气流组织分布及计算
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)。
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≯0.3m/s 。工艺性空调冬季室内风速≯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ASHRAE 用有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为
)15.0(8.7)(EDT ---=x m x t t ν (10-1) 式中 t x ,t m --室内某地点的温度和室内平均温度，℃； v x --室内某地点的风速，m/s 。
对于办公室，当EDT=-1.7~l ℃，v x ＜0.35m/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。
10.1.5 通风效率E v
通风效率E v (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
CV
V V V V V E -=
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，E v ＝1。
⑵一般的混合通风的气流分布形式，E V ＜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。
E V 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E T ，或称为能量利用系数，表达式为
s
s e T t t t
t E --= (10-2)
式中 t e 、t 、t s --分别为排风、工作区和送风的温度，℃。
10.1.6 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()(0
c dr
c A
?∞
=
ττ (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
?=V
dV V ττ1
（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
??∞∞
=0
)()(dr
c dr c e
e A
ττττ (10-5)
式中c e (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 τ表示。 全室平均滞留时间等于全室平均空气龄的2倍，即
ττ2=r （10-6）
理论上空气在室内的最短的滞留时间为
N V
V n 1
== τ （10-7）
式中 V 为房间体积，m 3；V 为送入房间的空气量，m 3/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。
10.1.7 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 τ之，即
τ
τττη2n
r n a =
=
（10-8） 式中 τ--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τ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 。
1O.2 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0.5m/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。
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E
V 和温度效率E
T
接近于1。但换气效率ηa较低，大约小于0.5。
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：E
V
比图(a)要稍低一些，ηa=0.2-0.55。
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E
V ＝1；在气流的上游侧E
V
>1；在靠近送风口处E
V
=∞。
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
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。
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E
V 低于侧送气流。换气效率η
a
约为0.3-0.6。
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：E
V 和η
a
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：E
V ＞1，η
a
＝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：E
V ＞1，η
a
a 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 ⑴ 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<下部的送风量时，该区域内的气流向上流动；当到达一定高度，卷吸所需的空气量〉下部送风量时，将卷吸顶棚返回的气流，上部形成回流的混合区（如图中虚线以上区域）。 当混合区在1.8m以上时，可保持工作区有较高空气品质。这种气流分布模式称之为置换通风(Dispiacement ventilation)。 ⑵特点：工作区内气流近似于单向流；通风效率E V 和温度效率E T 都很高， 换气效率η a ＝0.5-0.6；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0.3m/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。 约为0.5-0.67。 ⑵特点：通风效率和温度效率都很高，换气效率η a 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。 10.4 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。 10.4.1 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0d A 来表示，其中A 为房间的断面积，m 2，当有多股射流时，A 为射流服务区域的断面积；d 0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)v r,max (m/s)与风口出口风速v 0(m/s)有如下关系： 69.00 0,=d A v v man r (10-9) 如果工作区允许最大风速为0.2-0.3m/s ，则允许最大的出口风速为 0 ,0) 43.0~29.0(d A v man = (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/d 0 2 4 6 8 10 15 20 25 30 40 Δt x /Δt s 0.54 0.38 0.31 0.27 0.24 0.18 0.14 0.12 0.09 0.04 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 r s o T v t gd Ar 2 0?= （10-11） 式中 Δt s --送风温差，即室内工作区温度t r 与送风温度t s 之差，℃；Tr ＝273+t r ， K ； g--重力加速度，m/s 2。 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 ) 0.2 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 9.0 11 13 x/d 0 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+++='s x h H (10-12) 式中 h--工作区高度，1.8-2.0m ；x 和s 见图9-12所示；0.3m 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0.5m 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/d o 。对于舒适性空调，射流末端温差Δt x 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d 0，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 00128.1A d = (10-13) (3)设定风口数量n ，计算风口的出风速度，即 n A V v 00ψ = (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0.72-0.82。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/d A ，max ,0v 。如0ma x ,0v v >，认为合适；如 0max ,0v v <，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]。 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 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1.25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 2 /10x x KA v v x += （10-16） 式中 x--以散流器中心为起点的射流水平距离，m ； v x --在x 处的最大风速，m/s ； v 0--散流器出口风速，m/s ； x 0--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 2； 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v m (m/s)与房间大小、射流的射程有关，即 2 /122 ) 4/(381.0H L rL v m += （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％。 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h m 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h m 不得延伸到工作区，即 H-h m ≥工作区高度 (10-18) )2(210d L tg h m -=θ (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1.8-2m ；L--散流器的中心距，m ；d 0--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>=d Z v v z (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 ；v z --距风口Z 处的轴心速度，m/s 。 ⑶射流的温度衰减规律 /0 d Z C t t z s z =?? (10-21) 式中 Δt s 为送风温差，℃；Δt z --射程Z 处的射流温度与工作区温度之差；C z --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?? ? ??=x b K v v x (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： 2 /122 25.0? ? ? ??+=H L r L v m (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，v m 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 ⑴轴心速度衰减方程 3 /10009.11?? ????±=d x K Ar x d K v v x (10-24) 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“—”。 ⑵轴心温度衰减方程 83.00 v v t t x s x =?? (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d 0，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v x ，如果v x 符合设计要求的风速，则进行下一步计算；否则需重新假定d 0或重新布置风口，再进行计算。 ③用式(10-25)校核区域温差Δt x 是否符合要求，如果不符合要求，也需重新假定d 0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 ??? ? ??±=ααcos 42.0000d x K Ar tg d x d y (10-26) ⑵在(x,y)点处的射流轴心速度 x d K v v x α cos 0 0= (10-27) ⑶轴心温度衰减方程 83.00 v v t t x s x =?? ⑷设计步骤 与垂直送风相同。 喷口送风计算书 1. 设计条件 总送风量Q=40m3/h,射流轨迹中心距风口中心的垂直落差5.2m,射流的射程20m ，室内要求夏季温度26℃，喷口采用带收缩口的圆喷口，气流以水平方向从喷送出。 2. 计算过程 ① 设喷口直径为0.25m 计算相对落差和相对射程： 8.2025.02 .5==s d y ，8025.020==s d x ②计算阿基米德数Ar ： 0010137 .0) 35.025.020 07.051.0(808.20) 35.051.0()(22=+???= +=s s s d ax d x d y Ar ③计算风口的送风速度s v s m t Ar t gd v n s s s /2.7)27326(0010137.08 2.081.9)273(= +???=+?= ④校核射流末端的轴心速度x v （m/s ）和平均速度p v （m/s ）: s m d ax v v s s x /60.0145 .025.020 07.048.02.7145.048 .0=+??=+?= s m v v x p /3.06.05.021=?== ⑤确定喷口个数n: 66.036002.725.0785.08403600 422 =???===S S S d S v d L L L n π个 选取S d =0.25圆形风口一个，喷口实际送风速度S v : s m v S /89.43600125.0785.08642=???= 此外，射流末端的轴心速度S v 和气流平均速度p v s m v X /41.0145.025.020 07.048.089.4=+??= s m v v X p /21.041.02121=?== 此平均速度满足夏季舒适型空调空气调节区平均不大于0.3m/s 的要求。 全空气系统的气流组织计算 各房间风量计算 对于舒适性空调且层高≤5m，送风温差设为Δt o =100 C,则送风温度为t o =16 0 C, 室设计温度为t N =26±1 0 C,室相对湿度φN =55±5%。查参考文献1表2-18，换气次数应大于等于5次/h 。 3.2.1负荷和风量计算 由前面设计得舞厅总冷负荷Q= 79711.9W ，总湿负荷W= 5.7512457/g s ，热湿比线为 13859.936，室设计计算参数: 26.0o N t C =,505N ?=±％，室外设 计气象参数: 35.0o w t C =,555w ?=±％。 在i-d 图上根据N t 和N ?确定室空气状态点N ，通过该点画出热湿比线。 按消除余热和消除余湿所求通风量基本相同，说明计算无误，所取送风温差为10℃符合要求，查附录（文献1）1-1得：当t0=16时，空气密度3 1.195/kg m ρ=。 所以，L= 24596.815m3/h 。 查参考文献1中表4—1以及4—2可知：人短期停留的房间中CO 2允许浓度为2.0 l/ m 3 ，在轻劳动条件下人CO 2呼出量为30 l/h*人，取室外CO 2浓度为0.42 l/ m 3 ，则为达到卫生标准须新风量为： G w2= 205×0.89×30/(2-0.42)= 3451.51 m 3 /h 而由系统总风量得新风两为G 3=24596.815×0.2=4919.363 m 3 /h ；由于室外压差近似为零， 故G 1=0 m 3 /h 。 所以，最小新风量为4919.363 m 3 /h 。 同理可知大堂最小新风量为G=12020.06057*0.2=2404m3/h 。如下表， 体育馆类高大空间的气流组 织设计难点及对策 赵 彬 李先庭 马晓钧 彦启森 (清华大学建筑学院建筑技术科学系) 摘 要 文中讨论了体育馆类高大空间气流组织的主要形式及设计难点,并从工程应用的角度给出了相应对策:指出用计算流体动力学(CFD)的方法进行体育馆类高大空间的气流组织设计具有很大优势,并提出了利用CFD进行高大空间气流组织设计的思路。 关键词 体育馆 高大空间 气流组织 计算流体动力学(CFD) THE DIFFICU LT Y AN D SOL UTION OF IN DOOR AIRFLOW PATTERN DESIGNING FOR G YMNASIUM ZHAO Bin L I Xianting MA Xiaojun YAN Qisen (Dept.of Building Science,Tsinghua University,Beijing,CHINA,100084) ABSTRACT The paper presents the main types of airflow pattem gymnasium and discusses the difficulty of designing airflow pattem inside large of this type.Then anew idea of airflow pattem designing based on CFD is proposed,while an example is showed with it. KE Y WOR DS airflow pattern,CFD,gymnasium 1 引言 随着我国经济建设的迅速发展,国力不断增强,我国的体育事业也随之蓬勃发展。尤其是近年来,我国体育健儿在国内外赛场屡创佳绩,同时广大群众也积极参与全民健身活动,不断追求健康向上的高素质生活。在这种背景下,我国对各类体育设施,特别是体育馆建设的投入不断加大。体育场馆的高速建设,为我国建筑业,包括空调行业提出了更高的要求。尤其是2001年7月13日北京申办2008年奥运会获得圆满成功,北京更提出了“新北京,新奥运”的口号。另一方面,随着可持续发展战略在中国的实施,建筑能耗问题已成为人们关注的热点。体育馆建筑属于大空间建筑,体积大、维护结构传热量大、人员灯光密集,空调负荷较大,因此,设计合理的气流组织,以使得馆内空气分布满足比赛和观众的要求,同时又保证空调系统能耗较低就具有重要的意义。这也与我国承诺的“绿色奥运”的思想紧密相连。为此,如何快速、准确地合理设计体育馆类高大空间的气流组织形式就成为一个重要的问题。下面将介绍不同体育馆类建筑的主要气流组织方式及气流组织设计的难点,并提出可能的解决方案。 2 体育馆类建筑的气流组织形式简介 通风空调室内的气流组织,是指其中的气流流形以及空气的各物理量的分布,如温度、速度、湿度以及污染物浓度等。对于体育馆类建筑,其空调气流组织主要有如下形式: 2.1 侧送风方式 侧送风方式是体育馆比赛大厅采用得最广泛的一种气流组织形式,其中采用喷口侧送方式最为常见。体育馆比赛大厅无论规模大小,通常都具有空间大、比赛场地位置低、观众席逐渐升高的“碗型”特征,并且风口离空调区域(特别是比赛区)较远。因此采用侧送方式能够充分利用这一特点,喷口送风射流长、流量大。这种气流组织方式可使空调区域温度均匀靠近喷口的后排观众基本处于回 第2卷 第2期 2002年4月 制冷与空调 REFRIGERA TION AND AIR-CONDITION IN G Vol.2,No.2 April2002 气流组织的校核 空气调节区的气流组织（又称为空气分布），是指合理地布置送风口和回风口，使得经 过净化、热湿处理后的空气，由送风口送入空调区后，在与空调区内空气混合、置换并进行热湿交换的过程中，均匀地消除空调区内的余热和余湿，从而使空调区（通常指离地面高度为2m 以下的空间）内形成比较均匀而稳定的温湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适度的要求。同时，还要由回风口抽走空调区内空气，将大部分回风返回到空气处理机组（AHU ）、少部分排至室外。 影响空调区内空气分布的因素有：送风口的形式和位置、送风射流的参数（例如，送风 风量、出口风速、送风温度）、回风口的位置、房间的几何形状以及热源在室内的位置等，其中送风口的位置和形式、送风射流的参数是主要的影响因素。 5.1 双层百叶风口的气流组织校核： 标间、套房、咖啡厅以及洽谈室内风机盘管加新风系统选取上送侧回的双层百叶风口送 风。选取三层十二号老人活动室为 例，进行气流组织的校核计算。该房间其空调区域室温要求为26℃，房间长为A=5m ，宽为B=4.2m ，高为H=4.0m ，室内全热冷负荷Q=3229W 。 ①：根据空调区域的夏季冷负荷、热湿比和送风温差，绘制空气处理的h-d 图，计算夏 季空调的总送风量Ls （m 3/h ）和换气次数n （1/h ）： ) (2.16.3hS hN Q LS -= ----------------- (5-1) H B A L n s **= ---------------- (5-2) 式中： Q ——空调区的全热冷负荷，W ； h N 、h S ——室内空气和送风状态空气的比焓值，kJ/kg ； A ——沿射流方向的房间长度，m ； B ——房间宽度，m ； H ——房间高度，m 。 通过计算可得： Ls =1038 m 3/h n=13 1/h ②：根据总送风量和房间的建筑尺寸，确定百叶风口上网型号、个数，并进行布置。送 风口最好贴顶布置，以获得贴附射流。送冷风时，可采取水平送出；送热风时，可调节风口外层叶片的角度，向下送出。 ③：按照下式计算射流到达空调区域时的最大速度V x （m/s ），校核其是否满足要求： x Fs c b s k k mv Vx = ---------------- (5-3) 式中： Fs ——送风口的计算面积，㎡； 洁净室气流组织 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ? 洁净室气流组织 摘要:洁净室为了达到其所要求的洁净度级别需要三个条件:一是性能良好的高效过滤器，二是足够的送风量,三是合理的气流流型;而使用合理的气流流型能够有效地减少送风量。本文主要叙述洁净室涉及到的气流组织,以及矢流洁净室用于医院洁净病房空调的可行性，并阐述了空态下矢流洁净室内洁净度的测量结果、矢流洁净病房静态下气流场的测量结果和矢流洁净病房点污染源散发实验结果。 关键词：洁净室、气流组织、矢流洁净室 洁净室就其控制的对象来说,分工业洁净室和生物洁净室两大类。各类洁净室控制微粒污染的途径是相同的，这类途径主要体现在以下几方面[1]:1、有效地阻止室外的污染侵入室内或有效地防止室内污染物扩散至室外。这是洁净室控制污染的最主要途径,主要涉及空气净化处理的方法、室内的正压等。2、迅速有效地排除室内已经发生的污染,这主要涉及室内的气流组织,也是体现洁净室功能的关键。3、控制污染源,减少污染发生量，这主要涉及发生污染的设备的设置与管理和进入洁净室的人与物的净化。 洁净室气流组织的类型按其气流状态来区分,主要分为非单向流洁净室、单向流洁净室和矢流洁净室（也称辐流洁净室)[2]。 1、非单向流洁净室的工作原理(也称乱流洁净室原理） 非单向流洁净室的主要特点是从来流到出流从送风口到回风口之间气流的流通截面是变化的，洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以，送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此撞击,将有回流、涡旋产生。这就决定非单向流洁净室的流态实质是突变流非均匀流。所以,概括地说，非单向流洁净室的作用原理是当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释着室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了,一直达到平衡。所以，气流扩散得越快,越均匀,稀释的效果就越好。非单向流洁净室的原理就是稀释作用。 2、单向流洁净室的工作原理(曾被称做层流洁净室） 在洁净室内，从送风口到回风口，气流流经途中的断面几乎没有什么变化,加上送风静压箱和高效过滤器的均压均流作用,全室断面上的流速比较均匀，在工作区内流线单向平行,没有 模型[1] m s，送风温如图，房间左下角有一个空调，送风和回风方向如图所示。送风速度为1/ 度为25℃，壁面温度为30℃。 1．建立模型及网格划分 ①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上，这里直接读入网格文件hvac-room.msh。 ②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。 2．求解模型的设定 ①启动FLUENT。启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:312-317 a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。 ②求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图： 下面说一说Pressure-based和Density-based的区别： a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是 压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压 流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和 Coupled Solver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法； b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器， 求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让 Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因 此还不太完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用 Preconditioning方法来处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver 下肯定是没有SIMPLEC，PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这 种类型的求解器中出现的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。 基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。 -湍流模型，Define/Models/Viscous。 ③流动模型设置。这里使用的是kε -模型，这种模型应用较多，计算量适 a.这里我们使用的湍流模型是Standard kε 中，有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模 拟效果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程 计算要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。 b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。其应用较多，计算量小， 有较高的精度。适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾 和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。 四、气流组织的设计计算 气流组织设计的任务就是合理地组织室内空气的流动与分布、确定送风口的型式、数量与尺寸,使工作区的风速与温差满足工艺要求及人体舒适感的要求。气流组织的效果可以用空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)来评价,它定义为工作区内各点满足温度、湿度与风速要求的点占总点数的百分比。可以通过实测来确定。 以下介绍几种气流组织的设计方法。 气流组织设计一般需要的已知条件如下:房间总送风量0L (m 3／S );房间长度L (m );房间宽度W (m );房间净高H (m);送风温度0t (℃);房间工作区温度n t (℃);送风温差0t ?(℃)。 气流组织设计计算中常用的符号说明如下: ρ——空气密度,取1、2 (kg/m 3); p C ——空气定压比热容,取1、01 kJ ／(kg ·℃); 0L ——房间总送风量(m 3／S); L ——房间长度(m); W ——房间宽度(m); H ——房间净高(m); x ——要求的气流贴附长度(m),x 等于沿送风方向的房间长度减去1 m; 0t ——送风温度(℃); n t ——房间工作区温度(℃); 0/d F n ——射流自由度,其中n F 为每个风口所管辖的房间的横截面面积(m 2); 0d ——风口直径,当为矩形风口时,按面积折算成圆的直径(m)。 (一)侧送风的计算 除了高大空间中的侧送风气流可以瞧做自由射流外,大部分房间的侧送风气流都就是受限射流。 侧送方式的气流流型宜设计为贴附射流,在整个房间截面内形成一个大的回旋气流,也就就是使射流有足够的射程能够送到对面墙(对双侧送风方式,要求能送到房间的一半),整个工作区为回流区,避免射流中途进人的工作区。侧送贴附射流流型如图6-10所示 (图中断面I-I 处,射流断面与流量都达到了最大,回流断面最小,此处的回流平均速度最大即工作区的最大平均速h υ)。这样设计流型可 第一章气流组织设计 7.4.1 空调区的气流组织设计，应根据空调区的温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、温度梯度以及空气分布特性指标(ADPI)等要求，结合内部装修、工艺或家具布置等确定；复杂空间空调区的气流组织设计，宜采用计算流体动力学(CFD)数值模拟计算。 7.4.2空调区的送风方式及送风口选型，应符合下列规定： 1 宜采用百叶、条缝型等风口贴附侧送；当侧送气流有阻碍或单位面积送风量较大，且人员活动区的风速要求严格时，不应采用侧送； 2 设有吊顶时，应根据空调区的高度及对气流的要求，采用散流器或孔板送风。当单位面积送风量较大，且人员活动区内的风速或区域温差要求较小时，应采用孔板送风； 3 高大空间宜采用喷口送风、旋流风口送风或下部送风； 4 变风量末端装置，应保证在风量改变时，气流组织满足空调区环境的基本要求； 5 送风口表面温度应高于室内露点温度；低于室内露点温度时，应采用低温风口。 7.4.3采用贴附侧送风时，应符合下列规定： 1 送风口上缘与顶棚的距离较大时，送风口应设置向上倾斜10°～20°的导流片； 2 送风口内宜设置防止射流偏斜的导流片； 3 射流流程中应无阻挡物。 7.4.4采用孔板送风时，应符合下列规定： 1 孔板上部稳压层的高度应按计算确定，且净高不应小于0.2m； 2 向稳压层内送风的速度宜采用 3 m／s～5m／s。除送风射流较长的以外，稳压层内可不设送风分布支管。稳压层的送风口处，宜设防止送风气流直接吹向孔板的导流片或挡板； 3 孔板布置应与局部热源分布相适应。 7.4.5采用喷口送风时，应符合下列规定： 1 人员活动区宜位于回流区； 2 喷口安装高度，应根据空调区的高度和回流区分布等确定； 3 兼作热风供暖时，宜具有改变射流出口角度的功能。 7.4.6采用散流器送风时，应满足下列要求： 1 风口布置应有利于送风气流对周围空气的诱导，风口中心与侧墙的距离不宜小于1.0m； 一、室内风管风速选择表 1、低速风管系统的推荐和最大的流速m/s 2、低速风管系统的最大允许速m/s 注：民用住在≤35dB（A），商务办公≤45dB（A） 二、室内风口风速选择表 1、送风口风速 2、以噪音标准控制的允许送风流速m/s 3、推荐的送风口流速m/s 4、送风口之最大允许流速m/s 5、回风口风速 6、回风格栅的推荐流速m/s 7、百叶窗的推荐流速m/s 8、逗留区流速与人体感觉的关系 三、通风系统设计 1、送风口布置间距 回风口应根据具体情况布置 一般原则：（1）人不经常停留的地方；（2）房间的边和角；（3）有利于气流的组织2、标准型号风盘所接散流器的尺寸表-办公室 注：办公室推荐送风口流速：～ m/s 风机盘管接风管的风速：通常为～ m/s，不能大于 m/s，否则会将冷凝水带出来. 3、散流器布置 散流器平送时，宜按对称布置或者梅花形布置，散流器中心与侧墙的距离不宜小于1000mm；圆形或方形散流器布置时，其相应送风范围（面积）的长宽不宜大于1:，送风水平射程与垂直射程（）平顶至工作区上边界的距离）的比值，宜保持在～之间.实际上这要看装饰要求而定，如250×250的散流器，间距一般在米左右，320×320米在米左右. 四、风管、风口分类 1、风管分类 1)按风管材料 A、镀锌钢板风管：常用在空调送、回风管道(优点：使用寿命较长，摩擦阻力小，制作快速方便，可工厂预制也可 现场临时制作；缺点：受加工设备限制，厚度不宜超过 B、普通钢板风管：常用在厨房炉具排油烟以及防油烟风道上(要求2mm上只能采用普通钢板焊接而成，对焊接技术 有一定要求) C、无机玻璃钢风管：常用于消防防排烟系统(优点：具有耐腐蚀、使用寿命长，强度较高的优点，造价与钢板风管 基本相同；缺点：质量不稳定，某些厂商生产的材料质量比较差，强度和耐火性达不到要求，现场维修较困难) D、硅酸盐板风管：常用排烟管道(优点与无机玻璃钢板相类似，显着特点是防火性能较好；缺点：综合造价较高) E、复合保温板风管：常用有：上海万博(铝箔聚氨酯)、湖南中野(酚醛树脂)、北京百夏(BBS)、铝箔玻璃绵保温风 管等 F、软风管：常用有铝箔型软管、铝制波纹型半软管、波纤管(在工程上具有施工简单、灵活方便等特点，但其风管 阻力比较大，且对施工管理要求比较高) G、其他风管：土建、砖茄、布风管等 2)按风管作用分：送风、回风、排风、新风管等 3)按风管内风速分：低速、高速风 2、风口分类： 1)按风口材料分：铝合金风口、铸钢风口、塑料风口、木制风口等 2)按风口形状及功能分： A、百叶风口：门铰式百叶风口、单层百叶、双层百叶、防雨百叶等 B、散流器：方形散流器、矩形散流器、圆形散流器、圆盘散流器、三面吹型散流器、线槽型散流器等 C、旋流风口：具有送出旋转达射流，诱导比大，风俗衰减快等特点 D、球型喷口：送风距离大，适合送风距离较大的地方，如各种大厅、展厅及大型装配车间等 E、其他风口：球形排风口、栅格形风口、装饰板风口等 五、风管、风口设计流程 流程一：风系统的划分→流程二：系统风量计算→流程三：确定送风方式→流程四：确定风管布置→ 流程五：计算风管尺寸→流程六：风口设计选型→流程七：阻力平衡计算机气流组织校核 流程一：风系统的划分 散流器气流组织的分析与核算 以地下一层分区一为例进行计算： 1.换气次数的确定 换气次数n=31055m 3/h/(40.4x20.1x4)=9.56≈10 根据对气流组织要求的有关规定可知，每小时的换气次数不应小于5次，计算的10次满足要求 2.散流器尺寸及参数 按50个散流器计算，每个散流器对应的Fn=40.4x20.1/50=16.24㎡,水平射程为2m,垂直射 程x ’=4-1.8=2.2m.散流器出风速度4m/s,总风量31055m 3/h,每个散流器送风量为 0L =31055/50=621.1m 3/h=0.17m 3/s 这样F 0=0.17/4=0.04m 2 下面进行校核计算 3.检查x u l x F K K K m u u o x +='203211 式中：12m —— 由《空气调节》表5-2送风口特性系统性表中查得：91.121=m ； 1K ——根据 n f x x ==55.024.162.2=在《空气调节》图5-13射流受限修正系数曲线图中取得=k 10.55 2K 、3K ——均取1。 代入各值，得： U X = 2.022.204.055.091.14=+??? m/s （4）检查x t ?：l x F K n t t x +?=?'20110=c o 32.02.42.055.01.128=???? 计算结果说明x u 和x t ?均满足需求。 (5)检查射流贴附长度l x ： k z x l exp 5.0= 00 h 62.0-35.0k F = 04.004.01.062.035.0=- 20104 1)2(245.5t n F u m z ?= =4.95 l x =0.5?4.95?exp0.04=2.57m 贴附的射流长度满足要求。 综上所述，我们选择方形散流器，其喉部尺寸为250mm ×250mm 。 其他房间散流器的片数由各自房间的送风量及面积来确定，各个房间散流器的片数计算结果详见附表。各个房间散流器的布置见各层平面图。 双层百叶风口气流组织的分析与核算 1.采用双层百叶风口，其特性系数m 1=3.4；n 1= 2.4，风口的尺寸定为0.25m ?0.2m,有效面积系数为0.8,F 0=0.04m 2 2.设定射流长度x=11-0.5+（5.1-1.8-0.1）=14.3m （取工作高度为1.8m ，风口中心距离顶棚0.1m ，离墙0.5m 为不保证区域）。 3.选用8个送风口，其间距是5m 。对于每股射流来说76.2581.5 4.40=?=n f m 2 4.利用各个修正系数求K 1、K 2、K 3,按k 1=97.108.53.147.07.0=?== -n F x x 查《空气调节》图5-13，得K 1=0.84.按照l/x=5/14.3=0.35，查图5-14，得K 2=1.33；计算射流轴心速度衰减： 05.02011==x F m K u u o x 由于本设计的工作区位于射流的回流区域，射流到达计算断面x 位置的风速x u 可以比回流区域高，一般可以取规定风速的2倍，即x u =2h u （h u 是回流区域的风速）。现取x u =0.5m/s ，则0u =0.5/0.05=10m/s 。 5.计算换气次数： 前面已经求得观众大厅的送风量L=14522m 3/h ，则此时的换气次数n=L/n V =7.88次/h 。可见计算结果符合换气次数的要求。 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)。 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≯0.3m/s 。工艺性空调冬季室内风速≯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ASHRAE 用有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为 )15.0(8.7)(EDT ---=x m x t t ν (10-1) 式中 t x ,t m --室内某地点的温度和室内平均温度，℃； v x --室内某地点的风速，m/s 。 对于办公室，当EDT=-1.7~l ℃，v x ＜0.35m/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。 北京某羽毛球场馆空调气流组织设计方案 1 工程概况 羽毛球比赛属于小球比赛，场馆的空调设计不但要满足温湿度的要求，更重要的是必须满足比赛场地对风速要求。根据相关设计规范及标准的要求，比赛场地地面以上9米区域内，风速不得大于0.2m/s[1]，这就给空调系统设计及其运行提出了很大的难题。目前国内外大多数羽毛球场馆的做法是，比赛时将空调系统关掉，以防影响比赛。 北京XxX羽毛球场馆(图1)是为2008年北京奥运会而建设的室内体育场，主要功能是羽毛球与艺术体操用体育馆，总建筑面积24383m2，空调面积20000 m2。比赛大厅是体育馆的核心，包括比赛场地和观众区，观众区围绕比赛场地四周布置，分东、南、西、北四个区域，共设有7508个观众席位，其中固定席位5480个，活动席位2028个。 1.1比赛大厅空调设计参数 表1所示的是比赛大厅的比赛区和观众席的空调设计参数。 1.2空调方式 空调设计方式为全空气式二次回风系统，观众席座椅下送风，上侧回风。即，整个场馆分东、南、西、北四个区域，分别由12台组合式空调机组将处理好的空气通过风道系统送至四个区域观众席位下的结构风腔，利用结构风腔的静压箱作用(各区的结构风腔彼此独立)，并在结构风腔上面的观众席位下开设了9100个风口，并利用可调节旋流风口送风。回风口设在场馆四周的中间层(8.47m)和上层(13.03m)。 图2为场馆内气流组织设计示意图。观众席采用座椅下旋流风口送风，集中回风。比赛场地空调通过座位送风气流的涌流，来达到空调降温的目的。由图可见，结构风腔设计是否合理，是否真正能起到静压箱的作用，是确保场馆内气流组织达到设计要求的重要影响因素。 合理地气流组织方式 车辆工程126班xxx 空调客车除了要有合适的空气温度和相对湿度外，对空气的温度和风度的均匀程度，即对室内温度场，速度场也有一定的要求，而室内的温度场，速度场受气流流动和分布的影响很大。例如在夏季送人车内的空气温度要比室内温度低，如果送风温差较大，冷空气直接吹到旅客居留区内，人体会感到不适，这就要求将送入车内的空气限于室内空气适当混合，再送到居留区。通常我们把这种对室内气流流动和分布的控制称为气流组织。显然，室内要满足空调的要求，必须妥善处理好气流组织的问题。气流组织合理与否，与送风口和回风口的位置，形式大小送风气流的流态和运动参数送风温差可是结构等诸多因素有关，其中，送风口的形式和结构对室内气流组织影响较大，因此，合理的气流组织方式也为科学研究的重要课题。 1.1 课题研究背景及意义 随着国民经济的持续发展和城市化进程的加快，城市交通拥挤、交通阻塞现象日趋严重，“乘车难、行车难”已经成为大中城市普遍存在的社会问题，根据国外经验，发展铁路是解决城市交通拥挤的有效措施之一，铁路运输佐为现代化交通工具，具有运量大、速度高、低污染、少占资源、低能耗、乘坐方便、安全舒适等特点，属于绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则。铁路的迅速发展对地铁车厢内的舒适状况和空气品质的要求越来越高，列车空调通风系统作为为乘客提高舒适的乘车环境的必要硬件设备，合理的空调通风方案能有效地改善乘客的乘车舒适性。分析空调、通风系统的布置对车厢内空气品质和热舒适状况的影响，研究空调客车内温度场与速度场的分布特点，提出相应的改进措施，对指导铁路客车调通风系统的设计将有理论价值和现实意义。近几年计算机技术的发展，计算流体动力学技术（CFD）受到人们的青睐，这种方法也广泛用在暖通空调领域。传统的铁路车通风风道设计主要是采用经验的设计方法，然后通过试验对风道的性能进行考察，设计周期长，试验费用高，风道内部流场复杂，三维流场的测试非常昂贵。利用计算流体力学方法对空调通风风道内部流场流动特性进行分析，同时对室内空气流动的速度场、温度场等进行模拟和预测，从而得到室内速度、温度等物理量的详细分布情况，这对改进和优化风道设计，提高车室内环境的舒适性有着十分重要的理论价值和现实意义。 1.2 铁路客车通风系统研究现状 1.2.1 铁路车辆空调送风风道形式我国早期修建的铁路车辆内未安装空调，主要依靠通风系统进行客室内通风换气，随着铁路客运展，多数车辆都安装空调系统，为乘客提供更舒适的乘车环境。客室内的舒适性很大程度上取决于客室内温度场均匀稳定、流速大小控制合理的气流组织，能够在客室内形成一个稳定均匀的温度场和速度场。客室内气流组织的优劣主要取决于送风风道的送风均匀性。目前我国已建成的铁路车辆送风风道主要有以下三种形式[5]，即大截面准静压送风风道、圆管式车辆空调送风和条缝式静压送风风道。对现有文献进行分析表明，对于客车送风风道研究目前主要为铁路客车空调送风风道的实验 空调气流组织设计方案的优化与实施 北京工业大学奥运会羽毛球场馆 空调气流组织设计方案优化与实施 北京工业大学杨英霞陈超任明亮果海凤 中铁建设集团有限公司倪真贾学斌余振飞 摘要:北京工业大学的羽毛球场馆是北京奥运会的新建场馆之一,由于羽毛球比赛场地对风速要求非常高,要求地面以上9米区域内的风速不大于0.2m/s。为此,本文利用计算流体力学技术(CFD),对场馆内设计工况下的气流组织进行了预测,根据计算结果,对有可能影响场馆内气流组织的观众席座椅下的结构风腔内的送风方式进行了优化设计,提出了相应的修改方案。现场实测结果表明,比赛场地的速度场达到设计要求,满足羽毛球比赛场地风速不大于0.2m/s的要求。 关键词:奥运会羽毛球场馆;0.2m/s风速;气流组织;方案优化;实施 1 工程概况 羽毛球比赛属于小球比赛,场馆的空调设计不但要满足温湿度的要求,更重要的是必须满足比赛场地对风速要求。根据相关设计规范及标准的要求,比赛场地地面以上9米区域内,风速不得大于0.2m/s[1],这就 给空调系统设计及其运行提出了很大的难题。当前国内外大多数羽毛球场馆的做法是,比赛时将空调系统关掉,以防影响比赛。 北京工业大学羽毛球场馆(图1)是为北京奥运会而建设的室内体育场,主要功能是羽毛球与艺术体操用体育馆,总建筑面积24383m2,空调面积 0 m2。比赛大厅是体育馆的核心,包括比赛场地和观众区,观众区围绕比赛场地四周布置,分东、南、西、北四个区域,共设有7508个观众席位,其中固定席位5480个,活动席位2028个。 a)场馆外立面图 b)场馆内实景 图1 北京工业大学羽毛球场馆 1.1比赛大厅空调设计参数 表1所示的是比赛大厅的比赛区和观众席的空调设计参数。 表1 温、湿度设计参数 房间名称 夏季冬季 温度(℃) 相对湿度(%) 温度(℃) 相对湿度(%) 比赛区26 60 18 ≥30 观众席25 60 18 ≥30 1.2空调方式 空调设计方式为全空气式二次回风系统,观众席座椅下送风,上侧回风。即,整个场馆分东、南、西、北四个区域,分别由12台组合式空调 第2.4.1条空气调节房间的气流组织,应根据室内温湿度参数、允许风速和噪声标准等要求，并结合建筑物特点、内部装修、工艺布置以及设备散热等因素综合考虑，通过计算确定。 第2.4.2条空气调节房间的送风机及送风口的选型,应符合下列要求; 一、一般可采用百叶风口或条缝型风口等侧送,有条件时,侧送气流宜内贴附.工艺性空气调节房间,当室温允许波动范围小于或等于±0.5oC 时,侧送气流应贴附; 二、当有吊顶可得用时,应根据房间高度及使用场所对气流的要求,分别采用圆型、方型和条缝型散流器和孔板送风，当单位面积送风量较大，且工作区内要求风速软件包小或区域温差要求严格时，就采用孔板送风。 三、空间较大的公共建筑和室温允许波动范围大于或等于±0.1oC 的高大厂房，可采用喷口或旋流风口送风。 注：1、工艺设备对侧送气流有一定的阻碍或单位面积送风量较大，使工作区的风速成不能满足要求时，不应采用侧送。 2、电子计算机房，当其设备散热大且上都有排热装置时，可采用地板送内方式。 3、设置窗式空调器和风机组时，不宜使气流直接吹向人体。 第2.4.3条采用贴附侧送,应符合下列要求: 一、送风中上缘离顶棚距离较大时,送风口处应设置向上倾斜10~20的导流片; 二、送风口内应设置使射流不致左右偏斜的导流片 三、射流流程中不得有阻挡物. 第2.4.4条采用孔板送风时,应符合下列要求: 一、孔板上部稳压层的高度,应按计算确定,但净高不应小于0.2m; 二、向稳压层内送风的速度,宜采用3~5M/S;除送风射程较长的以外,稳压层内可不设送风分布支管,在送风口处,宜装设防止送风气流直接吹向孔板的导流片或挡板. .气流组织方式 （表14）： 气流组织得本次设计的任务就是合理得组织室内得空气流动，还有分布，使室内工作得区域空气的湿度和温度还有速度以及它们得洁净度。更好地满足工艺得要求和人们得舒适。 送风口布置与参数 1.空调房间气流组织设计，应符合下列： （1）进行必要的气流组织计算； （2）满足室内温湿度还有精度、以及人员活动区的允许气流速度、同时还有室内噪声标准。（3）最好能和建筑装修有非常好的结合； （4）气流均匀分布，应当避免出现短路、死角。 1散流器的选择 以半地下室为例:4001总送风量为7673.51m3/h（2.13m3/s），尺寸 12*9.1m，净高为4.8m。采用散流器平送，布置四个送风口，每个风口服务面积为4.55m×6m。 初选散流器。选用矩形平送型散流器，按颈部风速为2～6m/s选择散流器规格。本房间按3m/s左右选风口。选用颈部尺寸为400×400㎜2的矩形散流器，颈部面积为0.16㎡，则颈部风速为： ν=7673.51/(3600*6*0.2）=2.22m/s 散流器实际出口面积约为颈部面积的90%，即A=0.16*0.9=0.144m 2。则散流器出口风速v 0=2.22/0.9=2.47m/s 。 1.1 散流器送风气流分布计算 选用合适的散流器，使房间内风速满足设计要求。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综合的公式，散流器射流的速度衰减方程为: 2 /10x x KA v v x += (3-1) 式中 x ——以散流器中心为起点的射流水平距离，m ； v x ——在x 处的最大风速，m/s ； v 0——散流器出口风速，m/s ； x 0——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 2； K ——系数，多层锥面散流器为1.4，盘式散流器为1.1。 求射流末端速度为0.5 m/s 的射程，即： 07.05 .0)144.0(47.24.12/1002/1-??=-=x v v KA x x =2.55m (3) 室内平均风速v m (m/s)与房间大小、射流的射程有关，可按下式计算: () 22 4/381.0H L rL v m += (3-2) 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，因此rL 即为射程，射程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(3-2)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%。计算室内平均速度： 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1.1m 和0.1m 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<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≯0.3m/s 。工艺性空调冬季室内风速≯0.3m/s ，夏季宜采用-0.5ms 。 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 )15.0(8.7)(EDT ---=x m x t t ν (10-1) 式中 t x ,t m --室内某地点的温度和室内平均温度，℃； v x --室内某地点的风速，m/s 。 对于办公室，当EDT=~l ℃，v x ＜0.35m/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。 10.1.5 通风效率E v IDC机房空调系统气流组织研究与分析 摘要：本文阐述了IDC机房气流组织的设计对机房制冷效率有重要影响，叙述现有空调系统气流组织的常见形式。同时重点对IDC机房常见的几种气流组织进行了研究与分析，对比了几种气流组织的优缺点，从理论与实践中探讨各种气流组织情况下冷却的效率。 关键词：IDC、气流组织、空调系统 一、概述 在IDC机房中，运行着大量的计算机、服务器等电子设备，这些设备发热量大，对环境温湿度有着严格的要求，为了能够给IDC机房等提供一个长期稳定、合理、温湿度分布均匀的运行环境，在配置机房精密空调时，通常要求冷风循环次数大于30次，机房空调送风压力75Pa，目的是在冷量一定的情况下，通过大风量的循环使机房运行设备发出的热量能够迅速得到消除，通过高送风压力使冷风能够送到较远的距离和加大送风速度；同时通过以上方式能够使机房部的加湿和除湿过程缩短，湿度分布均匀。 大风量小焓差也是机房专用空调区别于普通空调的一个非常重要的方面，在做机房部机房精密空调配置时，通常在考虑空调系统的冷负荷的同时要考虑机房的冷风循环次数，但在冷量相同的条件下，空调系统的空调房间气流组织是否合理对机房环境的温湿度均匀性有直接的影响。 空调房间气流组织是否合理，不仅直接影响房间的空调冷却效果，而且也影响空调系统的能耗量，气流组织设计的目的就是合理地组织室空气的流动使室工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好地满足要求。 影响气流组织的因素很多，如送风口位置及型式，回风口位置，房间几何形状及室的各种扰动等。 二、气流组织常见种类及分析： 按照送、回风口布置位置和形式的不同，可以有各种各样的气流组织形式，大致可以归纳以下五种：上送下回、侧送侧回、中送上下回、上送上回及下送上回。 1)投入能量利用系数 气流组织设计的任务，就是以投入能量为代价将一定数量经过处理成某种参数的空气送进房间，以消除室某种有害影响。因此，作为评价气流组织的经济指标，就应能够反映投入能量的利用程度。 恒温空调系统的“投入能量利用系数”βt，定义： （2-1） 式中：t0一一送风温度， tn一一工作区设计温度， tp一一排风温度。 通常，送风量是根据排风温度等于工作区设计温度进行计算的．实际上，房间的温度并不处处均匀相等，因此，排风口设置在不问部位，就会有不同的排风温度，投入能量利用系数也不相同。 从式(2—1)可以看出： 当tp= tn时，βt=1.0，表明送风经热交换吸收余热量后达到室温度，并进而排出室外。 当tp>tn 时，βt>1.0，表明送风吸收部分余热达到室温度、且能控制工作区的温度，而排风温度可以高于室温度，经济性好。 当tp喷口气流组织计算
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