地板 送风 系统性能远高于传统空调系统的优越性。 1.3.3 仍 有待 深入 研究的 方面 尽管对地板送风系统拥 有

22、的许多优点业界已达 成共识,但是作为一个 新而不 熟的技术,广泛采用这种 技术仍存在一定的障碍 。与此同时已经竣工的 地板送风工程4华中科技大学硕士学位论文 在运行过程中也陆续出现了这样或那样的问题,受到人们的关注。主要问题如下: (1)设计和施工人员普遍对地板送风这一新技术缺乏认识; (2)前期投资相对较高; (3)缺少相关设计标准的指导; (4)对地板送风系统技术的关键问题缺少根底性研究: 如: 房间热负荷计算, 通风量确定, 热分层的高度, 垂直梯度; 地板静压箱的压力,地板静压箱空气渗漏对室内气流的影响, 污染物分层, 出风口送风半径, 如何评价地板送风系统室内热舒适性等问题。 (5)

23、 地板送风系统与BA (Building Auotmation 结合存在的问题, 控制不当, 体现不出地板送风系统的优越性。 除了上述几项普遍存在 的问题以外, 对于 地板 送风 系统 在我国国内的 应用那么 面临着更多问题, 目前的 地板送风 研究的参数及 参考文献均来自国外的 研究。但是,不同的实验条件下所得 出的参数自然不同。 我 国幅员辽阔,气候差异 极大。对于这些参数的适用性以及准 确性到底有多少还存在 疑义。而我国的地区间 经济开展极不平衡 这一情况, 也 是地 板送风系统的应用将要 考虑的一个因素。另外 ,目前所有的关于地板送风系统的热 舒适性指标PMV 预期 平均评价 ,PPD

24、 预期 不满意百分率 的调查均是针对外国人所做,对于是否适合国人的身体情况还有待进一步的研究。 1.4 研究 的应 用价值 地板送风 系统的研究和 应用在我国尚 处 于 起步 阶段,在各级节能标准 中,尚 未对其节能参数进行明确 的规定,缺少进行节能 设计的根本技术参数。 可参考的建成实例那么更是少之又少。 而如今国内外的研究以及实例又大量集中在商业办公建筑中,对于 地板送风 系统在低 能耗住宅建筑中的应用 更是少之又少。因此, 本文的研究将努力为绿色建筑设计者 、建筑设备工程师及相 关研究人员提供新的理 论思路及设计参考,促进绿色建筑的 开展,努力实现我国减 少碳排放量的目标。 具 体的研究

25、内容及方法如下。 5华中科技大学硕士学位论文 1.5 研究 内容及方法 1.5.1 主要研究内容 本论文的主要研究内容包括以下几个局部: 1 地板送风系统的构成 对国内外目前应用的各 种 地板送风 系统进行综 述以突出其特征,并对 系统各 部分的特点进行阐述。 2 地板送风系统热环境调节的理论研究 运用系统论的观念对系 统的热环境调节机理进 行分析,理清系统的功 能结构 框架; 并对 地板送风 系统 参数中最重要的负荷计 算以及送风量确定的问 题进行比照分析和研究。 3 计算机模拟研究 运用计算 机模拟 的方 法来研究 地板送 风 系 统不同季 节的运 行工 况。主要用Airpak 软 件模拟

26、 建筑 的热环境 及风环境 ,包 括自然通 风环境下 及地 板送风环 境下的模拟,以及全年不同季 节的动态模拟,与实测 数据进行对照,并优化 模型,得到能客观反映地板送风系统运行情况的计算机模型。 4 实测研究 对地板送风系统进行长期全面的实测研究, 以深入探讨系统的热工机理。 包括围护结构温度参数的全年测试分析,室内空气温湿度的长期测量,作为研究根底。 5 地板送风系统低能耗建筑集成设计研究 通过对模拟和实测的数 据分析,得到系统的能 耗效率及优化控制策略 。在此 基础上研究系统的功能适应性, 即住宅建筑中的设计谋略, 对该系统作出相应的调整。包括运用不同材料,采 取不同的结构体系,改 变送

27、风口位置等进行系 统构建,分析解决系统在住宅建筑中 应用的实际问题。对建 筑设计时的集成设计步 骤和方法进行阐述和演示, 探讨将该系统进行模块化和单元式设计, 为系统的推广应用打下根底。 6华中科技大学硕士学位论文 1.5.2 研究方法 1 文献阅读 研究开始前作者进一步学习了大学时涉及较少的高等数学、 物理等学科, 并自学了传热学、流体力学、 通风工程等相关专业的 根底课程,为课题的定 量研究打下了一定根底;阅读了大量 与课题相关的国内外专 业书籍以及期刊论文, 对学科的背景有了较全面的理解,并保证了研究方法的可行性及研究内容上的创新。 2 实验研究 本研究以财政部、 建设 部可再生能源建筑

28、应用示范工程?华中科技大学建筑与城市规划学院扩建工程 作为研究的立足点和主 要对象,采取全面实测 和理论研究相结合的研究方法,利用 华中科技大学建规学院 良好的研究条件,进行 长期的测量以获取与建筑热工性能有 关的大 量数据,并结合 相关理论对 地板送风 系 统的热环境调节进行深入的研究。 3 计算机模拟研究 用计算机模拟的方法对系统在不同季节下的室内热环境进行研究, 在 尽量不牺牲准确性的前提下,可节 省试验时间和大量投资 经费。研究不同的调节 手段对室内热环境的影响。将实测数 据和模拟数据进行比照 综合,得到相关的计算 方法和公式。研究软件主要包括 Airpak、Fluent 等。 4 学

29、科交叉 除了系统论观外, 还需 要运用暖通空调学科的相关理论和计算方法来研究系统工况,并在研究的过程中 综合运用建筑学、热物 理学、环境学、经济学 等相关学科的研究方法。 7华中科技大学硕士学位论文 1.6 论文的研究框架 地板送 风系 统 (UFAD)的研究 与其他 送风 系统 的比 较 系统性 能评 价系统特 征综 述 热力分 层 地板静 压箱系统设 计参 数投资费 用分 系统能 析 耗分 室内热 析 舒适 性评 价理论分析理论分 析 实验研 究 验证合理的 系统 与住宅建筑设计的集成 优化策略系统与 住宅 建筑 设计 集成 例如 CFD 模拟研 究对 比8华中科技大学硕士学位论文 2 地

30、 板送 风 系 统的 介 绍 2.1 地板送风系统特征概述 如上文 1.2 所述, 地板送风系统是一种全空气空调系统, 他利用结构楼板与架空地板之间的敞开空间作 为静压箱,将处理后的 空气从地面以一定速度 送出从而到达调节室内温度,改善热环境的目的。他具有以下明显特征:图 2.1 典型 办公 空间 内地 板送风 结合 个人 环境 调节 系统(1) 改善热舒适性 如图 2.1 示, 地板送风 系统可设计成“ 岗位/ 个人环境调节系统 , 能 使局部小区域热环境实现高程度的个 人舒适 度控制 (如风量 ,风速,出风口的气流 方向等) 。打破了传统顶送风空调将 一个舒适度标准应用于 所有人的情况。满

31、足了 人们由于在衣着,活动量以及个人喜好方面不同而对舒适度要求不同的个性化需求。 (2) 改善通风效率与室内空气品质地板送风 系统的下 送 风形式使 室内空气 产 生分层现 象这一点 与 置换通风 相类9华中科技大学硕士学位论文 似,通过在地板或近地 板处送出含新风的空气 ,送风在地板高出蔓延 开,并向上流动,通过吊顶的回风口 有效排出。空气温度与 某些污染 物的浓度随高 度而增加, 结合个人 局部 环境 控制, 可提高 室内 人员 的舒 适性。 改善 室内 空气 品 质, 提 高通 风效率。 (3) 减少能耗由于地板送风系统的送风温度较高, 通常为 17到 18。 可使直接利用室外新风冷热源

32、的时间增长, 即延长 100% 免费供冷时段。 并且, 地板送风系统产生的室内空气分层现象使得在人 员工作区的负荷降低。 研究得到的结果是:与 变风量顶送风系统相 比,变 风量地 板 送风系 统的风 机平均 年 节能为 40%. 两者送 风 量相同 。 基于混凝土楼板的蓄热作用 ,还可以对楼板实行预 冷以减少白天供冷峰值 时的能耗。 具体将在后面的章节中讨论。 (4) 建筑物的寿命周期费用较少 ,对于建筑使用性质更为灵活。 建筑物的内部布局变更是一个普遍存在的事实, 据美国 1997 年的调 查发现, 全美国建筑物平均变动率 达 44% 。架空地板的 模数化设计提供了一个 高度灵活性的可检视地

33、板体 系。将 所有 的远程通信 功能? 电 力,数据和 音频/ 视 频 以结构化电 缆布线的方式与暖通空调设 备集合布置在架空地板 体系内。即使改变原有 的室内布局,只需简单 的工 具与标 准 接合件就 可重 新配置 , 形成了一 种“ 即插 即用 的 高灵活 性的特点。 由于没有或少有 固定风道的限制,出风 口的位置也可根据实际 情况的改变而进行变更。 (5) 可降低新建建筑层高 相关的资料以及研究已 证实,如采用架空地板 体系的混凝土平板结构 比采用 常规顶送风系统的层高可降低 0.25m 左右。这 主要通过降低效劳设施静压箱的高度来实现。原先用于容纳大 规格送风道和其他效劳 设施的单一大

34、静压箱可 以用较小的用于回风的吊顶静压箱或 一个高度较小的地板静 压箱代替。喷淋管可集 成于吊顶静压箱内。而电力,电缆系 统等设施可集成布置于 地板静压箱内。 如果完 全取消吊顶静压箱, 那么层高最大可降低 0.56m 。 不过, 以上 数据皆是针对商用办公楼建筑所做的调10华中科技大学硕士学位论文 查。对于限制层高 2.8m-3.0m 的住宅建筑来说,地板送风在降低层高方面并没有优势。相反,层高将成为限制地板送风系统推广应用的一大障碍。 (6) 提高人员健康指数 研究数据说明 , 地板送 风系统可增加个人对局 部环境的可控程度,由 此提高 人员对于热环境的满意度 。设计良好的地板送风 系统能

35、改善通风和热环 境,提高通风效率,减轻室内不利于 健康的因素 ,从而给使 用人员提供一个更有利 于身心健康的生活工作环境。 2.2 地板送风系统与 常规 顶送风系统 以及置 换通风的区别 地板送风系统与常规顶送风系统无论在工作机理以及功能性质, 风口 布置等方面都有着显著地差 别, 而与同样经常采 用下 送风方式的置 换通风DV Displacement Ventilation 乍一看去那么十分相似。 二者均是从 房间下部送风, 形成热 力分层, 目标都是为了降低建筑能耗, 提高室内空气品质。但 在室内的气流组织、适 用范围和实际应用场所有着很大的不同,下表便是对这三种通风方式的主要特性做的比

36、照分析: 表 2.1 地板 送风 系统 与常 规顶送 风系 统以 及置 换通 风系统 的区 别 工程 地板送 风系 统(UFAD ) 置换通 风系 统(DV ) 常规顶 送风 系统 (OH ) 室内空 气分布图 片从地面送出具有一定速度 在房间 下部 以低 风速 送风 ,经处理后的干净空气由房 间顶的空气 , 气流 向上 流动 并与 气流呈 现层 流状 态, 主要 依部以较高的速度送入室内 ,与工作区 内的 空气 迅速 混合 , 靠 室内 热源产 生的热 浮力室内空气充分混合,稀释 室内到达设定的工作区温度; 当 将室内空气向上卷吸, 然后工作机 理 污染物,最后由房间顶部 排出气流蔓延至非工

37、作区时, 通 从房间上部排除; 热力分层室外。 整个 室内 气流 充分 混合,过自然对流从上部回风口 现象明 显, 房间 下部 存在 明室内 各处污染物浓 度均匀 一排出,房间存在热分层现 显 的垂 直温度 梯度和 浓度致。 象,但 不明 显。 梯度, 而上 部紊 流混 合区 内11华中科技大学硕士学位论文 的 温度 以及浓 度常那么 比拟均匀。 一般以大大超过人员舒适 性可接受的速 度送出, 比 地板 送风较置换通风出风速度高, 一 送风速 度比 较低 ,通 常为 系统大很多, 根据送风速 度 7般为 1.0m/s 0.2m/s ASHARE2001a 规定, 保证气流在进入人员工作区域(地

38、 板以上 1.8m )前将至 0.25m/s 以下。 送风温度比要求的室内温 度设定值低些,高些或者相等 。在送风温 度通 常比 室温 低 地板送 风以送风温度为 18 时送风温度 送风温度通常在 17-18 所能 维持的 人员 工 作区热 环境,常规顶送风系统的出 风温度需设 为 13 。 风量 与 DV 相比 较大 风量相 比地板送风较小 峰值时 比地板送风系统少。 风口诱 导比 ,掺 混性 能好 , 风口紊流系数小, 扩散性能如旋流 风口 , 在外 区多 采用 好, 通常 采用 孔板 风口,出风口性 能8条缝型出风口 ,形成空气 风口面 积一 般较 大 风口紊流系数大,掺混性 能极与风口

39、 形幕, 有效 阻挡 芜湖 结构 的热 好。多 采用 格栅 出风 口 式 量传入 。 一般 来说 出风 口面积较置 换通 风小 送风在人员工作区内尽可 尽 可能 减少工 作区的 空气 送风 气流与室内空 气重逢 混能充分 混合 , 在室 内较 高处 混合, 空气 流动 主要 以热 浮 合,整个空间温度场及浓 度场室内气 流 存在轻 微的 热力 分层 现象 力尾流 的形 式, 室内 高处 存 根本到达一致,室内无空 气分在明显 的热 力分 层现 象。 层现象 。主要动力为送风空气的动 有 室内 人体和 设备等 产生 利用出风口大风速的空气 冲量空气流 动量, 由人体以及设 备等 热源 的 热浮

40、升气流 为空气 流动 形成射流,使送风气流与 室内动力 产生的热浮升气流为次要 的主要 动力 空气迅 速掺 混。 由人体以及设1 2 华中科技大学硕士学位论文 动力 备等热源产生的热浮升气 流几乎可以 忽略 不计地板送风系统由于气流的 仅适用 于制 冷系 统, 因为 送 气流的高速掺混性使得常 规顶高速掺混性, 不仅可用于供 风热空 气密 度较 小, 会形 成 送风系统可用于制冷与制 热两适用性 冷系统 , 也可 用于 供热 系统 气 流短 路而很 快由房 间上 种工况 。 部排风 口排 出 计算机房与其它信息技术 层高较 高, 空调 负荷 不大 于 可适用于几乎所有的现代 建筑2或 电子设

41、备用房; 敞开式 大 120W/m , 尤其是污染与与 类型。但是对于层高较高 的公空间办公室; 培训或会议 热源相关的场所, 如生产车 共建筑(体育馆,大礼堂 等)9应用范围 场所; 展览区域; 办公辅 间 会造成能源浪费。而且风 管系助区域 如配电间等 。 统一旦 安装 完成 , 不 便对 风管、风口位置进行更改,无法 适应业主对 使用 环境 变化 的要 求。 2.3 房间 空气分层图 2.2 地板 送风 系统 的室 内空气 热分 层采用地板送风的房间会 产生空气分层以及使用 静压箱向室内送风是该 系统与 常规顶送风系统最大的两个区别。 (图 2.2) 当处于制冷工况时, 适当的调控将使地

42、板13华中科技大学硕士学位论文 送风系统在房间内形成空气温度分层。因此相对于常规顶送风系统出现了以下情况: 1 假设房间空气充分混合,模拟房间温度的单一温度模型已经不成立; 2 由于地板送风系 统 在近地板处的温度较低 ,且垂直方向存在梯度 ,以原先的1. 2 m 处温控器的温度定义的工作区舒适感不能代表平均的舒适感; 3 由 于空气 分层 导致 相当 一 局部热 量 进 入 架空地 板内, 需要 建立 采用架 空地板10作静压箱的地板送风系统的传热模型 。 与置换通风系统相同, 地板送风的分层高度是 决定热舒适性,通风和 节能方 面的关键因素。根据大量 的实验数据可知,影响 分层高度的主因是

43、房间 的总送风量,不是空调区域内的热源 强度,也不是散流器的 垂直射程。如果散流器 垂直射程等于或低于分层高度,那么与 置换通风系统相似。为 了防止地板送风系统稳 定的分层空间被消除,散流器的最大垂直射程应限制在离吊顶不小于 0.5m-1m 的距离。为了获得最正确性能,建议散流器射程高度接近于房间中人员的头部高度。 在进行房间分层控制时, 应注意, 根据 ASHRAE 舒适度标准,从人体脚踝部到头部(0.1m-1.7m 即人员活动区)的范围内,温度梯度(t )不得大于 3。为了更直观的与常规顶送风系统的热舒适度比拟, 可将此范围内的平均温度代替 1.2m 处的温11 12控器设定温度 。 2.

44、4 地板 送风 静压箱图 2.3 架空地板体系示意图 14华中科技大学硕士学位论文图 2.4 利用 架空 地板 体系 设立一 个综 合服 务设 施静 压箱 利用由架空地板体系组 成的地板静压箱 向 建筑 物中人员活动区域送风 是地板 送×0.6m 惯有像混凝土那样材料(有其他成分与饰 面)的钢板块组成。 在 设计时可将电力,语音 ,数据通信电缆等效劳设施集合其中 , 既易于 维 修且方便重 新配置 。形成一个高度 灵活 性的可检视体系。 依据静压箱输配空气可分为有压静压箱 , 零压或者无压静压箱, 利用风道将空气送至末端装置或送风口三种根本方式(具体讨论见本文 5.4 章节)。 目前

45、, 如何对气流在地 板静压箱内的运动状况 以及 热力性能 进行准确 的描述 ,是地板送风系统 在工程 技术上的一大挑战。而 对于这一领域的不熟悉 也正是对地板送风系统大力推广的一大阻碍。 2.4.1 静压箱的尺寸 2根据 CBE 在一个 300m 的有压静压箱内做的 一系列关于静压箱尺寸, 气流性能,静压箱进口,障碍物影响等的实验数据说明,低高度静压箱(高 100mm )内的气流分布状态较好。 但是, 高度低于或等于 100mm 的静压箱应局限于房间送风量不超过2 21cfm/ft 5.1L/s?m 。 不然会引起出风口的气流分布差异超过正负 10% 。 实验结果还2 13显示,高度为 200

46、mm 的静压箱可为 300m 的 房间提供均匀的送风量 。 15华中科技大学硕士学位论文图 2.4 不同 高度 静压 箱内 输风量 分布 注: 输送 风量 比可 理解 为 , 如果通 过所 有地 板出 风 口的出 风量 分布 十分 均匀 , 那么离进 风口 任意 距离处的“输送风量比 为 100% 。 虽 然架空地板中的障碍 物会对静压箱内的压力 均匀性产生影响,只要 保证末 端3 13的空间,可以保证均匀度在 10% 以内 实验送 风量为每平方米 927m /h 。 根据国外的研究和实践经验, 地板静压箱的典型高度在 0.3m-0.45m 之间。 具体高度还必须根据架空地板体系下最大的暖通设

47、备尺寸来确定。 16华中科技大学硕士学位论文 2.4.2 静 压箱 的空 气渗漏 从目前已竣工的地板送 风系统工程来看,不可 控的空气渗漏将大大影 响地板 送风系统的运行效率。 对 于零压静压箱来说,因 为没有明显的压力差, 所以不存在空气渗漏的问题。这里所提及的渗漏是针对有压静压箱所述,主要有两种情况: 1 因施工质量引起的渗漏问题 要防止这种情况的空气 渗漏,除了在施工期间 就应对静压箱每个细部 的密封 性加以关注外,在建筑物 启用后的整个寿命周期 内,都应注意地板静压 箱的“ 良好密封性。设计人员能预计到的渗漏损失为 10%-30% 。 2 架空地板块之间的渗漏 下表所列的数据为对一个压

48、力位 12.5Pa 的地 板静压箱漏风量的测试数据,该结果仅表示地板块之间的 漏风量。测试结果说明 , 铺设地毯层与否对大 大减少地板块之间的漏风量起着重要 作用。并且,假设将地毯 片与地板块错缝布置, 将减少漏风来14给您 50% 。图 2.5 地毯 片两 种不 同的 铺设形 式:对缝以及错缝,白线代表地板块边线2表 2.2 地板块之间的漏风量L/s.m 地毯片 布置 方式 静压箱 压力 (Pa ) 无地毯 片 对缝排 列 错缝排 列 12.5 3.5 1.5 0.7 17华中科技大学硕士学位论文 2.4.3 静 压箱 的热 力性能图 2.6 有吊 顶时 地板 送风 房间的 热过 程图 2.

49、7 无吊 顶时 地板 送风 房间的 热过 程 当空气通过架空地板送冷风时,如图 2.6 和图 2.7 所示,房间的得热会通过楼板和架空地板传入地板内。 在地板静压箱内发生的 热过程会对地板送风系 统的效率产生很大的影响。 这些过程包括:(1 )楼板与静压箱内空气之间的换热;(2 )地板 块与静压箱内空气之间的换热;(3 )静压箱内空气温度沿程温升(4 )混凝土楼板 以及地板块的蓄热性能。 采用地 板送风 系统的 多 层建筑 的空调 房间的 得 热最终 有两个 传递途 径,其一是通过回风排出, 其二是通过楼板和架空地板进入架空地板内, 试验说明得热的 30 % 18华中科技大学硕士学位论文 40

50、 % 通过楼板和架空地板进入架空地板内,剩余的 60 % 70 % 被房间内的回风排出14。 根据实测经 验数据, 得出一般采 用的指导 性数据为, 空气沿风 道温升为/m 。 由此可知, 从静压箱入口到房间送风口之间的最大有效距离为 15-18m 。同时, 推荐通过在静压箱内侧 2m 左右吸入送风空气, 或者将送风空气与楼板和热外墙隔离的方法来减少因太阳直射而造成的热力衰减。 通过对大量实测数据的 分析和模拟比照,研究 人员最近开发出一个简 单而又 比16较准确的数学模型来表示静压箱上下外表之间的热交换 : 静压箱下外表(楼板的上外表) 3 2H 0.1333Q -0.58Q +0.9567

51、Q-0.01 (2.1) slab静压箱上外表(架空地板下外表) 3 2H 0.16Q -0.7Q +1.23Q-0.11(2.2) floor上式中: H :楼板上外表的平均对流系数 slabH :架空地板下外表 的平均对流系数 floorQ :进入地板静压箱的总热量 2.5 本章 小结 本章通过阅读整理国内外的研究成果,概括了地板送风系统的 6 个特征,并将其与常规顶送风系统与 置换通风进行了一个较 为直观的比拟。并对其 与常规顶送风系统最重要的两个区别特征: 地板送风静压箱 以及房间空气分层进行了详细的描述。为后文系统与住宅建筑设计的集成打下理论根底。 19华中科技大学硕士学位论文 3 地 板送 风 系 统的 性能 评 价3.1 地板送风系 统的热舒 适性 人体的热舒适性与人周围诸多环境因素有关。 同样的温度下, 不同的 湿度, 人体周围气流速度,所着 衣物的阻尼系数,人体 新陈代谢率等等都会影 响到人体的热舒适度。 地板送风是将 处理后空气直接到人体 附近,因此送风温度、 送风速度对人的影响更大,不同人对 吹风感和冷、热的敏感 程度不同,热舒适性指 标存在较大的差