清华大学建筑环境学第6章通风与气流组织

1、第六章第六章 通风与气流组织通风与气流组织清华大学清华大学清华大学清华大学 建筑学院建筑学院建筑学院建筑学院建筑技术科学系建筑技术科学系建筑技术科学系建筑技术科学系1气流组织对室内环境质量的意义气流组织对室内环境质量的意义B 气流组织的定义气流组织的定义气流组织的定义气流组织的定义JJ 狭义：机械通风的送回风的搭配形式狭义：机械通风的送回风的搭配形式狭义：机械通风的送回风的搭配形式狭义：机械通风的送回风的搭配形式JJ 广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布室内气流分布室内气流分布室内气流分布(Air Distribution) (Air Distribution) (Air Distribution) (Air Distribution) 送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、湿度、污染物浓度等湿度、污染物浓度等湿度、污染物浓

2、度等湿度、污染物浓度等 B 气流组织的重要性：气流组织的重要性：气流组织的重要性：气流组织的重要性：JJ 保证室内热湿环境和保证空气品质保证室内热湿环境和保证空气品质保证室内热湿环境和保证空气品质保证室内热湿环境和保证空气品质 2本章内容本章内容B 通风（空调）的目的与方法通风（空调）的目的与方法 B 室内气流分布的描述参数室内气流分布的描述参数B 气流组织的测量与计算方法气流组织的测量与计算方法 3通风（空调）的通风（空调）的目的与方法目的与方法4通风换气或空气调节通风换气或空气调节采用稀释方法控制室内环境采用稀释方法控制室内环境B 通风通风通风通风JJ 基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等B 空气调节空气调节空气调节空气调节JJ 多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、空气成分、气味等空气成分、气味等空气成分、气味等空气成分、

3、气味等JJ 污染严重：直流式系统（即机械通风系统）污染严重：直流式系统（即机械通风系统）污染严重：直流式系统（即机械通风系统）污染严重：直流式系统（即机械通风系统）JJ 污染不很严重：部分回风系统污染不很严重：部分回风系统污染不很严重：部分回风系统污染不很严重：部分回风系统5通风的方式通风的方式BB 自然通风自然通风自然通风自然通风JJ 利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通风换气方式风换气方式风换气方式风换气方式 JJ 特点特点特点特点不消耗动力或消耗很少的动力，节能不消耗动力或消耗很少的动力，节能不消耗动力或消耗很少的动力，节能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可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质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，难以控制受建筑设计和气候条件限制，难以控制受建筑设计和气候条件限制，难以控

4、制受建筑设计和气候条件限制，难以控制BB 机械通风机械通风机械通风机械通风JJ利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的方式方式方式方式JJ 特点特点特点特点可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布需要消耗需要消耗需要消耗需要消耗 能源能源能源能源 初投资和运行费都比较高初投资和运行费都比较高初投资和运行费都比较高初投资和运行费都比较高6BB 基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差 P P P P，就会就会就会就会有空气流过开口。流过的风速为：有空气流过开口。流过的风速为：有空气流过开口。流过的风速为：有空气流过开口。流过的风速为：BB驱动力驱动力驱动力

5、驱动力压差压差压差压差JJ热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差JJ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压差压差压差BB自然通风的分类自然通风的分类自然通风的分类自然通风的分类JJ 热压通风热压通风热压通风热压通风JJ 风压通风风压通风风压通风风压通风JJ 风压和热压的联合作用下的自然通风风压和热压的联合作用下的自然通风风压和热压的联合作用下的自然通风风压和热压的联合作用下的自然通风自然通风自然通风 P P7热压通风热压通风h h w w n nb ba a8热压通风的基本概念热压通风的基本概念余压余压余压余压9多多层层建建筑筑的的热热压压引引起起的的自自然然通通风风余压余压余压余压10风风压压作作用用下下的的自自然然通通风风11风压作用下的自然通风风压作用下的

6、自然通风P Pf f 往往采用往往采用往往采用往往采用CFDCFD或风洞模型实验的或风洞模型实验的或风洞模型实验的或风洞模型实验的方法求取方法求取方法求取方法求取KK值。值。值。值。风压系数风压系数风压系数风压系数12风洞模型实验风洞模型实验13风压和热压的联合作用下的风压和热压的联合作用下的自然通风自然通风14常见的自然通风的形式常见的自然通风的形式中庭通风中庭通风中庭通风中庭通风风井通风风井通风风井通风风井通风单面通风单面通风单面通风单面通风穿堂风穿堂风穿堂风穿堂风Cross ventilationCross ventilation15机械通风气流组织形式机械通风气流组织形式B 混合通风混合通风混合通风混合通风JJ追求均匀的室内环境追求均匀的室内环境追求均匀的室内环境追求均匀的室内环境JJ 混合后的空气可能已被污染混合后的空气可能已被污染混合后的空气可能已被污染混合后的空气可能已被污染B 置换通风置换通风置换通风置换通风JJ 保证人员呼吸区的环境要求保证人员呼吸区的环境要求保证人员呼吸区的环境要求保证人员呼吸区的环境要求JJ 下送风，新鲜气流先送入工作区下送风，新鲜气流先送入工作区

7、下送风，新鲜气流先送入工作区下送风，新鲜气流先送入工作区B 个性化送风个性化送风个性化送风个性化送风JJ满足不同个体的特殊性要求满足不同个体的特殊性要求满足不同个体的特殊性要求满足不同个体的特殊性要求JJ 工位送风，独立可调工位送风，独立可调工位送风，独立可调工位送风，独立可调16机械通风的气流组织形式机械通风的气流组织形式BB三种典型的送风形式三种典型的送风形式三种典型的送风形式三种典型的送风形式JJ混合通风混合通风混合通风混合通风JJ置换通风置换通风置换通风置换通风JJ个性化送风个性化送风个性化送风个性化送风17混合通风的气流形式混合通风的气流形式上送上回上送上回上送上回上送上回上送下回上送下回上送下回上送下回下送下回下送下回下送下回下送下回侧送上下回侧送上下回侧送上下回侧送上下回18室内气流分布的描室内气流分布的描述参数述参数一.一.通风量通风量通风量通风量二.二.气流分布与室内环境气流分布与室内环境气流分布与室内环境气流分布与室内环境三.三.空气龄及其他空气龄及其他空气龄及其他空气龄及其他19通风量与通风量与 IAQIAQ的关系的关系室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描

8、述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量20通风量与通风量与 IAQIAQ的关系的关系B 美国美国美国美国( ( ( (欧洲欧洲欧洲欧洲) ) ) )对学校，办公室的最新研究表明对学校，办公室的最新研究表明对学校，办公室的最新研究表明对学校，办公室的最新研究表明新风量与新风量与新风量与新风量与SBSSBSSBSSBS之间有着一定的关系，当新风量之间有着一定的关系，当新风量之间有着一定的关系，当新风量之间有着一定的关系，当新风量小于小于小于小于36 36 36 36 m m m m3 3 3 3/h/h/h/h人时，人时，人时，人时，SBS SBS SBS SBS 问题变得显著。问题变得显著。问题变得显著。问题变得显著。B 关于关于关于关于人体人体人体人体代谢代谢代谢代谢污染的问题，第一印象污染的问题，第一印象污染的问题，第一印象污染的问题，第一印象 ( ( ( (First First First First ImpresImpresImpresImpres sion) sion) sion) sion) 使使使使 80% 80% 80% 80%的人能够满意

9、的最小新的人能够满意的最小新的人能够满意的最小新的人能够满意的最小新风量是风量是风量是风量是 27 27 27 27 m m m m3 3 3 3/h/h/h/h人，对于已适应了室内环境的人，对于已适应了室内环境的人，对于已适应了室内环境的人，对于已适应了室内环境的 90%90%90%90%的人能够满足的最小新风量只需的人能够满足的最小新风量只需的人能够满足的最小新风量只需的人能够满足的最小新风量只需 9 9 9 9 m m m m3 3 3 3/h/h/h/h人人人人。 室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量21新风通风换气量新风通风换气量常用民用建筑新风量范围常用民用建筑新风量范围常用民用建筑新风量范围常用民用建筑新风量范围以坐为主、少吸烟、久逗留场所以坐为主、少吸烟、久逗留场所以坐为主、少吸烟、久逗留场所以坐为主、少吸烟、久逗留场所室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量 实际上，人体在静坐至重劳动状态，肺通气量为：实际上，人体在静坐至

10、重劳动状态，肺通气量为：实际上，人体在静坐至重劳动状态，肺通气量为：实际上，人体在静坐至重劳动状态，肺通气量为：11.680.4 L/min11.680.4 L/min11.680.4 L/min11.680.4 L/min人，即人，即人，即人，即0.7 4.8 m0.7 4.8 m0.7 4.8 m0.7 4.8 m3 3 3 3/h/h/h/h人人人人 ( ( ( (实际为一半实际为一半实际为一半实际为一半) ) ) )22新风通风换气量新风通风换气量B 决定因素决定因素决定因素决定因素JJ 室内污染物允许浓度室内污染物允许浓度室内污染物允许浓度室内污染物允许浓度JJ 室外污染物浓度室外污染物浓度室外污染物浓度室外污染物浓度JJ 室内污染物发生量：发生量已知否？室内污染物发生量：发生量已知否？室内污染物发生量：发生量已知否？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室内污染物产生对换气量的要求室内污染物产生对换气量的要求室内污染物产生对换气量的要求JJ 人体代谢生物污染：以人体代谢生物污染：以人体代谢生物污染：以人体代谢生物污染：以COCOCOCO2 2 2

11、2浓度或臭气强度指数浓度或臭气强度指数浓度或臭气强度指数浓度或臭气强度指数为指标确定换气量为指标确定换气量为指标确定换气量为指标确定换气量JJ 消除烟臭的要求根据吸烟量确定消除烟臭的要求根据吸烟量确定消除烟臭的要求根据吸烟量确定消除烟臭的要求根据吸烟量确定JJ 污染物发生量：污染物发生量：污染物发生量：污染物发生量：VOCVOCVOCVOC等微量产生的污染难以监测，等微量产生的污染难以监测，等微量产生的污染难以监测，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。通风量的确定仍然是需要研究的问题。通风量的确定仍然是需要研究的问题。通风量的确定仍然是需要研究的问题。室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量室内气流分布的描述参数通风量23气流分布与室内环境的关系气流分布与室内环境的关系BB总新风量满足要求总新风量满足要求总新风量满足要求总新风量满足要求 ，是否意味着，是否意味着，是否意味着，是否意味着IAQIAQIAQIAQ一定满足要求？一定满足要求？一定满足要求？一定满足要求？JJ向室内引入的新风是否都进入了呼吸区向室内引入的新风是

12、否都进入了呼吸区向室内引入的新风是否都进入了呼吸区向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？JJ室内空气更新的快慢如何室内空气更新的快慢如何室内空气更新的快慢如何室内空气更新的快慢如何？JJ室内污染物被转移出去的室内污染物被转移出去的室内污染物被转移出去的室内污染物被转移出去的速度速度速度速度如何如何如何如何？JJ室内室内室内室内空气参数分布是否满足要求？空气参数分布是否满足要求？空气参数分布是否满足要求？空气参数分布是否满足要求？BB气流组织包含的内容气流组织包含的内容气流组织包含的内容气流组织包含的内容JJ风速分布（风速场或风速分布（风速场或风速分布（风速场或风速分布（风速场或流场）流场）流场）流场）JJ温度分布（温度场）温度分布（温度场）温度分布（温度场）温度分布（温度场）JJ湿度分布（湿度场）湿度分布（湿度场）湿度分布（湿度场）湿度分布（湿度场）JJ污染物浓度分布（污污染物浓度分布（污污染物浓度分布（污污染物浓度分布（污染物浓度场，染物浓度场，染物浓度场，染物浓度场，IAQIAQIAQIAQ）室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布

13、的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境24气流分布气流分布(气流组织气流组织)评价的方评价的方法法BB通风气流组织评价的三类参数通风气流组织评价的三类参数通风气流组织评价的三类参数通风气流组织评价的三类参数JJ描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察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：区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：空气龄、换气空气龄、换气空气龄、换气空气龄、换气效率、送风可及性效率、送风可及性效率、送风可及性效率、送风可及性JJ描述污染物排除有效性的参数，主要反映污染物到达考察描述污染物排除有效性的参数，主要反映污染物到达考察描述污染物排除有效性的参数，主要反映污染物到达考察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：污染物含区域的程度以及到达该区域所需要的时间，如：

14、污染物含区域的程度以及到达该区域所需要的时间，如：污染物含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量和排空时间量和排空时间量和排空时间 、排污效率与余热排除效率排污效率与余热排除效率排污效率与余热排除效率排污效率与余热排除效率 、污染物年龄、污染物年龄、污染物年龄、污染物年龄 、污染源可及性、污染源可及性、污染源可及性、污染源可及性 JJ与热舒适关系密切的有关参数，如：与热舒适关系密切的有关参数，如：与热舒适关系密切的有关参数，如：与热舒适关系密切的有关参数，如：不均匀系数不均匀系数不均匀系数不均匀系数 、空气扩、空气扩、空气扩、空气扩散性能指标散性能指标散性能指标散性能指标(ADPI)(ADPI)(ADPI)(ADPI) BB如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的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参数对房间的通风效果进行总体评价参数对房间的通风效果进行总体评价参数对房间的通风效果进行总体评价室内气流分布的描述参数气流分布与室内环

15、境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境25B两种典型的理想气流分布两种典型的理想气流分布两种典型的理想气流分布两种典型的理想气流分布JJ 均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样JJ 活塞流动活塞流动活塞流动活塞流动B 实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要复杂得多复杂得多复杂得多复杂得多理想的气流分布形式理想的气流分布形式室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境26全面通风的基本微分方程式全面通风的基本微分方程式（均匀混合时的稀释方程均匀混合时的稀释方程）B QCQCQCQCS S S S d d d d + M d + M d + M d + M d

16、- Q C d - Q C d - Q C d - Q C d = = = =VdCVdCVdCVdCB 在通风量在通风量在通风量在通风量Q Q Q Q一定、室内初始浓度为一定、室内初始浓度为一定、室内初始浓度为一定、室内初始浓度为C C C C1 1 1 1的时候，的时候，的时候，的时候，求求求求C C C C2 2 2 2与通风时间的关系：与通风时间的关系：与通风时间的关系：与通风时间的关系：B 稳定状态的关系式：稳定状态的关系式：稳定状态的关系式：稳定状态的关系式：MMQQ，C Cs sC CV VC C室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境或或或或27活塞流动时的室内参数活塞流动时的室内参数B由源强度和由源强度和由源强度和由源强度和房间名义时间常数房间名义时间常数房间名义时间常数房间名义时间常数( ( ( (换气次数的换气次数的换气次数的换气次数的倒数倒数倒数倒数) ) ) )确定确定确定确定JJ 房间的温度、湿度和污染物浓度在经过源之前房间的温度、湿度和污

17、染物浓度在经过源之前房间的温度、湿度和污染物浓度在经过源之前房间的温度、湿度和污染物浓度在经过源之前等于送风参数等于送风参数等于送风参数等于送风参数JJ 经过源之后等于均匀混合后的参数经过源之后等于均匀混合后的参数经过源之后等于均匀混合后的参数经过源之后等于均匀混合后的参数室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境室内气流分布的描述参数气流分布与室内环境28室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他空气龄空气龄 Air ageAir ageBB 最早于最早于最早于最早于20202020世纪世纪世纪世纪80808080年代由年代由年代由年代由SandbergSandbergSandbergSandberg提出。空气龄是提出。空气龄是提出。空气龄是提出。空气龄是指送风到达房间某点的时间。指送风到达房间某点的时间。指送风到达房间某点的时间。指送风到达房间某点的时间。BB 某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空某点的空气

18、龄越小，说明该点的空气越新鲜，空某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空气品质就越好。气品质就越好。气品质就越好。气品质就越好。BB 如果某点的空气年龄为如果某点的空气年龄为如果某点的空气年龄为如果某点的空气年龄为 的空气微团在某点空气中的空气微团在某点空气中的空气微团在某点空气中的空气微团在某点空气中所占的比例分布即概率分布所占的比例分布即概率分布所占的比例分布即概率分布所占的比例分布即概率分布f(f(f(f( ) ) ) )，有，有，有，有BB累计分布函数累计分布函数累计分布函数累计分布函数 BB则某点的平均空气龄为则某点的平均空气龄为则某点的平均空气龄为则某点的平均空气龄为P P P P29与空气龄相关的两个参数与空气龄相关的两个参数B残余时间残余时间残余时间残余时间(Residual lifetime)(Residual lifetime)(Residual lifetime)(Residual lifetime)JJ空气从当前位置到离开房间的时间空气从当前位置到离开房间的时间空气从当前位置到离开房间的时间空气从当前位置到离开房间的时

19、间 rlrlrlrlB驻留时间驻留时间驻留时间驻留时间(Residence time )(Residence time )(Residence time )(Residence time )JJ空气离开房间时空气龄空气离开房间时空气龄空气离开房间时空气龄空气离开房间时空气龄 r r r r室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他也称作也称作也称作也称作“ “换气时间换气时间换气时间换气时间” ”置换室内全部现存置换室内全部现存置换室内全部现存置换室内全部现存空气的时间空气的时间空气的时间空气的时间 30几处典型的空气龄几处典型的空气龄BB 房间平均空气龄房间平均空气龄房间平均空气龄房间平均空气龄JJ 等于房间各点空气龄的体平均等于房间各点空气龄的体平均等于房间各点空气龄的体平均等于房间各点空气龄的体平均BB 典型流型的空气龄典型流型的空气龄典型流型的空气龄典型流型的空气龄JJ 活塞流：活塞流：活塞流：活塞流：p p p p e e e e / 2 / 2 / 2 / 2 r r r r= =

20、 = = e e e e= = = = n n n nJJ 均匀混合流：均匀混合流：均匀混合流：均匀混合流：p p p p e e e e r r r r= 2= 2= 2= 2p p p p= 2 = 2 = 2 = 2 e e e eBB非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年龄最老。龄最老。龄最老。龄最老。P P P PC Ce e室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他 e e31换气效率换气效率不涉及污染源的位置不涉及污染源的位置B 理论上最短的换气时间是多少？理论上最短的换气时间是多少？理论上最短的换气时间是多少？理论上最短的换气时间是多少？JJ “ “ “ “理想活塞流理想活塞流理想活塞流理想活塞流” ” ” ” 的换气效率最高，房间的平均的换气效率最高，房间的平均的换气效率最高，房间的平均的换气效率最高，房间的平均空气龄最小空气龄最小空气龄最

21、小空气龄最小 B 换气效率的定义换气效率的定义换气效率的定义换气效率的定义JJ 实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流的平均实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流的平均实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流的平均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（空气龄的比值倒数为换气效率（空气龄的比值倒数为换气效率（空气龄的比值倒数为换气效率（1111），反映了新），反映了新），反映了新），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鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快慢的比较慢的比较慢的比较慢的比较室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他32B 空间各点的换气效率的定义空间各点的换气效率的定义B 空间各点的换气效率可以大于空间各点的换气效率可以大于1 1，反，反映了新鲜空气替换原有空气的有效程映了新鲜空气替换原有空气的有效程度度换气效率换气效率不涉及污染源的位置不涉及污染源的位置室

22、内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他33常见送回风形式的换气效率常见送回风形式的换气效率室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他34一个对比的概念一个对比的概念一个对比的概念一个对比的概念排污效率：排污效率：涉及污染源的位置涉及污染源的位置BB排污效率排污效率排污效率排污效率JJ充分混合流充分混合流充分混合流充分混合流 1 1 1 1 JJ 活塞流活塞流活塞流活塞流 均匀污染源均匀污染源均匀污染源均匀污染源 2 2 2 2 如果污染源在出口呢如果污染源在出口呢如果污染源在出口呢如果污染源在出口呢？ 污染源在入口呢？污染源在入口呢？污染源在入口呢？污染源在入口呢？BB余热排除效率余热排除效率余热排除效率余热排除效率JJ用得热代替污染物，温度代用得热代替污染物，温度代用得热代替污染物，温度代用得热代替污染物，温度代替污染物浓度替污染物浓度替污染物浓度替污染物浓度平均排污效率平均排污效率平均排污效率平

23、均排污效率局部排污效率局部排污效率局部排污效率局部排污效率P PC Ce e, , t te eC Cs s, , t ts s也称：通风效率也称：通风效率也称：通风效率也称：通风效率室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他35送风可及性送风可及性( (清华，清华，2003)2003)Accessibility of Supply Air: ASAAccessibility of Supply Air: ASA BB 传统的气流组织评价指标，如空气龄和换气效率，传统的气流组织评价指标，如空气龄和换气效率，传统的气流组织评价指标，如空气龄和换气效率，传统的气流组织评价指标，如空气龄和换气效率，均反映的是稳态情况均反映的是稳态情况均反映的是稳态情况均反映的是稳态情况BB 需要反映送风在任意时刻到达室内各点的能力，考需要反映送风在任意时刻到达室内各点的能力，考需要反映送风在任意时刻到达室内各点的能力，考需要反映送风在任意时刻到达室内各点的能力，考虑有限时间内送风的有效性虑有限时间内送风的有效性虑有

24、限时间内送风的有效性虑有限时间内送风的有效性BB 定义定义定义定义JJ在流场不变的条件下，假设某一送风口的空气含有浓度为在流场不变的条件下，假设某一送风口的空气含有浓度为在流场不变的条件下，假设某一送风口的空气含有浓度为在流场不变的条件下，假设某一送风口的空气含有浓度为C C C Cs,is,is,is,i的指示剂气体，房间内部无源，则该送风口在历时的指示剂气体，房间内部无源，则该送风口在历时的指示剂气体，房间内部无源，则该送风口在历时的指示剂气体，房间内部无源，则该送风口在历时T T T T后后后后对空间位置对空间位置对空间位置对空间位置i i i i的可及性为的可及性为的可及性为的可及性为室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他送风到达送风到达送风到达送风到达i i点的百分比点的百分比点的百分比点的百分比36不同时刻的送风可及性发展情况不同时刻的送风可及性发展情况（深色区域内（深色区域内ASAASA大于大于0.50.5）室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他

25、室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他37可及性的物理意义可及性的物理意义B 可及性是流场自身的特性，与送风有无指示可及性是流场自身的特性，与送风有无指示可及性是流场自身的特性，与送风有无指示可及性是流场自身的特性，与送风有无指示剂无关剂无关剂无关剂无关B 可及性反映了在经历了一定时间后，各风口可及性反映了在经历了一定时间后，各风口可及性反映了在经历了一定时间后，各风口可及性反映了在经历了一定时间后，各风口送风到达空间各点的相对程度送风到达空间各点的相对程度送风到达空间各点的相对程度送风到达空间各点的相对程度B 单一风口经过足够长时间后，空间各点的可单一风口经过足够长时间后，空间各点的可单一风口经过足够长时间后，空间各点的可单一风口经过足够长时间后，空间各点的可及性均为及性均为及性均为及性均为1 1 1 1B 多个风口经过足够长时间后，在空间各点的多个风口经过足够长时间后，在空间各点的多个风口经过足够长时间后，在空间各点的多个风口经过足够长时间后，在空间各点的可及性和为可及性和为可及性和为可及性和为1 1 1 1室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分

26、布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他38不均匀系数不均匀系数B 反映气流温度场和速度场的不均匀程度。反映气流温度场和速度场的不均匀程度。反映气流温度场和速度场的不均匀程度。反映气流温度场和速度场的不均匀程度。t t均方根偏差均方根偏差均方根偏差均方根偏差温度不均匀系数温度不均匀系数温度不均匀系数温度不均匀系数室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他速度不均匀系数速度不均匀系数速度不均匀系数速度不均匀系数39空气扩散性能指标空气扩散性能指标ADPIADPI (Air Diffusion Performance Index) (Air Diffusion Performance Index)B 定义定义定义定义JJ 空间内满足规定风速和温度要求的测点数与总空间内满足规定风速和温度要求的测点数与总空间内满足规定风速和温度要求的测点数与总空间内满足规定风速和温度要求的测点数与总测点数之比测点数之比测点数之比测点数之比B有效温差有效温差有效温差有

27、效温差 ET=( t - tET=( t - tET=( t - tET=( t - tn n n n)-7.66(V)-7.66(V)-7.66(V)-7.66(Vi i i i-0.15)-0.15)-0.15)-0.15)B ADPIADPIADPIADPI的值越大，说明感到舒适的人群比例越大。的值越大，说明感到舒适的人群比例越大。的值越大，说明感到舒适的人群比例越大。的值越大，说明感到舒适的人群比例越大。在一般情况下，应使在一般情况下，应使在一般情况下，应使在一般情况下，应使ADPI80ADPI80ADPI80ADPI80 室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他室内气流分布的描述参数空气龄与其他40气流组织的测量与计气流组织的测量与计算方法算方法1.1.示踪气体实验法示踪气体实验法示踪气体实验法示踪气体实验法2.2.半经验射流公式法半经验射流公式法半经验射流公式法半经验射流公式法3.3.数值求解法数值求解法数值求解法数值求解法(CFD(CFD(CFD(CFD方法方法方法方法) ) ) )411.示踪气体试验法示踪气

28、体试验法B是研究建筑物空气分布与渗透特性的重要手段是研究建筑物空气分布与渗透特性的重要手段是研究建筑物空气分布与渗透特性的重要手段是研究建筑物空气分布与渗透特性的重要手段B示踪气体的目的是准确标识室内空气流动特性，示踪气体的目的是准确标识室内空气流动特性，示踪气体的目的是准确标识室内空气流动特性，示踪气体的目的是准确标识室内空气流动特性，必须具有如下特点必须具有如下特点必须具有如下特点必须具有如下特点JJ能够完全跟随空气流动能够完全跟随空气流动能够完全跟随空气流动能够完全跟随空气流动JJ具有可测性具有可测性具有可测性具有可测性JJ具有稳定性，一般情况下不发生物理或化学反应具有稳定性，一般情况下不发生物理或化学反应具有稳定性，一般情况下不发生物理或化学反应具有稳定性，一般情况下不发生物理或化学反应JJ 无毒性无毒性无毒性无毒性 B常见的示踪气体包括甲烷、常见的示踪气体包括甲烷、常见的示踪气体包括甲烷、常见的示踪气体包括甲烷、SFSFSFSF6 6 6 6、二氧化碳等。二氧化碳等。二氧化碳等。二氧化碳等。 42示踪气体的常见释放方法示踪气体的常见释放方法B脉冲法（脉冲法（脉冲法（脉冲法（p

29、ulse methodpulse methodpulse methodpulse method）JJ在释放点释放少量的示踪气体，记录测量点处示在释放点释放少量的示踪气体，记录测量点处示在释放点释放少量的示踪气体，记录测量点处示在释放点释放少量的示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程。踪气体浓度随时间的变化过程。踪气体浓度随时间的变化过程。踪气体浓度随时间的变化过程。B上升法（上升法（上升法（上升法（step-up methodstep-up methodstep-up methodstep-up method）JJ在释放点连续释放固定强度源的示踪气体，记录在释放点连续释放固定强度源的示踪气体，记录在释放点连续释放固定强度源的示踪气体，记录在释放点连续释放固定强度源的示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程。测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程。测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程。测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程。B下降法（或衰减法）下降法（或衰减法）下降法（或衰减法）下降法（或衰减法）(step-down or decay (step-down or dec

30、ay (step-down or decay (step-down or decay method)method)method)method)JJ房间中示踪气体的浓度达到平衡状态后，停止释房间中示踪气体的浓度达到平衡状态后，停止释房间中示踪气体的浓度达到平衡状态后，停止释房间中示踪气体的浓度达到平衡状态后，停止释放示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时间放示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时间放示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时间放示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程。的变化过程。的变化过程。的变化过程。 43下降法（衰减法）测空气龄下降法（衰减法）测空气龄BB待房间内各点浓度稳定后，停止示踪气体加入，待房间内各点浓度稳定后，停止示踪气体加入，待房间内各点浓度稳定后，停止示踪气体加入，待房间内各点浓度稳定后，停止示踪气体加入，测量被测点的浓度变化过程测量被测点的浓度变化过程测量被测点的浓度变化过程测量被测点的浓度变化过程BB空气龄的累积分布函数空气龄的累积分布函数空气龄的累积分布函数空气龄的累积分布函数F F F F ( ( ( ( ) ) ) )BB空气龄公式空气

31、龄公式空气龄公式空气龄公式Cp(0) C Cp p( ( ) )F( )44脉冲法测空气龄脉冲法测空气龄B 在通风房间的送风口释放少量示踪气体，记在通风房间的送风口释放少量示踪气体，记在通风房间的送风口释放少量示踪气体，记在通风房间的送风口释放少量示踪气体，记录被测点的浓度变化过程录被测点的浓度变化过程录被测点的浓度变化过程录被测点的浓度变化过程B 概率分布函数概率分布函数概率分布函数概率分布函数B空气龄公式空气龄公式空气龄公式空气龄公式释放的示踪气体的质量释放的示踪气体的质量释放的示踪气体的质量释放的示踪气体的质量 送风量送风量送风量送风量45上升法测空气龄上升法测空气龄B 在房间送风口处恒定释放示踪气体，记录被测在房间送风口处恒定释放示踪气体，记录被测在房间送风口处恒定释放示踪气体，记录被测在房间送风口处恒定释放示踪气体，记录被测点的浓度随时间变化情况点的浓度随时间变化情况点的浓度随时间变化情况点的浓度随时间变化情况B累计分布函数与概率分布函数之间的关系为累计分布函数与概率分布函数之间的关系为累计分布函数与概率分布函数之间的关系为累计分布函数与概率分布函数之间的关系为B累积分布函数

32、累积分布函数累积分布函数累积分布函数B 空气龄公式空气龄公式空气龄公式空气龄公式示踪气体的释放速率示踪气体的释放速率示踪气体的释放速率示踪气体的释放速率 送风量送风量送风量送风量46房间平均空气龄的测量方法房间平均空气龄的测量方法BB脉冲法脉冲法脉冲法脉冲法BB上升法上升法上升法上升法BB下降法下降法下降法下降法47平均空气龄公式怎么来的？平均空气龄公式怎么来的？以下降法为例证明以下降法为例证明B 基本公式基本公式基本公式基本公式B 边界条件边界条件边界条件边界条件B 则有则有则有则有48平均空气龄公式怎么来的？平均空气龄公式怎么来的？以下降法为例证明以下降法为例证明(2)492.半经验射流公式法半经验射流公式法B 内容和来源内容和来源内容和来源内容和来源JJ采用射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温采用射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温采用射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温采用射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨迹等进行预测度、射流轨迹等进行预测度、射流轨迹等进行预测度、射流轨迹等进行预测 JJ基于某些标准或理想条件理论分析或试验基于某些标准或理想条件理论分析或试

33、验基于某些标准或理想条件理论分析或试验基于某些标准或理想条件理论分析或试验 B 缺陷缺陷缺陷缺陷JJ 不能用于分析复杂空间，应用受制约不能用于分析复杂空间，应用受制约不能用于分析复杂空间，应用受制约不能用于分析复杂空间，应用受制约JJ只能给出室内的一些集总参数性的信息只能给出室内的一些集总参数性的信息只能给出室内的一些集总参数性的信息只能给出室内的一些集总参数性的信息B 折衷的方法：区域模型折衷的方法：区域模型折衷的方法：区域模型折衷的方法：区域模型JJ区域内集总参数区域内集总参数区域内集总参数区域内集总参数JJ区域间考虑存在热质交换区域间考虑存在热质交换区域间考虑存在热质交换区域间考虑存在热质交换 503. 数值求解法数值求解法BB 计算流体力学方法的引入计算流体力学方法的引入计算流体力学方法的引入计算流体力学方法的引入CFDCFDCFDCFD方法方法方法方法JJ特点：依据室内空气流动的数学物理模型，特点：依据室内空气流动的数学物理模型，特点：依据室内空气流动的数学物理模型，特点：依据室内空气流动的数学物理模型，在计算机上做虚在计算机上做虚在计算机上做虚在计算机上做虚拟实验拟实验拟实

34、验拟实验JJ原理：对连续方程、动量方程、能量方程和组分方程进行离原理：对连续方程、动量方程、能量方程和组分方程进行离原理：对连续方程、动量方程、能量方程和组分方程进行离原理：对连续方程、动量方程、能量方程和组分方程进行离散数值求解散数值求解散数值求解散数值求解BB 优点优点优点优点JJ成本低、速度快成本低、速度快成本低、速度快成本低、速度快JJ应用范围广，提供信息全面应用范围广，提供信息全面应用范围广，提供信息全面应用范围广，提供信息全面 BB 缺点：缺点：缺点：缺点：可靠性问题可靠性问题可靠性问题可靠性问题JJ 人们对湍流的机理尚无清楚认识，缺乏完整的湍流理论，人们对湍流的机理尚无清楚认识，缺乏完整的湍流理论，人们对湍流的机理尚无清楚认识，缺乏完整的湍流理论，人们对湍流的机理尚无清楚认识，缺乏完整的湍流理论，需要依赖半经验的方法需要依赖半经验的方法需要依赖半经验的方法需要依赖半经验的方法JJ边界条件需要简化：送风口入流、壁面边界条件、室内热源边界条件需要简化：送风口入流、壁面边界条件、室内热源边界条件需要简化：送风口入流、壁面边界条件、室内热源边界条件需要简化：送风口入流、壁面边界条

35、件、室内热源分布等分布等分布等分布等511-1-壁橱，壁橱，壁橱，壁橱，2-2-桌子，桌子，桌子，桌子，3-3-计算机，计算机，计算机，计算机，4-4-人，人，人，人，5-5-灯，灯，灯，灯，6-6-送风口，送风口，送风口，送风口，7-7-回风口回风口回风口回风口3. 数值求解法示例数值求解法示例B 置换通风数值求解方法的空间模型置换通风数值求解方法的空间模型置换通风数值求解方法的空间模型置换通风数值求解方法的空间模型52置换通风的速度场置换通风的速度场53置换通风的温度场置换通风的温度场54置换通风的污染物浓度场置换通风的污染物浓度场B置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方。55置换通风的空气年龄场置换通风的空气年龄场B 置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上方。年龄单位：秒方。年龄单位：秒方。年龄单位：秒方。年龄单位：秒56不同气流分布预测方

36、法的特点比较不同气流分布预测方法的特点比较 57常用的气流分布计算常用的气流分布计算CFDCFD软件软件 B PHOENICS PHOENICS PHOENICS PHOENICS JJ 英国英国英国英国1981198119811981年推出的商业软件，针对暖通空调的年推出的商业软件，针对暖通空调的年推出的商业软件，针对暖通空调的年推出的商业软件，针对暖通空调的FLAIREFLAIREFLAIREFLAIRE，可以求解，可以求解，可以求解，可以求解PMVPMVPMVPMV和空气龄和空气龄和空气龄和空气龄 B FLUENT FLUENT FLUENT FLUENT JJ美国，美国，美国，美国，1983198319831983年。年。年。年。AirpackAirpackAirpackAirpack具有风口模型、新零方程具有风口模型、新零方程具有风口模型、新零方程具有风口模型、新零方程湍流模型等，并且可以求解湍流模型等，并且可以求解湍流模型等，并且可以求解湍流模型等，并且可以求解PMVPMVPMVPMV、PDPDPDPD和空气龄和空气龄和空气龄和空气龄 B STACHSTACHSTACHST

37、ACH3 3 3 3JJ 清华大学清华大学清华大学清华大学90909090年代开发，有各种针对暖通空调应用年代开发，有各种针对暖通空调应用年代开发，有各种针对暖通空调应用年代开发，有各种针对暖通空调应用的模型和功能的模型和功能的模型和功能的模型和功能58思考题思考题B自然通风的驱动力是什么？有何特点？一般应用自然通风的驱动力是什么？有何特点？一般应用自然通风的驱动力是什么？有何特点？一般应用自然通风的驱动力是什么？有何特点？一般应用于哪些场合？于哪些场合？于哪些场合？于哪些场合？ B试分析采用示踪气体测量空气龄的三种释放方法试分析采用示踪气体测量空气龄的三种释放方法试分析采用示踪气体测量空气龄的三种释放方法试分析采用示踪气体测量空气龄的三种释放方法的优缺点：（的优缺点：（的优缺点：（的优缺点：（1 1 1 1）脉冲法；（）脉冲法；（）脉冲法；（）脉冲法；（2 2 2 2）上升法；（）上升法；（）上升法；（）上升法；（3 3 3 3）下降法（或衰减法）下降法（或衰减法）下降法（或衰减法）下降法（或衰减法） B试推导均匀混合通风时空气龄、换气效率、可及试推导均匀混合通风时空气龄、换气效率、

38、可及试推导均匀混合通风时空气龄、换气效率、可及试推导均匀混合通风时空气龄、换气效率、可及性的表达式性的表达式性的表达式性的表达式59思考题思考题B 请给出活塞流在以下状态下的排污效率，并分请给出活塞流在以下状态下的排污效率，并分请给出活塞流在以下状态下的排污效率，并分请给出活塞流在以下状态下的排污效率，并分析合理的送排风口位置与污染源位置应该是什析合理的送排风口位置与污染源位置应该是什析合理的送排风口位置与污染源位置应该是什析合理的送排风口位置与污染源位置应该是什么关系才能获得比较好的室内环境质量？么关系才能获得比较好的室内环境质量？么关系才能获得比较好的室内环境质量？么关系才能获得比较好的室内环境质量？污染源在出口时污染源在出口时污染源在出口时污染源在出口时 污染源在入口时污染源在入口时污染源在入口时污染源在入口时B 稳态通风情况下，在空间均布的单位体积源作稳态通风情况下，在空间均布的单位体积源作稳态通风情况下，在空间均布的单位体积源作稳态通风情况下，在空间均布的单位体积源作用时，室内污染物浓度的分布规律与房间空气用时，室内污染物浓度的分布规律与房间空气用时，室内污染物浓度的分布规律与房间空气用时，室内污染物浓度的分布规律与房间空气龄的分布规律一样吗？龄的分布规律一样吗？龄的分布规律一样吗？龄的分布规律一样吗？60谢谢！谢谢！61

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