室内通风的气流组织与性能评价

第第33讲讲室内通风的气流组织与室内通风的气流组织与性能评价性能评价第一节第一节室内通风的气流组织室内通风的气流组织基本形式基本形式混合通风和置换通风区别混合通风和置换通风区别空气品质接近于送风空气品质接近于回风空气品质消除工作区负荷消除全室负荷通风负荷温度/浓度分层上下均匀温度/浓度分布送风区为层流区回流区为紊流区流态风口扩散性好风口掺混性好送风紊流度小风口紊流系数大下侧送上回上送下回小温差低风速大温差高风速送风特性气流扩散、浮力提升气流强烈掺混通风机理羽流浮力为主机械通风为主通风动力工作区环境满足要求全室环境均一设计目标置换通风混合通风通风方式比较项目混合通风和置换通风区别混合通风和置换通风区别垂直温差较大可能引起不舒适感为了避免垂直温差大，处理冷负荷能力有限如果与冷却顶板联合使用，初投资比较高流动测点不易布置工作区紊流强度低，吹风感小送风先进入工作区，污染物浓度较低，通风效率高送风温度较高，从全年来看，可使用自然冷却的时间更长，节能潜力大置换通风工作区紊流强度高，有吹风感送冷风时，工作区平均速度高送热风时，工作区平均速度低，会发生气流短路室内空气充分混合，利用送风稀释污染物浓度，通风效率较低因为送风射流能有效地与室内空气混合，故允许采用大温差送风，处理冷负荷能力大全室温度均匀由于送风口附近截面压降较大，所以容易布置流动测点混合通风缺点优点通风方式第二节第二节混合式通风混合式通风混合式通风混合式通风•传统的气流组织形式•房间气流组织计算的任务–选择气流分布方式–确定送风口的形式、尺寸、数量等•目的–工作区的温度、速度分布均匀–满足设计要求–排除室内污染物混合式通风混合式通风•对室内气流分布影响最大：送风的射流•一般空调房间送风–非等温送风–非自由送风–由于风口之间的距离近，送风气流会有重合，影响轴心速度•混合通风特点–高速气流与室内空气充分混合–稀释室内污染物（包括余热、余湿）–温度和污染物浓度均匀一致第三节第三节置换式通风置换式通风置换通风置换通风•特点与应用–送风温度低，冷空气下沉到地表面–送风速度为0.2-0.5m/s左右–垂直温度梯度：热源引起的热对流气流。–排风温度：高于室内工作温度–主导气流：由室内热源所控制置换通风置换通风图1置换通风的流态空气漩热源对流气流置换通风原理置换通风原理工作区域热源排风口界面上部区域送风口图6置换通风的热力分层置换通风原理置换通风原理•下部区域：•上部区域：•单向流动区：•紊流混合区：•污染源与热源应共存•室内冷负荷不应过大，120W/m2••房间高度不能过低，房间高度不能过低，2.4m2.4m置换通风系统参数置换通风系统参数•温度梯度–人体舒适：工作区的温度梯度–0.1ｍ：脚踝，敏感部位–工作区的温度：取决于1.1ｍ处的温度–ISO7730：垂直温度梯度应小于3℃/ｍ–3个区：底部区、人员停留区和上部区置换通风温度梯度置换通风温度梯度°C⊿⊿⊿⊿⊿⊿⊿置换通风系统参数置换通风系统参数•送风量–消除冷负荷所需的送风量G1–满足空气品质所需的新风量G2•送风量G1计算tcQGpy36001Qy————人员停留区的综合显热冷负荷人员停留区的综合显热冷负荷————人员停留区允许温差值人员停留区允许温差值t置换通风系统参数置换通风系统参数•送风量–消除冷负荷所需的送风量G1G1–满足空气品质所需的新风量G2G2•送风量G2G2计算G2=Gr/ηGGrr————混合通风满足空气品质所需的新风量混合通风满足空气品质所需的新风量ηη————置换通风呼吸区通风效率置换通风呼吸区通风效率置换通风系统参数置换通风系统参数•呼吸区：卫生学–坐姿：1.1m–站姿：1.7m•呼吸区的通风效率QQQQen/63.045.0183.23213/n——换气次数,次/h站姿人员产生的上升气流站姿人员产生的上升气流空气湖界面下部区上部区分层高度置换通风系统参数置换通风系统参数•送风温度房间内各区的空气温升VCQp3600t置换通风系统参数置换通风系统参数•室内污染物浓度和湿度–以人员为主要污染源的环境，通常以CO2浓度作为控制和评价污染物浓度的指标。–国家卫生标准规定，室内空气中CO2的日平均最高容许浓度应小于0.1%（2g/m3）。置换通风系统参数置换通风系统参数•质量平衡送风中的CO2质量流量+人员散发的CO2质量=排风中的CO2质量流量023600YYXLL——通风量，m3/h；X——室内CO2散发量，g/s；Y2——排风CO2浓度，g/m3；Y0——送风CO2浓度，g/m3。置换通风与冷却顶板系统置换通风与冷却顶板系统传热肋片冷水管道冷却部件送风口辐射对流置换通风与冷却顶板系统置换通风与冷却顶板系统•冷负荷的比例分配–冷却顶板所占比例增大，垂直温差变小，提高热舒适–实验结果：冷负荷比例60%–国外实验和工程表明：50%~55%•最大冷负荷–冷负荷为50W/m2时，热舒适性好–冷负荷越大，置换通风消除的冷负荷占的比例也越大•室内湿度与结霉问题办公建筑案例办公建筑案例办公建筑案例办公建筑案例•上海•室外计算参数–夏季空调干球温度34℃–夏季空调湿球温度28.2℃–新风的浓度0.786g/m3•室内2人•湿负荷：100g/（h·人)•CO2的散发量为33g/（h·人)•室内设计参数夏季温度24℃相对湿度55%办公建筑案例办公建筑案例房间及其内部物体的尺寸和发热量02.0m×0.05m×0.5m桌子（2张）60W0.2m×0.15m×1.2m灯（共6个）300W0.4m×0.4m×0.4m计算机（2台）100W0.4m×1.1m×0.35m人（2个）200W1.16m×3.65m外窗5m×4m×3m房间热量尺寸办公建筑案例办公建筑案例•办公室冷负荷68W/m2冷负荷指标1360WQ总冷负荷200WQ3建筑围护结构及太阳辐射冷负荷360WQ2工作区以上照明冷负荷800WQ1工作区人员以及设备的冷负荷办公建筑案例办公建筑案例•送风量–头脚（0.1-1.1）的设计温差为2℃，最小送风量为V=480m3/h。–新风量取为30m3/(h人)，η=2.1，置换通风新风量=29m3/h。–表4-4进行分层高度的校核，1.lm处的总羽流流量约为400m3/h，小于480m3/h，表明分层高度位于人员呼吸区之上，所以送风量满足要求。办公建筑案例办公建筑案例•送风温度–已知房间的设计温度为24℃，结合头脚温差为2℃，得地面以上0.1m处温度为22℃–式(4-5)计算得送风温度=20℃–由能量平衡方程得出系统的排风温度=28.5℃办公建筑案例办公建筑案例•室内污染物浓度和湿度–室内人员的散发量66g/h，新风中的浓度0.786g/m3–送风浓度2.92g/m3，排风口浓度3.06g/m3–通风效率模型，呼吸区CO2浓度2.99g/m3办公建筑案例办公建筑案例•室内污染物浓度和湿度–室内日平均最高容许浓度0.1%(2g/m3)–不符合卫生标准，总送风量不变，增大新风比，–新风比为15%，V=72m3/h–人均新风量为36m3/h–送风浓度为1.56g/m3–排风口浓度为1.70g/m3–呼吸区浓度为1.63g/m3办公建筑案例办公建筑案例•置换通风：呼出水蒸气为污染物，•呼吸区相对湿度为55%•送风相对湿度为68.8%•排风相对湿度为42.7%•V=0.2m/s，F=0.66m2•1个送风口，F=0.66m2办公建筑案例办公建筑案例•设计计算结果汇总0.66m2送风口面积36m3/h人均新风量15%新风比1.63g/m3呼吸区CO2浓度28.5℃排风温度4℃送风温差68.8%送风湿度20℃送风温度480m3/h送风量办公建筑案例办公建筑案例•空气品质分析–混合通风送排风温差8℃，送风量508m3/h。–新风比15%，CO2浓度1.65g/m3–置换通风系统送风量比混合通风系统小，人均新风量比混合通风小，但呼吸区浓度更低–置换通风IAQ更好第四节第四节自然通风自然通风自然通风分类自然通风分类•建筑空间对象–单空间自然通风（Single-zoneSpace）–多空间自然通风（MultipleSpaces）–建筑楼栋自然通风（Multi-zoneBuilding）•室内气流形式–置换式自然通风（Displacement）–混合式自然通风（Mixed）自然通风分类自然通风分类•开口–单开口自然通风（SingleSided/LargeOpening/Window）：水平单开口和垂直单开口–多开口自然通风（Multipleopenings）•驱动力–风压作用式穿堂式自然通风（Cross）–热压作用式自然通风（Buoyancy-driven）–热压风压共同作用式自然通风（CombinedBuoyancy-andWind-driven）–开口界面质扩散换气（Dispersion）–机械辅助复合式自然通风（Hybrid）单空间建筑自然通风单空间建筑自然通风•一维二区模型分类–无热分层单区水模型–热分层二区水模型–热分层二区无梯度空气模型–热分层二区线性梯度空气模型单空间建筑自然通风单空间建筑自然通风•无热分层单区水模型单空间建筑自然通风单空间建筑自然通风•热分层二区水模型单空间建筑自然通风单空间建筑自然通风•热分层二区无梯度空气模型单空间建筑自然通风单空间建筑自然通风•热分层二区线性梯度空气模型无热分层单区水模型无热分层单区水模型•假设室内空气温度完全均匀：只有1个温度节点•通风量计算式gHAAAACQooibtbtd22222Ab、At——底部和顶部自然通风开口面积，m2；ρi、ρo——室内和室外空气密度，kg/m3；H——建筑空间高度，m。无热分层单区水模型无热分层单区水模型•自然通风空间的有效面积Ti、To——分别为室内和室外空气绝对温度22222btbtAAAAA•通风量计算简化公式gHTTTACQooid无热分层单区水模型无热分层单区水模型•洁净区高度h的表达式φk——热源强度（W）β——常数，单点热源羽流5232HhHACd3531006.0)(zzqk热分层二区水模型热分层二区水模型•通风量计算式hHgTTTACQooid•热分层高度计算式HhhHACd15232热分层二区无梯度空气模型热分层二区无梯度空气模型•两区温度近似为地面附近和顶棚附近空气温度opoktTQcTootbTTTT11,1,1,1cfrccfcfpohhhAcQ热分层二区无梯度空气模型热分层二区无梯度空气模型•通风量计算公式hHgTTTghTTTACQootoobd•热分层高度计算公式HhhHACd115232•当λ=0时，为热分层二区水模型•当λ=1时，为无热分层单区水模型热分层二区线性梯度空气模型热分层二区线性梯度空气模型•热分层高度计算式8341186.2dzdzzk312111062.0380.0039.0004.0zzzm热分层二区线性梯度空气模型热分层二区线性梯度空气模型•通风量计算式HoozdgdzTTTACQ0ootoobdTTTgHTTTgHACQ2121自然通风一维模型的应用自然通风一维模型的应用•热分层高度计算结果•通风量计算结果楼栋建筑自然通风楼栋建筑自然通风•多区网络通风模型基本思想–建筑：网络系统–节点：建筑外部或内部各个区域（zone）–节点间连接线：通风在各区域间的流动关系–阻抗：经过缝隙、门窗及通风口等的阻力损失楼栋建筑自然通风楼栋建筑自然通风•COMIS计算软件–COMIS（ConjunctionofMultizoneInfiltrationSpecialists）–1989-1990年，9国的10余名通风模拟专家在伯克利分校共同开发的计算模型–项目来源：世界能源组织（IEA）的大型国际科研合作项目Annex23–项目的主要目的：研究建筑内部通