第10章 室内气流分布
对室内气流分布的要求与评价
概述
空气分布又称为气流组织。室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。
空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。
下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。
对温度梯度的要求
在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直方向通常有温度差异，即存在温度梯度。
在舒适的范围内，按照ISO7730标准，在工作区内的地面上方和之间的温差不应大于3℃(这实质上考虑了坐着工作情况)；
美国ASHRAE55-92标准建议1．8m和0．1m之间的温差不大于3℃(这是考虑人站立工作情况)。
工作区的风速
工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。但大风速通常令人厌烦。
试验表明，风速 吹风感和气流分布性能指标 吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的感觉。 1．有效吹风温度EDT 美国ASHRAE用有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为 EDT?(tx?tm)?7.8(?x?0.15) (10-1) 式中 tx,tm--室内某地点的温度和室内平均温度，℃； vx--室内某地点的风速，m/s。 对于办公室，当EDT=~l℃，vx＜s时，大多数人感觉是舒适的，小于下限值时有冷吹风感。 EDT用于判断工作区任何一点是否有吹风感。 2．气流分布性能指标ADPI 气流分布性能指标ADPI（Air Diffusion Perfomance Index），定义为工作区内各点满足EDT和风速要求的点占总点数的百分比。 对整个工作区的气流分布的评价用ADPI来判断。 对已有房间，ADPI可以通过实测各点的空气温度和风速来确定。 在气流分布设计时，可以利用计算流体力学的办法进行预测；或参考有关文献、手册提供的数值。 通风效率Ev 通风效率Ev(Ventilation efficiency)又称混合效率，定义为实际参与工作区内稀释污染物的风量与总送入风量之比，即 ??V?VVCV EV??VVEv也表示通风或空调系统排出污染物的能力，因此Ev也称为排污效率。 ⑴当送入房间空气与污染物混合均匀，排风的污染物浓度等于工作区浓度时，Ev＝1。 ⑵一般的混合通风的气流分布形式，EV＜1。若清洁空气由下部直接送到工作区时，工作区的污染物浓度可能小于排风的浓度，Ev>1。 EV不仅与气流分布有着密切关系，而且还与污染物分布有关。污染源位于排风口处，Ev增大。 以转移热量为目的的通风和空调系统，通风效率中浓度可以用温度来取代，并称之为温度效率ET，或称为能量利用系数，表达式为 t?tET?es (10-2) t?ts式中 te、t、ts--分别为排风、工作区和送风的温度，℃。 空气龄 ⑴空气质点的空气龄：简称空气龄(Age of air)，是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间。 ⑵局部平均空气龄：某一微小区域中各空气质点的空气龄的平均值。 空气龄的概念比较抽象，实际测量很困难，目前都是用测量示踪气体的浓度变化来确定局部平均空气龄。 由于测量方法不同，空气龄用示踪气体的浓度表达式也不同。 如用下降法(衰减法)测量，在房间内充以示踪气体，在A点起始时的浓度为c(0)，然后对房间进行送风(示踪气体的浓度为零)，每隔一段时间，测量A点的示踪气体浓度，由此获得A点的示踪气体浓度的变化规律c(r)，于是A点的平均空气龄(单位为s)为 c(0)⑶全室平均空气龄：全室各点的局部平均空气龄的平均值 1????dV （10-4） VV式中V为房间的容积。 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 ?A???0c(?)dr (10-3) ?A ?c(?)dr?? (10-5) ?c(?)dr0e?0e? 式中ce(τ)即为排风的示踪气体浓度随时间的变化规律。 ⑷局部平均滞留时间(Residence time)：房间内某微小区域内气体离开房间前在室内的滞留时间，用τr表示，单位为s。 ⑸空气流出室外的时间 微小区域的空气流出室外的时间：某一微小区域平均滞留时间减去空气龄。 全室平均滞留时间：全室各点的局部平均滞留时间的平均值，用于?r表示。 全室平均滞留时间等于全室平均空气龄的2倍，即 ?r?2? （10-6） 理论上空气在室内的最短的滞留时间为 V1?n?? （10-7） ?NV ?为送入房间的空气量，式中 V为房间体积，m3；Vm3/s；N为以秒计的换气次数， 1/s；τn又称为名义时间常数(Nominal time constant)。 空气从送风口进入室内后的流动过程中，不断掺混污染物，空气的清洁程度和新鲜程度将不断下降。 空气龄短，预示着到达该处的空气可能掺混的污染物少，排除污染物的能力愈强。显然，空气龄可用来评价空气流动状态的合理性。 换气效率 换气效率（Air exchange effciency)ηa是评价换气效果优劣的一个指标，它是气流分布的特性参数，与污染物无关。 其定义为：空气最短的滞留时间ηn与实际全室平均滞留时间于?r之，即 ???a?n?n （10-8） ?r2?式中 ?--实际全室平均空气龄，s。τn/2--最理想的平均空气龄。 从式(10-8)可以看到：换气效率也可定义为最理想的平均空气龄τn/2与全室平均空气龄?之比。 τa是基于空气龄的指标，它反映了空气流动状态合理性。最理想的气流分布τa＝1，一般的气流分布τa＜l。 送风口和回风口 1．送风口的型式 ⑴按安装位置分为 侧送风口、顶送风口(向下送)、地面风口(向上送)。 ⑵按送出气流的流动状况分为 扩散型风口、轴向型风口和孔板送风口。 扩散型风口：具有较大的诱导室内空气的作用，送风温度衰减快，但射程较短； 轴向型风口：诱导室内气流的作用小，空气温度、速度的衰减慢，射程远； 孔板送风口：在孔板上满布小孔的送风口，速度分布均匀，衰减快。 ⑶按形状分为 格栅、活动百叶窗、喷口、散流器、旋流式喷口和置换送风口。 ①格栅送风口 叶片或空花图案的格栅，用于一般空调工程。 ②活动百叶窗 如图10-1所示。通常装于侧墙上用作侧送风口。 双层百叶风口：有两层可调节角度的活动百叶，短叶片用于调节送风气流的扩散角，也可用于改变气流的方向；调节长叶片可以使送风气流贴附顶棚或下倾一定角度(当送热风时)。 单层百叶风口：只有一层可调节角度的活动百叶。 这两种风口也常用作回风口。 ③喷口 如图10-2所示，有固定式喷口和可调角度喷口。用于远程送风，属于轴向型风口。射程(末端速度s处)一般可达到10-30m，甚至更远。 通常在大空间(如体育馆、候机大厅)中用作侧送风口；送热风时可用作顶送风口。 如风口既送冷风又送热风，应选用可调角喷口。 调角喷口的喷嘴镶嵌在球形壳中，该球形壳(与喷嘴)在风口的外壳中可转动，最大转动角度30o。可人工调节，也可电动或气动调节。在送冷风时，风口水平或上倾；送热风时，风口下倾。 图10-1 活动百叶风口 (a)双层百叶风口 (b)单层百叶风口 图10-2 喷口 (a)固定式喷口 (b)可调角度喷口 ④散流器 图10-3为三种比较典型的散流器。直接装于顶棚上，是顶送风口。 平送流型的方形散流器 如图(a)所示，有多层同心的平行导向叶片，使空气流出后贴附于顶棚流动。 可以做成方形，也可做成矩形；可四面出风、三面出风、两面出风或一面出风。 平送流型的圆形散流器与方形散流器相类似。 平送流型散流器适宜用于送冷风。 下送流型的圆形散流器 图(b)所示，又称为流线型散流器。 叶片间的竖向间距是可调的。增大叶片间的竖向间距，可以使气流边界与中心线的夹角减小。送风气流夹角一般为20o-30o，在散流器下方形成向下的气流。 圆盘型散流器 如图(c)所示，射流以45o夹角喷出，流型介于平送与下送之间。 适宜于送冷、热风。 各类散流器的规格都按颈部尺寸A×B或直径D来标定。 图10-3 方形和圆形散流器 (a)平送流型方形散流器 (b)向下送流型的圆形散流器 (c)圆盘型散流器 ⑤可调式条形散流器 如图10-4所示。条缝宽19mm，长度500-3000mm，据需要选用。 调节叶片的位置，可改变出风方向或关闭；可多组组合(2、3、4组)在一起使用，如图所示。 条形散流器用作顶送风口，也可用于侧送口。
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