建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)補(bǔ)充通風(fēng)與氣流組織PPT課件

1、1氣流組織對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的意義 氣流組織的定義 狹義：機(jī)械通風(fēng)的送回風(fēng)的搭配形式 廣義：一定的送風(fēng)口形式和送風(fēng)參數(shù)所帶來(lái)的室內(nèi)氣流分布(Air Distribution) 送風(fēng)參數(shù)：風(fēng)量、風(fēng)速的大小和方向以及風(fēng)溫、濕度、污染物濃度等 氣流組織的重要性： 保證室內(nèi)熱濕環(huán)境和保證空氣品質(zhì) 第1頁(yè)/共61頁(yè)2本章內(nèi)容 通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法 室內(nèi)氣流分布的描述參數(shù) 氣流組織的測(cè)量與計(jì)算方法 第2頁(yè)/共61頁(yè)3通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法第3頁(yè)/共61頁(yè)4通風(fēng)換氣或空氣調(diào)節(jié)采用稀釋方法控制室內(nèi)環(huán)境 通風(fēng) 基本考慮單一參數(shù)控制，如溫度，污染物濃度等 空氣調(diào)節(jié) 多參數(shù)控制：調(diào)節(jié)溫度、濕度、流速、潔凈度、空氣

2、成分、氣味等 污染嚴(yán)重：直流式系統(tǒng)（即機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)） 污染不很嚴(yán)重：部分回風(fēng)系統(tǒng)第4頁(yè)/共61頁(yè)5通風(fēng)的方式 自然通風(fēng) 利用自然的手段（熱壓、風(fēng)壓等）來(lái)促使空氣流動(dòng)而進(jìn)行的通風(fēng)換氣方式 特點(diǎn) 不消耗動(dòng)力或消耗很少的動(dòng)力，節(jié)能 可以用充足的新鮮空氣保證室內(nèi)的空氣品質(zhì) 受建筑設(shè)計(jì)和氣候條件限制，難以控制 機(jī)械通風(fēng) 利用機(jī)械手段（風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇等）產(chǎn)生壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣流動(dòng)的方式 特點(diǎn) 可控制性強(qiáng)。可通過(guò)調(diào)整風(fēng)口、風(fēng)量等控制室內(nèi)氣流分布 需要消耗 能源 初投資和運(yùn)行費(fèi)都比較高第5頁(yè)/共61頁(yè)6 基本原理：只要建筑開(kāi)口兩側(cè)存在壓力差P，就會(huì)有空氣流過(guò)開(kāi)口。流過(guò)的風(fēng)速為： 驅(qū)動(dòng)力壓差 熱壓：溫差引起的空氣密度

3、差導(dǎo)致建筑開(kāi)口內(nèi)外的壓差 風(fēng)壓：室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開(kāi)口處的壓差 自然通風(fēng)的分類 熱壓通風(fēng) 風(fēng)壓通風(fēng) 風(fēng)壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風(fēng)自然通風(fēng) PP22第6頁(yè)/共61頁(yè)7熱壓通風(fēng))()(nwababghPPPP 第7頁(yè)/共61頁(yè)8熱壓通風(fēng)的基本概念hbaoo2h1中和面第8頁(yè)/共61頁(yè)9多層建筑的熱壓引起的自然通風(fēng) 大中和面小中和面Hh圖 3-3 多層建筑的熱壓引起的空氣滲透 5 . 1/15 . 1)11()()(mgHFtotalLiiioutidial 5 . 1/1)(ghZhFLiiinioutiiidia 第9頁(yè)/共61頁(yè)10風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)第10頁(yè)/共61頁(yè)

4、11風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng) wwfKP 22 第11頁(yè)/共61頁(yè)12風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)第12頁(yè)/共61頁(yè)13風(fēng)壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風(fēng) hbKbxbPawtwtnnxaPKawwwbnwxawwbxbbKhgPKPP 2)(222 wwaxaaKPP 22 第13頁(yè)/共61頁(yè)14常見(jiàn)的自然通風(fēng)的形式第14頁(yè)/共61頁(yè)15機(jī)械通風(fēng)氣流組織形式 混合通風(fēng) 追求均勻的室內(nèi)環(huán)境 混合后的空氣可能已被污染 置換通風(fēng) 保證人員呼吸區(qū)的環(huán)境要求 下送風(fēng)，新鮮氣流先送入工作區(qū) 個(gè)性化送風(fēng) 滿足不同個(gè)體的特殊性要求 工位送風(fēng)，獨(dú)立可調(diào)第15頁(yè)/共61頁(yè)16機(jī)械通風(fēng)的氣流組織形式第16頁(yè)/共61頁(yè)17混合通風(fēng)的氣流

5、形式第17頁(yè)/共61頁(yè)18室內(nèi)氣流分布的描述參數(shù)一 .通 風(fēng) 量二 .氣 流 分 布 與 室 內(nèi) 環(huán) 境三 .空 氣 齡 及 其 他第18頁(yè)/共61頁(yè)19通風(fēng)量與 IAQIAQ的關(guān)系第19頁(yè)/共61頁(yè)20通風(fēng)量與 IAQIAQ的關(guān)系 美國(guó)(歐洲)對(duì)學(xué)校，辦公室的最新研究表明新風(fēng)量與SBS之間有著一定的關(guān)系，當(dāng)新風(fēng)量小于36 m3/h人時(shí)，SBS 問(wèn)題變得顯著。 關(guān)于人體代謝污染的問(wèn)題，第一印象 (First Impres sion) 使 80%的人能夠滿意的最小新風(fēng)量是 27 m3/h人，對(duì)于已適應(yīng)了室內(nèi)環(huán)境的 90%的人能夠滿足的最小新風(fēng)量只需 9 m3/h人。 第20頁(yè)/共61頁(yè)21新風(fēng)通

6、風(fēng)換氣量第21頁(yè)/共61頁(yè)22新風(fēng)通風(fēng)換氣量 決定因素 室內(nèi)污染物允許濃度 室外污染物濃度 室內(nèi)污染物發(fā)生量：發(fā)生量已知否？ 室內(nèi)污染物產(chǎn)生對(duì)換氣量的要求 人體代謝生物污染：以CO2濃度或臭氣強(qiáng)度指數(shù)為指標(biāo)確定換氣量 消除煙臭的要求根據(jù)吸煙量確定 污染物發(fā)生量：VOC等微量產(chǎn)生的污染難以監(jiān)測(cè)，通風(fēng)量的確定仍然是需要研究的問(wèn)題。第22頁(yè)/共61頁(yè)23氣流分布與室內(nèi)環(huán)境的關(guān)系 總新風(fēng)量滿足要求 ，是否意味著IAQ一定滿足要求？ 向室內(nèi)引入的新風(fēng)是否都進(jìn)入了呼吸區(qū)？ 室內(nèi)空氣更新的快慢如何？ 室內(nèi)污染物被轉(zhuǎn)移出去的速度如何？ 室內(nèi)空氣參數(shù)分布是否滿足要求？第23頁(yè)/共61頁(yè)24氣流分布(氣流組織)評(píng)

7、價(jià)的方法 通風(fēng)氣流組織評(píng)價(jià)的三類參數(shù) 描述送風(fēng)有效性的參數(shù)，主要反映送風(fēng)能否有效到達(dá)考察區(qū)域以及到達(dá)該區(qū)域的空氣新鮮程度，如：空氣齡、換氣效率、送風(fēng)可及性 描述污染物排除有效性的參數(shù)，主要反映污染物到達(dá)考察區(qū)域的程度以及到達(dá)該區(qū)域所需要的時(shí)間，如：污染物含量和排空時(shí)間 、排污效率與余熱排除效率 、污染物年齡 、污染源可及性 與熱舒適關(guān)系密切的有關(guān)參數(shù)，如：不均勻系數(shù) 、空氣擴(kuò)散性能指標(biāo)(ADPI) 如果室內(nèi)空氣充分混合，那么就可以用一個(gè)集總的參數(shù)對(duì)房間的通風(fēng)效果進(jìn)行總體評(píng)價(jià)第24頁(yè)/共61頁(yè)25 兩種典型的理想氣流分布 均勻混合：氣流充分混合，各處參數(shù)完全一樣 活塞流動(dòng) 實(shí)際情況都不是均勻混合

8、和活塞流動(dòng)，而要復(fù)雜得多理想的氣流分布形式第25頁(yè)/共61頁(yè)26全面通風(fēng)的基本微分方程式（均勻混合時(shí)的稀釋方程） QCS d + M d - Q C d =VdC 在通風(fēng)量Q一定、室內(nèi)初始濃度為C1的時(shí)候，求C2與通風(fēng)時(shí)間的關(guān)系： 穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)系式：VQCQMVQCCs expexp112QCMQCdCVds VQCMQCddCs sCCMQ2sCQMC2第26頁(yè)/共61頁(yè)27活塞流動(dòng)時(shí)的室內(nèi)參數(shù) 由源強(qiáng)度和房間名義時(shí)間常數(shù)(換氣次數(shù)的倒數(shù))確定 房間的溫度、濕度和污染物濃度在經(jīng)過(guò)源之前等于送風(fēng)參數(shù) 經(jīng)過(guò)源之后等于均勻混合后的參數(shù)nQVn1 第27頁(yè)/共61頁(yè)28空氣齡 Air ageAir

9、age 最早于20世紀(jì)80年代由Sandberg提出?？諝恺g是指送風(fēng)到達(dá)房間某點(diǎn)的時(shí)間。 某點(diǎn)的空氣齡越小，說(shuō)明該點(diǎn)的空氣越新鮮，空氣品質(zhì)就越好。 如果某點(diǎn)的空氣年齡為的空氣微團(tuán)在某點(diǎn)空氣中所占的比例分布即概率分布f()，有 累計(jì)分布函數(shù) 則某點(diǎn)的平均空氣齡為10 df)()()( Fdf 0 001 dFdfp)()(第28頁(yè)/共61頁(yè)29與空氣齡相關(guān)的兩個(gè)參數(shù) 殘余時(shí)間(Residual lifetime) 空氣從當(dāng)前位置到離開(kāi)房間的時(shí)間 rl 駐留時(shí)間(Residence time ) 空氣離開(kāi)房間時(shí)空氣齡 rprlr第29頁(yè)/共61頁(yè)30幾處典型的空氣齡 房間平均空氣齡 等于房間各點(diǎn)空

10、氣齡的體平均 典型流型的空氣齡 活塞流：p e / 2 r= e= n 均勻混合流：p er= 2p= 2 e 非完全混合流：入口空氣年齡最年輕，出口空氣年齡最老。VVipip 第30頁(yè)/共61頁(yè)31換氣效率不涉及污染源的位置 理論上最短的換氣時(shí)間是多少？ “理想活塞流” 的換氣效率最高，房間的平均空氣齡最小 換氣效率的定義 實(shí)際通風(fēng)條件下房間平均空氣齡與活塞流的平均空氣齡的比值倒數(shù)為換氣效率（1），反映了新鮮空氣置換原有空氣的快慢與活塞通風(fēng)下置換快慢的比較22enp 理想理想%p1002 pnpa 理理想想第31頁(yè)/共61頁(yè)32 空間各點(diǎn)的換氣效率的定義 空間各點(diǎn)的換氣效率可以大于1，反映了

11、新鮮空氣替換原有空氣的有效程度換氣效率不涉及污染源的位置%100pini 第32頁(yè)/共61頁(yè)33常見(jiàn)送回風(fēng)形式的換氣效率第33頁(yè)/共61頁(yè)34一個(gè)對(duì)比的概念一個(gè)對(duì)比的概念排污效率：涉及污染源的位置 排污效率 充分混合流 1 活塞流 均勻污染源 2 如果污染源在出口呢？ 污染源在入口呢？ 余熱排除效率 用得熱代替污染物，溫度代替污染物濃度sseCCCC spsepCCCC sasettttt atC,第34頁(yè)/共61頁(yè)35送風(fēng)可及性( (清華，2003)2003)Accessibility of Supply Air: ASAAccessibility of Supply Air: ASA 傳統(tǒng)

12、的氣流組織評(píng)價(jià)指標(biāo)，如空氣齡和換氣效率，均反映的是穩(wěn)態(tài)情況 需要反映送風(fēng)在任意時(shí)刻到達(dá)室內(nèi)各點(diǎn)的能力，考慮有限時(shí)間內(nèi)送風(fēng)的有效性 定義 在流場(chǎng)不變的條件下，假設(shè)某一送風(fēng)口的空氣含有濃度為Cs,i的指示劑氣體，房間內(nèi)部無(wú)源，則該送風(fēng)口在歷時(shí)T后對(duì)空間位置i的可及性為T(mén)CdCTAisTiis ,)()(0 第35頁(yè)/共61頁(yè)36不同時(shí)刻的送風(fēng)可及性發(fā)展情況第36頁(yè)/共61頁(yè)37可及性的物理意義 可及性是流場(chǎng)自身的特性，與送風(fēng)有無(wú)指示劑無(wú)關(guān) 可及性反映了在經(jīng)歷了一定時(shí)間后，各風(fēng)口送風(fēng)到達(dá)空間各點(diǎn)的相對(duì)程度 單一風(fēng)口經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，空間各點(diǎn)的可及性均為1 多個(gè)風(fēng)口經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，在空間各點(diǎn)的可及性

13、和為1第37頁(yè)/共61頁(yè)38不均勻系數(shù) 反映氣流溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的不均勻程度。ttti tntttkitt2)( ukuu 第38頁(yè)/共61頁(yè)39空氣擴(kuò)散性能指標(biāo)ADPIADPI (Air Diffusion Performance Index) (Air Diffusion Performance Index) 定義 空間內(nèi)滿足規(guī)定風(fēng)速和溫度要求的測(cè)點(diǎn)數(shù)與總測(cè)點(diǎn)數(shù)之比 有效溫差 ET=( t - tn)-7.66(Vi-0.15) ADPI的值越大，說(shuō)明感到舒適的人群比例越大。在一般情況下，應(yīng)使ADPI80 總測(cè)點(diǎn)數(shù)總測(cè)點(diǎn)數(shù)的測(cè)點(diǎn)數(shù)的測(cè)點(diǎn)數(shù)1001 . 17 . 1 ETADPI第39頁(yè)/共6

14、1頁(yè)40氣流組織的測(cè)量與計(jì)算方法1.示蹤氣體實(shí)驗(yàn)法2.半經(jīng)驗(yàn)射流公式法3.數(shù)值求解法(CFD方法)第40頁(yè)/共61頁(yè)411.示蹤氣體試驗(yàn)法 是研究建筑物空氣分布與滲透特性的重要手段 示蹤氣體的目的是準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)室內(nèi)空氣流動(dòng)特性，必須具有如下特點(diǎn) 能夠完全跟隨空氣流動(dòng) 具有可測(cè)性 具有穩(wěn)定性，一般情況下不發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng) 無(wú)毒性 常見(jiàn)的示蹤氣體包括甲烷、SF6、二氧化碳等。 第41頁(yè)/共61頁(yè)42示蹤氣體的常見(jiàn)釋放方法 脈沖法（pulse method） 在釋放點(diǎn)釋放少量的示蹤氣體，記錄測(cè)量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程。 上升法（step-up method） 在釋放點(diǎn)連續(xù)釋放固定強(qiáng)度源的示蹤

15、氣體，記錄測(cè)量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程。 下降法（或衰減法）(step-down or decay method) 房間中示蹤氣體的濃度達(dá)到平衡狀態(tài)后，停止釋放示蹤氣體，記錄測(cè)量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程。 第42頁(yè)/共61頁(yè)43下降法（衰減法）測(cè)空氣齡 待房間內(nèi)各點(diǎn)濃度穩(wěn)定后，停止示蹤氣體加入，測(cè)量被測(cè)點(diǎn)的濃度變化過(guò)程 空氣齡的累積分布函數(shù)F () 空氣齡公式0( )(0)pppCdC0( )(0)pppCdCCp(0)F() )()()()(01ppCCdfF第43頁(yè)/共61頁(yè)44脈沖法測(cè)空氣齡 在通風(fēng)房間的送風(fēng)口釋放少量示蹤氣體，記錄被測(cè)點(diǎn)的濃度變化過(guò)程 概率分布函數(shù) 空氣

16、齡公式0( )( )( )(/)( )pppCCfm QCd000( )( )(/)( )ppppCdCdm QCd第44頁(yè)/共61頁(yè)45上升法測(cè)空氣齡 在房間送風(fēng)口處恒定釋放示蹤氣體，記錄被測(cè)點(diǎn)的濃度隨時(shí)間變化情況 累計(jì)分布函數(shù)與概率分布函數(shù)之間的關(guān)系為 累積分布函數(shù) 空氣齡公式( )( )( )( )(/)pppCCFCm Q dQmCdFpp)/()( )( 0011)()(0Fdf第45頁(yè)/共61頁(yè)46房間平均空氣齡的測(cè)量方法 脈沖法 上升法 下降法00)()(1 ()()(1 (dCCdCCeeeep002)()(21dCdCeep00)()(dCdCeep第46頁(yè)/共61頁(yè)47平均

17、空氣齡公式怎么來(lái)的？以下降法為例證明 基本公式 邊界條件 則有0000 )(,)()()(MVCVCMp VepdCQMdVCM 00)()()()()()( eQCM 01010101010 dMdMMMddMdCQQQQQe)()()()()()()()(00pppCdC 第47頁(yè)/共61頁(yè)48平均空氣齡公式怎么來(lái)的？以下降法為例證明(2) 000001000 dCdCMdCQMdMVCdVdCdVeeeVVppVp)()()()()()()()(第48頁(yè)/共61頁(yè)492.半經(jīng)驗(yàn)射流公式法 內(nèi)容和來(lái)源 采用射流公式對(duì)空調(diào)送風(fēng)口射流的軸心速度和溫度、射流軌跡等進(jìn)行預(yù)測(cè) 基于某些標(biāo)準(zhǔn)或理想條件

18、理論分析或試驗(yàn) 缺陷 不能用于分析復(fù)雜空間，應(yīng)用受制約 只能給出室內(nèi)的一些集總參數(shù)性的信息 折衷的方法：區(qū)域模型 區(qū)域內(nèi)集總參數(shù) 區(qū)域間考慮存在熱質(zhì)交換 第49頁(yè)/共61頁(yè)503. 數(shù)值求解法 計(jì)算流體力學(xué)方法的引入CFD方法 特點(diǎn)：依據(jù)室內(nèi)空氣流動(dòng)的數(shù)學(xué)物理模型，在計(jì)算機(jī)上做虛擬實(shí)驗(yàn) 原理：對(duì)連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程和組分方程進(jìn)行離散數(shù)值求解 優(yōu)點(diǎn) 成本低、速度快 應(yīng)用范圍廣，提供信息全面 缺點(diǎn)：可靠性問(wèn)題 人們對(duì)湍流的機(jī)理尚無(wú)清楚認(rèn)識(shí)，缺乏完整的湍流理論，需要依賴半經(jīng)驗(yàn)的方法 邊界條件需要簡(jiǎn)化：送風(fēng)口入流、壁面邊界條件、室內(nèi)熱源分布等第50頁(yè)/共61頁(yè)513. 數(shù)值求解法示例 置換通風(fēng)數(shù)值求解方法的空間模型第51頁(yè)/共61頁(yè)52置換通風(fēng)的速度場(chǎng)第52頁(yè)/共61頁(yè)5