送风距离计算

第10章室内气流分布10.1 对室内气流分布的要求与评价10.1.1 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。10.1.2 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1.1m和0.1m 之间的温差不应大于3c (这实质上考虑了坐着工作情况)；美国ASHRAE55-9如准建议1. 8m和0. 1m之间的温差不大于3c(这是考 虑人站立工作情况)。10.1.3 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0.5m/s时，人没有太明显的感觉。我国规范规定：舒适性 空调冬季室内风速0.2m/s，夏季A 0.3m/s。工艺性空调冬季室内风速A 0. 3m/s, 夏季宜采用0.2-0.5m/s 。10.1.4 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 ASHRAEI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t x,t k室内某地点的温度和室内平均温度，C；v x-室内某地点的风速，m/so对于办公室，当EDT=-1.7l C, vx0.35m/s时，大多数人感觉是舒适的， 小于下限值时有冷吹风感。EDTffi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。10.1.5 通风效率E通风效率Ev(Ventilationefficiency)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Vv -VcvVvEV -Ev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。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。一般的混合通风的气流分布形式，Ev1。日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(10-2)te - tsEt 二t -ts式中t e、t、t S-分别为排风、工作区和送风的温度，C。10.1.6 空气龄空气质点的空气龄：简称空气龄(Age of air)，是指空气质点自进入房问 至到达室内某点所经历的时间。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Q0(10-3)0 c( )drc(0)全室平均空气龄：全室各点的局部平均空气龄的平均值(10-4)1-v dV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qQ(10-5)0 Ce( )dr0 Ce( )dr式中Ce( )即为排风的示踪气体浓度随时间的变化规律。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 J表示，单位为So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 和表示。全室平均滞留时间等于全室平均空气龄的 2倍，即(10-6)(10-7)r = 2理论上空气在室内的最短的滞留时间为V 1式中v为房间体积，m； V为送入房间的空气量，m/s ； n为以秒计的换气次数，1/s ; j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。10.1.7换气效率换气效率(Air exchange effciency)4a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 qn与实际全室平均滞留时间于 3之，即(10-8)式中 -实际全室平均空气龄，So Pn/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m/2与全室平均空气龄f之比。一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TTa=1, 一般的气流分布T a图10-1活动百叶风口（a）双层百叶风口 （b）单层百叶风口散流器图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200300,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 AX B或直径D来标定。M(*)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。坟磔had iddQ)(&)M(d)()图10-4 可调式条形散流器(a)左出风(b)下送风(c)关闭(d)多组左右出风(e)多组右出风固定叶片条形散流器如图10-5所示，颈宽50-150mm 长度500-3000mm根据叶片形状可有三种流型：直流式、单侧流和双侧流。可以用于顶送、侧送和地板送风。L 1 UI l_L 江、口(a)(b)(c)图10-5 固定叶片条形散流器(a)直流式(b)单侧流(c)双侧流旋流式风口如图10-6所示，有顶送式风口和地板送风的旋流式风口。顶送式风口如图(a),风口中有起旋器，空气通过风口后成为旋转气流，并贴附于顶棚 流动。特点：诱导室内空气能力大、温度和风速衰减快。适宜在送风温差大、层高低的空间中应用。旋流式风口的起旋器位置可以上下调节， 当起旋器下移时，可使气流变为吹 出型。地板送风的旋流式风口如图(b),工作原理与顶送形式相同。图10-6旋流式风口1-起旋器2-旋流叶片3-集尘箱4-出风格栅置换送风口如图10-7所示。风口靠墙置于地上，风口的周边开有条缝，空气以很低的 速度送出，诱导室内空气的能力很低，从而形成置换送风的流型。送风口角度：靠墙上放置时，在1800范围内送风；置于墙角处，在90o范 围内送风；置于厅中央，在3600范围内送风。图10-7所示为1800范围送风口。(SD图10-7置换送风口图10-8 回风口(a)格栅式回风口 (b)为可开式百叶回风口1-钱链2-过滤器挂钩2.回风口由于回风口的汇流流场对房间气流组织影响比较小，因此风口的形式比较简上述活动百叶风口、固定叶片风口等都可以做回风口。 也可用铝网或钢网做 成回风口。图10-8中示出了两种专用于回风的风口。图(a)是格栅式风口，风口内用薄板隔成小方格，流通面积大，外形美观。图(b)为可开式百叶回风口。百叶风口可绕钱链转动，便于在风口内装卸过滤器。适宜用作顶棚回风的风口，以减少灰尘进入回风顶棚。还有一种固定百叶回风口，外形与可开式百叶风口相近，只是不能开启。10.3 典型的气流分布模式1 .影响气流分布的流动模式的因素气流分布的流动模式取决于送风口和回风口位置、送风口形式等因素。其中送风口(位置、形式、规格、出口风速等)是气流分布的主要影响因素。2 .房间内空气流动模式的类型(1)单向流：空气流动方向始终保持不变；(2)非单向流：空气流动的方向和速度都在变化；(3)两种流态混合存在的情况。下面介绍几种常见风口布置方式的气流分布模式。10.3.1 侧送风的气流分布图10-9给出了 7种侧送风的气流分布模式。1 .上侧送，同侧下部回风气流分布如图(a),送风气流贴附于顶棚，工作区处于回流区中。特点送风与室内空气混合充分，工作区风速较低，温湿度比较均匀。适用于恒温恒湿的空调房问。排出空气的污染物浓度或温度基本上等于工作区的浓度和温度，因此通风效率日和温度效率Et接近于1。但换气效率4a较低，大约小于0.5。2 .上侧送风，对侧下部回风气流分布如图(b),工作区在回流和涡流区中。特点：回风的污染物浓度低于工作区的浓度，Ev1;在靠近送风口处 5=8。换气效率Va= l。这种气流分布模式多用于洁净空调。(A)图10-9 侧送风的室内气流分布(a)上侧送，同侧下回(b)上侧送，对侧下回(c)上侧送，上回(d)双侧送，双侧下回(e)上部两侧送，上回(f)中侧送，下回，上排(g)水平单向流10.3.2 顶送风的气流分布图10-10给出了四种典型的顶送风气流分布模式送风(C)图10-10顶送风的室内气流分布(a)散流器平送，顶棚回风(b)散流器向下送风，下侧回风(c)垂直单向流(d)顶棚孔板送风，下侧回风1 .散流器平送，顶棚回风气流分布如图(a)所示。散流器底面与顶棚在同一平面上，送出的气流为贴附于顶棚 的射流。射流的下侧卷吸室内空气，射流在近墙下降。顶棚上的回风口应远离散 流器。工作区基本上处于混合空气中。特点：通风效率E/低于侧送气流。换气效率4a约为0.3-0.6 。2 .向下送风，下侧回风气流分布如图(b)所示。散流器为向下送风口。射流在起始段不断卷吸周围空气，断 面逐渐扩大，当相邻射流搭接后，气流呈向下流动模式。工作区位于向下流动的气流中，在工作区上部是射流的混合区。特点：&和71a都比图(a)的高。3 .垂直单向流气流分布如图(c)所示。送风与回风都设静压箱。送风顶棚是孔板，下部是格栅地板, 在横断面上气流速度均匀，方向一致。特点：Ev 1,4a=l。4 .顶棚孔板送风，下侧部回风气流分布如图(d)所示，取消了格栅地板，改为一侧回风。不完全是单向流，气流在 下部偏向回风口。 特点：0 1, ”al,但比图(a)、(b)散流器送风的高。10.3.3 下部送风的气流分布图10-11为两种典型的下部送风的气流分布图。1 .地板送风气流分布如图(a)所示。送出的气流可以是水平贴附射流或垂直射流。射流卷吸下部的部分空气，在工作区形成许多小的混合气流。工作区内的人 体和热物体周围的空气变热而形成“热射流”，卷吸周围的空气上升，污染热气 流经上部回风口排出房间。当“热射流”卷吸所需的空气量 V0 ,认为合适；如V0,max x,认为设计合理, 否则重新假设风口数和风口尺寸。重复上述计算。以上的计算步骤与实例适用于对温度波动范围的控制要求并不严格的空调 房间。对于恒温恒湿空调房间的气流分布设计参阅文献7、8。10.4.2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叶片散流器的气流分布模式如 图10-10(a)所示，送出的气流贴附 于顶棚。盘式散流器送出的气流扩散角大，接近平送流型。图10-13散流器平面布置图(a)对称布置(b)梅花形布置1-柱2-方形散流器3-三面送风散流器散流器的布置原则要考虑建筑结构的特点，散流器平送方向不得有障碍物(如柱)。一般按对称布置或梅花形布置(如图10-13所示)。每个圆形或方形散流器所服务的区域最好为正方形或接近正方形；如果散流器服务区的长宽比大于1.25时，直选用矩形散流器。如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距散流器最远处。散流器射流的速度衰减方程根据P.J杰克曼(P.J.Jackman)对圆形多层锥面和盘式散流器的实验结果，散流器射流的速度衰减方程为1 /2(10-16)Vx _ KAVox Xo式中x-以散流器中心为起点的射流水平距离，mvx-在x处的最大风速，m/s；v0-散流器出口风速，m/s；x0-平送射流原点与散流器中心的距离，多层锥面散流器取0.07m；a-散流器的有效流通面积，m；K-系数，多层锥面散流为1.4,盘式散流气为1.1。室内平均风速vm(m/s)与房间大小、射流的射程有关，即式中L-H- r-0.381rL vm = 22172(L /4 H )散流器服务区边长，成 房间净高，m射流射程与边长l之比。(10-17)rL-射程，即为散流器中心到风速为 0.5m/s处的距离，通常把射程控制 在到房间(区域)边缘之75%。式(10-17)是等温射流的计算公式。当送冷风时，应增加 20%,送热风时减 少20气流分布设计步骤布置散流器；预选散流器；校核射流的射程和室内平均风速。2 .流线型散流器送风流线型散流器送风的空气分布见 图10-10(b) 混合层的高度hm在布置散流器密度时,(10-18)要使混合层的为了使工作区位于向下的流动气流中, 高度hm不得延伸到工作区，即H-hm工作区高度1hm =(L-2d0)(10-19)2tgF1.8-2m; L-散式中H-房间的净高，m；工作区高度按工艺要求确定，一般为 流器的中心距，m； d。-散流器颈部直径，m； 8-散流器射流边缘与中心线的火 角，取决于散流器叶片的竖向间距，查风口样本或手册。射流轴心速度衰减的规律vz _ 0.6 v Z/d0(Z 4d 时)(10-20)式中v-散流器颈部的风速，m/s； Z-从散流器出口算起的射程，m vz-距风 口 Z处的轴心速度，m/s。射流的温度衰减规律(10-21)tzCzts -Z/d0式中 Ats为送风温差，C； Atz-射程Z处的射流温度与工作区温度之差；Cz- 实验系数。10. 4. 3条形散流器送风图1O-14为双条缝散流器平送风的气流分布模式。散流器可采用图10-4(d) 的可调式放流器或固定叶片放流器W10-14双条健散流法*送风图1071.风口速度衰减方程vx二KVo根据P. J杰克曼的实验结果，条形风口速度衰减方程为(10-22)式中x-从条缝中心为起点的射流水平距离，m由于条缝很小，射流原点与条 缝中心很近，可视为同心；系数K= 2.35;b-条形宽度，m；其余符号同式(10-16) 2.室内的平均风速与房间尺寸、射流长度有关，可按下式计算：r r、T2Vm=0.25L、L2THy J(10-23)式中L-风口中心到房间墙边或服务区域边缘的距离，m r-射流末端风速为0.5m/s的射程与风口到墙边(或服务区域边缘)距离L之比，一般取0.75。式(10-23)为等温射流的公式。当送冷风时，Vm应增加20%;送热风时，减 少 20%。3.设计步骤同散流器的设计步骤。注意：公式(10-22)、(10-23)是两个相反方向送风条缝的计算公式，也适用于两个条缝分别设在墙边相对送风的模式。10.4.4 喷口送风大空间空调或通风常用喷口送风， 可以侧送，也可以垂直下送。喷口通常是 平行布置的，当喷口相距较近时，射流达到一定射程时会互相重叠而汇合成一片 气流。对于这种多股平行非等温射流的计算可采用中国建筑科学研究院空调所实 验研究综合的计算公式。许多场合，多股射流在接近工作区附近重叠，为简单起见，可以利用单股自由射流计算公式进行计算。1 .喷口垂直向下送风轴心速度衰减方程1/3vxd0 I ! Ar xc 八=K|11.9 (10-24)Vox 一 K d0 -式中d 0-喷口出口直径，m,对于矩形喷口，利用式(10-13)按面积进行折算；Ar按式（10-11）计算；x-离风口的距离，m K-射流常数。送冷风取“十”，送 热风取“一”。轴心温度衰减方程2tx =0.83vx（10-25）tsVo设计计算步骤根据建筑平面特点布置风口，确定每个风口的送风量。假定喷口出口直径do,按式（10-24）计算射流到工作区（即x =房间净高- 工作区高度）的风速vx,如果vx符合设计要求的风速，则进行下一步计算；否则 需重新假定do或重新布置风口，再进行计算。用式（10-25）校核区域温差A tx是否符合要求，如果不符合要求，也需重 新假定do或重新布置风口。2.喷口侧送风设喷口与水平轴有一倾角 a ,向下倾为正，向上为负。倾角的大小根据射 流预定的到达位置确定。通常送热风时下倾，而送冷风时a =0。射流中心线轨迹方程yx ,0.42Ar二tg：d0d0K在(x,y)点处的射流轴心速度Vxdcos：一二 Kd0 COSa )(10-26)v。轴心温度衰减方程(10-27)Vx= 0.83 xV0设计步骤与垂直送风相同