建筑环境学第6章通风与气流组织.docx

第六章通风与气流组织清华大学 建筑学院建筑技术科学系1气流组织对室内环境质量的意义B 气流组织的定义J 狭义：机械通风的送回风的搭配形式J 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(Air Distribution)Ý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B 气流组织的重要性：J 保证室内热湿环境和保证空气品质2本章内容B 通风（空调）的目的与方法B 室内气流分布的描述参数B 气流组织的测量与计算方法3通风（空调）的目的与方法4通风换气或空气调节B 通风采用稀释方法控制室内环境J 基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等B 空气调节J 多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、空气成分、气味等J 污染严重：直流式系统（即机械通风系统）J 污染不很严重：部分回风系统5通风的方式B 自然通风J 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J 特点 Ý不消耗动力或消耗很少的动力，节能 Ý可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质 Ý受建筑设计和气候条件限制，难以控制B 机械通风J 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J 特点 Ý可控制性强。

可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 Ý需要消耗 能源 Ý 初投资和运行费都比较高6自然通风B 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流过的风速为： ∆Pυ＝2∆Pζρ＝µ2 ∆PρB 驱动力压差J 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差J 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B 自然通风的分类J 热压通风J 风压通风J 风压和热压的联合作用下的自然通风7热压通风∆Pb + ( − ∆Pa ) = ∆Pb + ∆Pa = gh( ρ w − ρ n )bρwρnha8热压通风的基本概念b余压oh2中和面oh1a9余压Lia ( total ) = Fdi [(ρiout − ρ l ) H g 1 / 1.5 ] 1(1 + 1.5 ) mii的自然通风的热压引起筑建层多 hi iiLia = Fdi i [( ρ out − ρ in )hi g ]1 / 1.5 Z10通风自然的下压作用风11风压作用下的自然通风往往采用CFD或风洞模型实验的方法求取K值。

风压系数PfPf = Kυ2w2ρw12风洞模型实验13风压和热压的联合作用下的自然通风∆Pb = Pxb − K b2υw2ρ w = Pxa + hg ( ρ w − ρ n ) − K bw2υw2ρwKbPxbbtw ρwtn ρnPxa14∆Pa = Pxa − K aυ2w2ρwKaah常见的自然通风的形式中庭通风由于受热，气流上升中间隔断尽可能小风井通风空气从下面的开口进入单面通风高度，h高度，h 穿堂风Cross ventilation15穿堂风最大深度 5m机械通风气流组织形式B 混合通风J追求均匀的室内环境J 混合后的空气可能已被污染B 置换通风J 保证人员呼吸区的环境要求J 下送风，新鲜气流先送入工作区B 个性化送风J 满足不同个体的特殊性要求J 工位送风，独立可调16机械通风的气流组织形式B 三种典型的送风形式J 混合通风J 置换通风J 个性化送风17混合通风Fanger 教授的比方：置换通风或个体送风18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19室内气流分布的描述参数一. 通风量二. 气流分布与室内环境三. 空气龄及其他20室内气流分布的描述参数－－通风量通风量与 IAQ的关系21室内气流分布的描述参数－－通风量通风量与 IAQ的关系B 美国(欧洲)对学校，办公室的最新研究表明新风量与SBS之间有着一定的关系，当新风量小于36 m3/h人时，SBS 问题变得显著。

B 关于人体代谢污染的问题，第一印象 (FirstImpres sion) 使 80%的人能够满意的最小新风量是 27 m3/h人，对于已适应了室内环境的90%的人能够满足的最小新风量只需 9 m3/h人22室内气流分布的描述参数－－通风量新风通风换气量常用民用建筑新风量范围以坐为主、少吸烟、久逗留场所活动强度静坐极轻轻中等重CO2 发生量（m3/h.人）0.01440.01730.0230.0410.0748不同 CO2 允许浓度下必须的新风量（m3/h.人）0.1%20.624.732.958.6106.90.15% 1214.419.234.262.30.2%8.510.213.524.1 44 实际上，人体在静坐至重劳动状态，肺通气量为：11.6~80.4 L/min人，即0.7~ 4.8 m3/h人 (实际为一半)23室内气流分布的描述参数－－通风量新风通风换气量B 决定因素J 室内污染物允许浓度J 室外污染物浓度J 室内污染物发生量：发生量已知否？？？B 室内污染物产生对换气量的要求J 人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数为指标确定换气量J 消除烟臭的要求根据吸烟量确定J 污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测，通风量的确定仍然是需要研究的问题。

24室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境气流分布与室内环境的关系B 气流组织包含的内容J 风速分布（风速场或 流场）J 温度分布（温度场）J 湿度分布（湿度场）J 污染物浓度分布（污 染物浓度场，IAQ）B 总新风量满足要求 ，是否意味着IAQ一定满足要求？J 向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？J 室内空气更新的快慢如何？J 室内污染物被转移出去的速度如何？J 室内空气参数分布是否满足要求？25室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境气流分布(气流组织)评价的方法B 通风气流组织评价的三类参数J 描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察 区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：空气龄、换气 效率、送风可及性J 描述污染物排除有效性的参数，主要反映污染物到达考察 区域的程度以及到达该区域所需要的时间，如：污染物含 量和排空时间 、排污效率与余热排除效率 、污染物年龄 、 污染源可及性J 与热舒适关系密切的有关参数，如：不均匀系数 、空气扩 散性能指标(ADPI)B 如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的 参数对房间的通风效果进行总体评价26室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境理想的气流分布形式B两种典型的理想气流分布J 均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样J 活塞流动B 实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要复杂得多27室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境全面通风的基本微分方程式（均匀混合时的稀释方程）B QCS dτ + M d τ - Q C d τ =VdCdτdC =V QC s + M − QCdC QC s + M − QC =dτVB 在通风量Q一定、室内初始浓度为C1的时候，求C2与通风时间的关系：Q，Cs C  τQ   M τQ C 2 = C1 exp −+ Q + C s  1 − exp − V   V MCV MMB 稳定状态的关系式： C 2 = + C s 或 Q = Q C2 − C s28室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境活塞流动时的室内参数B由源强度和房间名义时间常数(换气次数的倒数)确定等于送风参数J 经过源之后等于均匀混合后的参数 V1τn = = QnJ 房间的温度、湿度和污染物浓度在经过源之前29室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他空气龄 Air ageB 最早于20世纪80年代由Sandberg提出。

空气龄是指送风到达房间某点的时间B 某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空气品质就越好B 如果某点的空气年龄为τ的空气微团在某点空气中所占的比例分布即概率分布f(τ)，有B 累计分布函数 τ f (τ )dτ = F (τ ) ∫0∫0 f (τ )dτ = 1∞PB 则某点的平均空气龄为τ p = ∫ τ f (τ )dτ = ∫ [1 − F (τ )]dτ00∞∞τP30室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他与空气龄相关的两个参数B残余时间(Residual lifetime)J空气从当前位置到离开房间的时间 τrlB驻留时间(Residence time )J空气离开房间时空气龄 τr进口τ p + τ rl =τrτp也称作“换气时间”置换室内全部现存空气的时间进口点Pτrτr1出口出口31室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他几处典型的空气龄B 房间平均空气龄J 等于房间各点空气龄的体平均 ∑τ piViτp =VPτeCeB 典型流型的空气龄J 活塞流：τp ＝ τe / 2τ r = τ e= τ nJ 均匀混合流：τp ＝ τeτr= 2τp= 2 τeτPB 非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口年龄最老——如果没有滞留区的话32室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他换气效率不涉及污染源的位置B 理论上最短的换气时间是多少？J “理想活塞流” 的换气效率最高，房间的平均空气龄最小 τn τe τ p理想 = =22B 换气效率的定义J 实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流的平均空气龄的比值倒数为换气效率（<1），反映了新鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快。