06章通风与气流组织-130411

1第六章通风与气流组织2气流组织对室内环境质量的意义气流组织的定义狭义：机械通风的送回风的搭配形式广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布(AirDistribution)送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、湿度、污染物浓度等气流组织的重要性保证室内热湿环境和保证空气品质3本章内容通风（空调）的目的与方法室内气流分布的描述参数及评价4一、通风（空调)目的1.人们对室内空气环境的要求：1）保证排除室内污染物2）保证室内人员的热舒适3）满足室内人员对新鲜空气的需要2.通风的定义：（1）（2）（3）3.通风与空调的区别通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不（或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才能排除；空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不需处理。5按动力(自然、机械)；按作用面积(全面、局部)；按换气方式(送风、排风)。4.通风分类65.通风的方法：自然通风和机械通风（1）自然通风定义：利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通风换气方式基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有空气流过开口。22＝P热压（定量考虑）；风压(不稳定,定性考虑)7特点不消耗动力或消耗很少的动力，节能可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质受建筑设计和气候条件限制，难以控制8（2）机械通风定义利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的方式特点可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布需要消耗能源初投资和运行费都比较高9组成室内送、排风口（排风罩）风道、风机除尘（或吸收）设备室外进排风口102.空调对空气经过处理的通风（1）控制参数•温度•湿度•气流速度•洁净度（2）组成冷、热源设备：制冷设备、锅炉、热交换装置等空气处理设备：冷却、加热、加湿、除湿、过滤空气输送管道：风机、风管系统空气分配装置：送风口、散流器、风阀电气自动控制装置等11（一）自然通风1.驱动力压差热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差2.自然通风的分类1）热压通风2）风压通风3）风压和热压的联合作用下的自然通风二、通风（空调)的方法实施121）热压通风)()()(''nwawnbbghPghPghPPPPaabhtwwtnnbaabPbPaPaPb假设:tntw关闭b,开a0'aaaPPP只要tntw0bP1）此时如果b开启,空气将从b孔流出;2）但随着空气的流动,a处的压差由等于0变为小于0,此时室外空气进入;直至：a的进风量＝b的排风量热压:空气密度差和高度差ρn＜ρw13基本概念hbaoo2h1中和面余压0'aaaPPP当只有热压作用时0'bbbPPPghghPPnwnwxax)()(110ghghPPnwnwxbx)()(220o为基准面把室内某一点的压力和室外同标高未受扰动的空气压力的差值称为该点的余压。中和面以上的窗孔余压为正；中和面以下的窗孔余压为负。14多层建筑的热压引起的自然通风大中和面小中和面Hh图3-3多层建筑的热压引起的空气渗透1）建筑在热压作用下室外冷空气由下部进入，被室内热源加热后渗入走廊或楼梯间，形成上升气流，最后由建筑上部排出。2）建筑内各处的热压是沿高度线性分布的。15热压利用1）强化自然通风太阳能可加热烟囱内的空气，产生抽吸作用：（1）使冷空气从建筑物的下部进入，热空气从上部排出。这样在建筑物内形成空气流动，达到室内通风降温的目的，这种系统类似于风管系统。这种利用太阳能强化自然通风的烟囱还可做成风塔或风帽的形式。（2）有利于提高室内空气品质。2）不利于保温要求，增加室内负荷过大的热压，如不能有效控制，则会产生强烈的紊流，甚至在底层进气口产生令人不安的啸叫。而且在冬季会带走大量的热能，不利于保温要求。16（一）自然通风1.驱动力压差热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差2.自然通风的分类1.热压通风2.风压通风3.风压和热压的联合作用下的自然通风二、通风（空调)的方法实施172）风压作用下的自然通风wwfKP22Pf空气动力系数正/负K值为正，该点风压为正；K值为负，该点风压为负。183）风压和热压的共同作用hbKbxbPawtwtnnxaPKa2)(222wwaxaaKPP22在室外气象条件和噪声符合要求的情况下，自然通风可用于：低层建筑、中小尺寸的办公室、学校、住宅、仓库、轻工业厂房、简易养殖厂等。193.自然通风的形式高度，h高度，h穿堂风最大深度5m单面通风穿堂风Crossventilation20风井通风采用独立的垂直风井弯头≯2个，且≯45°管道未加热处保温风井最后出口处于室外负压区需留补气进口21由于受热，气流上升空气从下面的开口进入中间隔断尽可能小中庭通风22通风量难控制，导致达不到预期要求和过量热损失在大而深的多房间建筑中，难以保证新风的充分输入和平衡分配在噪声和污染较严重地区不适用可能带来安全隐患不适用恶劣气候环境的地区需要居住者自己调整风口，麻烦很少对进口空气进行过滤和净化风道需要较大空间，受建筑形式的限制自然通风的缺陷自然通风优点1）保护人们免受病毒侵害方面更有其不可替代的作用2）它是一种具有很大潜力的通风方式，它具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点。23（二）机械通风气流组织形式混合通风追求均匀的室内环境混合后的空气可能已被污染置换通风保证人员呼吸区的环境要求下送风，新鲜气流先送入工作区个性化送风满足不同个体的特殊性要求工位送风，独立可调以建筑空间为本以人为本241）混合通风的气流形式上送上回上送下回下送下回侧送上下回1.混合通风将空气以一股或多股的形式从工作区外以射流形式送入房间，射入过程中卷吸一定数量的室内空气，随着送风气流的扩散，风速和温度迅速衰减。252）混合通风特点优点：1.送风气流与室内空气均匀混合；2.一般回流区在人的工作区，保证工作区的风速合适；3.适用范围广，办公室、商场等；缺点：1.风速高，风量大，耗能；2.回流区在人的工作区，空气易被污染。263）混合通风常见的风口类型272.置换通风1.较厚的空气密度大而下沉到地表；2.在地板上形成一层较薄的空气湖；3.置换通风以空气浮力为控制动力；4.风速控制在0.25m/s；5.动量低，对室内气流无任何实际影响，通风效率高。283.个性化送风29(头部送风)30Think，与前两种比较如何？如何评价它们的效果？31第五节室内空气环境的评价32一、气流组织评价的方法通风气流组织评价的三类参数描述送风有效性的参数：主要反映送风能否有效到达考察区域到达该区域的空气新鲜程度描述污染物排除有效性的参数：主要反映污染物到达考察区域的程度到达该区域所需要的时间，与热舒适关系密切的有关参数：不均匀系数、空气扩散性能指标(ADPI)。室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境33二、全面通风的基本微分方程式（均匀混合时的稀释方程）QCSd+Md-QCd=VdCMQ，CsQ，CVCVQCQMVQCCsexpexp112QCMQCdCVdsVQCMQCddCssCCMQ2sCQMC2室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境换气次数n次/hτ→∞时，关系式：初始条件：在通风量Q一定、t=0，C=C1，稀释后C234解释：衡量房间通风好坏的重要参数1.换气次数：反映房间通风变化的规律，可以用于工程上估算房间的通风量；2.房间名义时间常数(换气次数的倒数)确定nQVn1室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境351.空气龄Airage空气龄是指送风到达房间某点的时间。某点的空气龄越小,说明该点的空气越新鲜,空气品质越好.某点的空气年龄p是指该点所有微团的空气龄的平均值；房间中某一点的空气由不同的空气微团组成，微团又有不同的空气年龄，因此该点所有微团的空气龄存在一个概率分布函数f()和累计分布函数F()概率分布函数f():空气年龄为的空气微团在某点空气中所占的比例;累计分布函数F():空气年龄小于的空气微团所占的比例;)()(0FdfPP衡量房间空气新鲜程度与换气能力的重要参数三、气流组织评价的方法——送风有效性36点P进口出口进口出口τr1τpτr与空气龄相关的两个参数残余时间(Residuallifetime)空气从当前位置到离开房间的时间rl驻留时间(Residencetime)空气离开房间时空气龄rprlr室内气流分布的描述参数－－送风有效性的描述参数整个通风房间：平均的空气龄越小，房间里的空气从整体上来看越新鲜。372.换气效率1）理论上最短的换气时间是多少？“理想活塞流”换气效率最高,房间的平均空气龄最小2）换气效率的定义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为换气效率（1）。2np%1002pna室内气流分布的描述参数－－送风有效性的描述参数QVn/r0名义时间常数=理论上最短换气时间实际换气时间383）常见送回风形式的换气效率ηa＝50～100％(b)下送上回ηa≈50％(d)上送上回ηa＝50％(c)顶送上回ηa≈100％(a)近似活塞流室内气流分布的描述参数－－送风有效性的描述参数39室内气流分布的描述参数－－送风有效性的描述参数3.送风可及性反映送风在任意时刻到达室内各点的能力，只与流场相关，当流动形式确定时，可及性也相应确定。40四、气流组织评价的方法——污染物排除有效性污染物含量针对某一种而非全部稳定状态下房间污染物总量：dCCQMee0)]()([)(均匀混合：房间各处污染物浓度处处相等非均匀混合：房间各处的污染物浓度存在差异，不同通风形式下的房间污染物总量也不同。41四、气流组织评价的方法——污染物排除有效性排空时间mMt)(稳定状态下房间污染物的总量房间污染物产生率反映了一定的气流组织形式排除室内污染物的相对能力。排空时间越大，说明这种形式排除污染物的能力越小；和污染源的位置有关，而和污染源的散发强度无关。污染源越靠近排风口，排空时间越小。42排污效率CCetn名义时间常数污染物排空时间出口浓度房间平均浓度是衡量稳态通风性能的指标，表示送风排除污染物的能力。影响排污效率的主要因素是送排风口的位置（气流组织形式）和污染源所处位置。房间内任一点的排污效率：spsepCCCC房间内任一点的浓度进口空气带有相同污染物时：ssesseCCCCCCCCmax房间污染物浓度平均值和最大值入口浓度43余热排除效率：温度代替污染物浓度sasettttt室内气流分布的描述参数－－污染物排除有效性的描述用来考察气流组织形式的能量利用有效性。11tt不同的气流组织形式即使产生相同的舒适性，消耗的能源也存在着差异；下送上回式余热排除效率高？排风温度PatC,Ce,teCs,ts工作区平均温度441）不均匀系数反映气流温度场和速度场的不均匀程度。ttttitntttkitt2)(温度不均匀系数uuku速度不均匀系数室内气流分布的描述参数－－与热舒适相关的参数均方根偏差温度算数平均值用于评价室内各点温度、风速存在的差异。为无量纲数，该值越小，表示气流分布的均匀性越好。452）空气扩散性能指标ADPI(AirDiffusionPerformanceIndex)定义满足规定风速和温度要求的测点数与总测点数之比有效温差ET=(t-tn)-7.6