室内气流分布41939.pdf

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 VCVVVVVVE 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 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 sseTttttE (10-2) 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 )0()(0cdrcA (10-3) ⑶全室平均空气龄：全室各点的局部平均空气龄的平均值 VdVV1 （10-4） 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 00)()(drcdrceeA (10-5)  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 2r （10-6） 理论上空气在室内的最短的滞留时间为 NVVn1 （10-7） 式中 V 为房间体积， m3；V为送入房间的空气量， m3/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 2nrna （10-8） 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 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 ⑥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 图 10-5 固定叶片条形散流器 (a)直流式 (b)单侧流 (c)双侧流 ⑦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 ⑧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 180º范围内送风；置于墙角处，在 90º范围内送风；置于厅中央，在 360º范围内送风图 10-7 所示为 180º范围送风口 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-铰链 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单。

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 l0-8 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 百叶风口可绕铰链转动，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 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 侧送风的气流分布 图 l0-9 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 ⑴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 ⑵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间 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 EV和温度效率 ET接近于 1但换气效率 ηa 较低，大约小于 2．上侧送风，对侧下部回风 ⑴气流分布 如图(b)，工作区在回流和涡流区中 ⑵特点：回风的污染物浓度低于工作区的浓度，E v＜1 3．上侧送风，同侧上部回风 ⑴气流分布 如图(c)，气流分布形式与图(a)相类似 ⑵特点：EV比图(a)要稍低一些，ηa= 4．双侧送，双侧下回 如图(d)，相当于图(a)中气流分布的并列模式 5．上部两侧送，上回 如图(e)，相当于图(c)中气流分布的并列模式 图(d)、(e)适用于房间宽度大，单侧送风射流达不到对侧墙时的场合 6．中部侧送风、下部回风、上部排风 对于高大厂房可采用此种气流分布，如图(f)所示 当送冷风时， 射流向下弯曲 这种送风方式在工作区的气流分布模式基本上与(d)相类似 上部区域温湿度不需控制，可进行部分排风；尤其是热车间，上部排风可以有效排除室内的余热 7．水平单向流 如图(g)，两侧都应设静压箱，使气流在房间的断面上均匀分布 回风口附近 EV＝1；在气流的上游侧 EV>1；在靠近送风口处 EV=∞。

换气效率 Va＝l 这种气流分布模式多用于洁净空调  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 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  图 l0-10 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 ⑴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 ⑵特点：通风效率 EV低于侧送气流换气效率 ηa约为 2．向下送风，下侧回风 ⑴ 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 ⑵ 特点：EV和 ηa都比图(a)的高。

3．垂直单向流 ⑴ 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 ⑵ 特点：EV＞1，ηa＝l 4．顶棚孔板送风，下侧部回风 ⑴ 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 ⑵ 特点：EV＞1，ηa

⑵特点：工作区内气流近似于单向流；通风效率 EV和温度效率 ET都很高，换气效率 ηa＝；节省冷量，有较高的室内空气品质 不适用于送热风的场合  图 10-11 下部送风的室内气流分布 (a)地板送风 (b)下部低速侧送风 2.下部低速侧送 ⑴ 气流分布 如图 10-11 图(b)所示送风口速度很低，一般约为 s 低温度送风气流沿地面扩散开来， 在下部形成一层温度较低的送风气流， 室内的人体和热物体使其周围的空气受热上升， 污染热气流从上部的回风口排出室外送风气流不断补充、置换上升的热气流，形成接近单向的向上气流这种气流分布模式是置换通风的最基本形式 ⑵特点：通风效率和温度效率都很高，换气效率 ηa约为 下部送风还有座椅送风方式，即在座椅下或椅背处送风通常用于影剧院、体育馆的观众厅 注意：下部送风垂直温度梯度都较大，设计时应进行校核 送风温度不应太低，避免足部有冷风感 下部送风适用于计算机房、办公室、会议室、观众厅等场合  室内气流分布的设计计算 气流分布设计（气流组织设计）的任务：选择气流分布形式，确定送、回风口的形式、数量、尺寸及布置，计算送风射流参数。

侧送风的计算 1．受限气流的基本概念 除高大空间中的侧送风气流可看作自由射流外，大部分房间的侧送风气流（如图 10-9） ，都是受限射流射流的边界受到房间顶棚、墙等限制影响 ⑴气流分布 前苏联学者研究表明： 气流从风口喷出后的开始阶段仍按自由射流的特性扩散，射流断面与流量逐渐增大，边界为一直线； 当射流断面扩展到房屋断面的 20％-25％时，射流断面扩展的速度比自由射流要缓慢； 当射流断面扩展到房屋断面的 40％-42％时，射流断面和流量都达到最大(图 10-12中断面Ⅰ-Ⅰ)，之后断面和流量逐渐减小，直到消失 图 10-12 受限射流断面图 ⑵射流受限的程度 用射流自由度0dA来表示，其中A 为房间的断面积，m2，当有多股射流时，A 为射流服务区域的断面积；d0为风口的直径，m，当为矩形风口时按面积折算成圆的直径 ⑶回流最大平均速度 回流区中风速最大断面应在射流扩展到最大断面积的断面处(图 10-12 中I-I 断面)，因这里是回流断面最小的地方 试验结果表明，回流最大平均速度(即工作区的最大平均速度)vr,max(m/s)与风口出口风速 v0(m/s)有如下关系： 69. 000,dAvvmanr (10-9) 如果工作区允许最大风速为，则允许最大的出口风速为 0, 0)43. 0~29. 0(dAvman (10-10) 另外，出口风速还应考虑噪声的要求，一般宜在 2-5m/s 内选取；对噪声控制要求高的场合，风速应取小值。

⑷温度衰减的变化规律 在空调房间内，射流在流动过程中，不断掺混室内空气，其温度逐渐接近室内温度射流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 1℃的空调房间，可认为只与射程有关 温度衰减的变化规律,见表 10-1 温度衰减的变化规律 表 10-1 x/d0 2 4 6 8 10 15 20 25 30 40 Δtx/Δts ⑸射流的贴附长度 当送冷风时，射流将较早地脱离顶棚而下落射流的贴附长度与射流的阿基米得数 Ar 有关，即 rsoTvtgdAr20 （10-11） 式中 Δts--送风温差， 即室内工作区温度 tr与送风温度 ts之差， ℃； Tr＝273+tr，K； g--重力加速度，m/s2 Ar 数愈小，射流贴附长度愈长；Ar 愈大，贴附射程愈短 射流贴附长度 表 10-2 Ar(×103) 11 13 x/d0 80 51 40 35 32 30 28 26 23 21 19 ⑹房间高度 在布置风口时，风口应尽量靠近顶棚，使射流贴附顶棚。

另外，为了不使射流直接到达工作区，侧送风的房间高度 H≮H′ 3 . 007. 0sxhH (10-12) 式中 h--工作区高度， ；x 和 s 见图 9-12 所示；为安全裕度 2．气流组织设计要求  ⑴气流组织设计时，要求射流贴附长度达到对面墙处； ⑵要求该处的射流温度与工作区温度之差为 1℃左右；如果是恒温恒湿空调房间，应根据允许温度波动值来确定 3．气流组织设计计算方法及计算步骤 (1)按允许的射流温度衰减值，求出射流最小相对射程 x/do对于舒适性空调，射流末端温差 Δtx可取 1℃左右 (2)根据射流的实际长度和最小相对射程，计算风口允许的最大直径 d0，max从风口样本中预选风口的规格尺寸对于非圆形的风口，按面积折算风口直径，即 00128. 1Ad  (10-13) (3)设定风口数量 n，计算风口的出风速度，即 nAVv00 (10-14) 式中 ψ 为风口有效断面系数，可根据实际情况计算确定，或从风口样本上查找，对于双层百叶风口约为。

出口风速一般不宜大于 5m/s (4)根据房间的宽度 B 和风口数计算出射流服务区断面为 A=BH/n (10-15) 由此可以计算射流自由度0/dA，max,0v如0max,0vv，认为合适；如0max,0vv，则表明回流区平均风速超过了规定值超过太多时，应重新设置风口数和风口尺寸 (5)计算 Ar， 由表 10-2 确定射流贴附的射程x′， 如 x′≥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] 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 ⑴散流器的布置原则 ①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)。

②一般按对称布置或梅花形布置(如图 10-13 所示) ③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时，宜选用矩形散流器 如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距散流器最远处 ⑵散流器射流的速度衰减方程 根据杰克曼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 02/10xxKAvvx （10-16） 式中 x--以散流器中心为起点的射流水平距离， m； vx--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；  A--散流器的有效流通面积，m2； K--系数，多层锥面散流为，盘式散流气为 室内平均风速 vm(m/s)与房间大小、射流的射程有关，即 2/122)4/(381. 0HLrLvm （10-17） 式中 L--散流器服务区边长，m； H--房间净高，m； r--射流射程与边长 L 之比。

rL--射程，即为散流器中心到风速为 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％ ⑶气流分布设计步骤 ①布置散流器； ②预选散流器； ③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) ⑴混合层的高度 hm 为了使工作区位于向下的流动气流中，在布置散流器密度时，要使混合层的高度 hm不得延伸到工作区，即 H-hm≥工作区高度 (10-18) )2(210dLtghm (10-19) 式中 H--房间的净高，m；工作区高度按工艺要求确定，一般为；L--散流器的中心距，m；d0--散流器颈部直径，m；θ--散流器射流边缘与中心线的夹角，取决于散流器叶片的竖向间距，查风口样本或手册  ⑵射流轴心速度衰减的规律 )4d(Z /6 . 00时dZvvz (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。

⑶射流的温度衰减规律 /0dZCttzsz (10-21) 式中 Δts为送风温差，℃； Δtz--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 lO-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)的可调式散流器或固定叶片散流器 1. 风口速度衰减方程 根据 P．J 杰克曼的实验结果，条形风口速度衰减方程为 2/10xbKvvx (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＝；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： 2/12225. 0HLrLvm (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。

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 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 ⑴轴心速度衰减方程 3/10009 . 11dxKArxdKvvx (10-24) 式中 d0--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“—”  ⑵轴心温度衰减方程 83. 00vvttxsx (10-25) ⑶设计计算步骤 ①根据建筑平面特点布置风口，确定每个风口的送风量。

②假定喷口出口直径d0，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 d0或重新布置风口，再进行计算 ③用式(10-25)校核区域温差 Δtx是否符合要求，如果不符合要求，也需重新假定 d0或重新布置风口 2．喷口侧送风 设喷口与水平轴有一倾角 α，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α＝0 ⑴射流中心线轨迹方程 图 10-15 喷口侧送射流的轨迹 cos42. 0000dxKArtgdxdy (10-26) ⑵在(x,y)点处的射流轴心速度 xdKvvxcos00 (10-27) ⑶轴心温度衰减方程 83. 00vvttxsx ⑷设计步骤 与垂直送风相同 。