氣流組織設(shè)計

1、四、氣流組織的設(shè)計計算氣流組織設(shè)計的任務(wù)是合理地組織室內(nèi)空氣的流動與分布、確定送風(fēng)口的型式、數(shù)量和尺寸，使工作區(qū)的風(fēng)速和溫差滿足工藝要求及人體舒適感的要求。氣流組織的效果可以用空氣分布特性指標(biāo)ADPI（Air Diffusion Performance Index）來評價，它定義為工作區(qū)內(nèi)各點滿足溫度、濕度和風(fēng)速要求的點占總點數(shù)的百分比?？梢酝ㄟ^實測來確定。以下介紹幾種氣流組織的設(shè)計方法。氣流組織設(shè)計一般需要的已知條件如下：房間總送風(fēng)量(m3S)；房間長度(m)；房間寬度(m)；房間凈高(m)；送風(fēng)溫度()；房間工作區(qū)溫度 ()；送風(fēng)溫差()。氣流組織設(shè)計計算中常用的符號說明如下:空氣密度，取

2、1.2 (kg/m3)；空氣定壓比熱容，取1.01 kJ(kg·)；房間總送風(fēng)量(m3S)；房間長度(m)；房間寬度(m)；房間凈高(m)；要求的氣流貼附長度(m)，等于沿送風(fēng)方向的房間長度減去1 m；送風(fēng)溫度()；房間工作區(qū)溫度()；射流自由度，其中為每個風(fēng)口所管轄的房間的橫截面面積(m2)；風(fēng)口直徑，當(dāng)為矩形風(fēng)口時，按面積折算成圓的直徑(m)。（一）側(cè)送風(fēng)的計算除了高大空間中的側(cè)送風(fēng)氣流可以看做自由射流外，大部分房間的側(cè)送風(fēng)氣流都是受限射流。圖6-10 側(cè)送貼附射流流型 側(cè)送方式的氣流流型宜設(shè)計為貼附射流，在整個房間截面內(nèi)形成一個大的回旋氣流，也就是使射流有足夠的射程能夠送到對面

3、墻(對雙側(cè)送風(fēng)方式，要求能送到房間的一半)，整個工作區(qū)為回流區(qū)，避免射流中途進人的工作區(qū)。側(cè)送貼附射流流型如圖6-10所示 (圖中斷面I-I處，射流斷面和流量都達到了最大，回流斷面最小，此處的回流平均速度最大即工作區(qū)的最大平均速)。這樣設(shè)計流型可使射流有足夠的射程，在進人工作前其風(fēng)速和溫差可以充分衰減，工作區(qū)達到較均勻的溫度和速度；使整個工作區(qū)為回流區(qū)，可以減小區(qū)域溫差。因此，在空調(diào)房間中，通常設(shè)計這種貼附射流流型。在布置送風(fēng)口時,風(fēng)口應(yīng)盡量靠進頂棚,使射流貼附頂棚。另外,為了不使射流直接進入工作區(qū),需要一定的射流混合高度，因此側(cè)送風(fēng)的房間不得低于如下高度：m （6-8）式中 工作區(qū)高度，1.

4、82.0m； 送風(fēng)口下緣到頂棚的距離(m)，見圖6-10； 0.3m安全系數(shù)。側(cè)送風(fēng)氣流組織的設(shè)計步驟： （1）根據(jù)允許的射流溫度衰減值，求出最小相對射程 在空調(diào)房間內(nèi)，送風(fēng)溫度與室內(nèi)溫度有一定溫差，射流在流動過程中，不斷摻混室內(nèi)空氣，其溫度逐漸接近室內(nèi)溫度。因此，要求射流的末端溫度與室內(nèi)溫度之差小于要求的室溫允許波動范圍。射流溫度衰減與射流自由度、紊流系數(shù)、射程有關(guān)，對于室內(nèi)溫度波動允許大于1的空調(diào)房間，射流末端的可為1左右，此時可認(rèn)為射流溫度衰減只與射程有關(guān)。中國建筑科學(xué)研究院通過對受限空間非等溫射流的實驗研究，提出溫度衰減的變化規(guī)律，見表6-4。表6-4 受限射流溫度衰減規(guī)律246810

5540.380.310.270.240.180.140.120.090.04 注：為射流處的溫度與工作區(qū)溫度之差； 為送風(fēng)溫差。 試驗條件：=21.227.8。 2計算風(fēng)口的最大允許直徑根據(jù)射流的實際所需貼附長度和最小相對射程，計算風(fēng)口允許的最大直徑，從風(fēng)口樣本中預(yù)選風(fēng)口的規(guī)格尺寸。對于非圓形的風(fēng)口，按面積折算為風(fēng)口直徑，即 (6-9)式中 風(fēng)口的面積（m2）。 從風(fēng)口樣本中預(yù)選風(fēng)口的規(guī)格尺寸，。 3選取送風(fēng)速度口，計算各風(fēng)口送風(fēng)量 送風(fēng)速度如果取較大值，對射流溫差衰減有利，但會造成回流平均風(fēng)速即要求的工作區(qū)風(fēng)速太大。與及有關(guān)，見式（6-7），而可根據(jù)要求的工作區(qū)風(fēng)速或

6、按工作區(qū)要求的溫濕度來確定。 為了防止送風(fēng)口產(chǎn)生噪聲，建議送風(fēng)速度采用=25 m/s；當(dāng)=0.25 m/s時，其最大允許送風(fēng)速度列于表6-5。表6-5 最大允許送風(fēng)速度 射流自由度 5 6 7 8 9 10 1l 12 13 15 20 25 30 最大允許送風(fēng)速度/ (m/s)1.812.172.542.883.263.62 4.04.354.71 5.4 7.2 9.810.8 建議采用 /(m/s) 2.0 3.5 5.0 確定送風(fēng)速度后，即可得送風(fēng)口的送風(fēng)量為 (6-10) 式中 為風(fēng)口有效斷面的系數(shù)，可根據(jù)實際情況計算確定；或從風(fēng)口樣本上查找，一般送風(fēng)口為0.95，對于雙層百葉風(fēng)口約

7、為0.700.82。 4計算送風(fēng)口數(shù)量與實際送風(fēng)速度 (6-11)實際送風(fēng)速度 (6-12) 5校核送風(fēng)速度 根據(jù)房間的寬度和風(fēng)口數(shù)量，計算出射流服務(wù)區(qū)斷面為 (6-13) 由此可計算出射流自由度，由式（6-7）可知，當(dāng)工作區(qū)允許風(fēng)速為0.2O.3m/s時，允許的風(fēng)口最大出風(fēng)風(fēng)速為 (6-14) 如果實際出口風(fēng)速，則認(rèn)為合適；如果，則表明回流區(qū)平均風(fēng)速超過規(guī)定值，超過太多時，應(yīng)重新設(shè)置風(fēng)口數(shù)量和尺寸，重新計算。 6校核射流貼附長度貼附射流的貼附長度主要取決于阿基米德數(shù)，數(shù)愈小，射流貼附的長度愈長；數(shù)愈大，貼附射程愈短。中國建筑科學(xué)研究院空氣調(diào)節(jié)研究所通過實驗，給出阿基米德數(shù)與相對射程之間的關(guān)系

8、，見表6-6。表6-6 射流貼附長度O.21.O2.O3.O4.05.O6.07.09.01113 8051403532302826232119 從表6-6中查出與阿基米德數(shù)對應(yīng)的相對射程，便可求出實際的貼附長度。若實際貼附長度大于或等于要求的貼附長度，則設(shè)計滿足要求；若實際的貼附長度小于要求的貼附長度，則需重新設(shè)置風(fēng)口數(shù)量和尺寸，重新計算。 【例6-1】 已知房間的尺寸為=6m，=21m，凈高=3.5m，房間的高符合側(cè)送風(fēng)條件，總送風(fēng)量=3000m3/h，送風(fēng)溫度=20，工作區(qū)溫度=26。試進行氣流組織設(shè)計。 【解】 =3000m3/h=0.83 m3/s。 （1）取=1，因此；由表6-5查

9、得射流最小相對射程。 （2）設(shè)在墻一側(cè)靠頂棚安裝風(fēng)管，風(fēng)口離墻為0.5m ，則射流的實際射程為 m ；由最小相對射程求得送風(fēng)口最大直徑m 。選用雙層百葉風(fēng)口，規(guī)格為300mm×200mm。根據(jù)式(6-9)計算風(fēng)口面積當(dāng)量直徑m （3）取m/s，計算每個送風(fēng)口的送風(fēng)量。 （4）計算送風(fēng)口數(shù)量 個 ( 取6個) 從而實際的風(fēng)口送風(fēng)速度為 （5）校核送風(fēng)速度 射流服務(wù)區(qū)斷面積 射流自由度 若以工作區(qū)風(fēng)速不大于0.2m/s為標(biāo)準(zhǔn)，則因，可以達到回流平均區(qū)風(fēng)速0.2m/s的要求。 (6)校核射流貼附長度 根據(jù)式(6-5)有從表6-6可查得，相對貼附射程為21m，因此，貼附射程為(21×

10、;0.276)m=5.8m5m，滿足要求。以上的計算步驟與實例適用于對溫度波動范圍的控制要求并不嚴(yán)格的空調(diào)房間。對于恒溫恒濕空調(diào)房間的氣流分布設(shè)計參閱有關(guān)文獻。 (二)散流器送風(fēng)的設(shè)計計算圖6-11 散流器平面布置圖a)對稱布置 b) 梅花形布置1一柱 2一方形散流器 3一三面送風(fēng)散流器散流器應(yīng)根據(jù)采暖通風(fēng)國家標(biāo)準(zhǔn)圖集和生產(chǎn)廠樣本選取。散流器送風(fēng)的氣流流型有平送和下送兩種典型的送風(fēng)方式。設(shè)計頂棚密集布置散流器下送時，散流器形式應(yīng)為流線型。在此僅討論平送方式。 氣流流型為平送貼附射流，有盤式散流器、圓形直片式散流器、方形片式散流器和直片形送吸式散流器。根據(jù)空調(diào)房間的大小和室內(nèi)所要求的參數(shù)，選取散

11、流器個數(shù)。一般按對稱位置或梅花形布置(圖6-11)，梅花形布置時每個散流器送出氣流有互補性，氣流組織更為均勻。 圓形或方形散流器相應(yīng)送風(fēng)面積的長寬比不宜大于1:1.5。散流器中心線和側(cè)墻的距離，一般不應(yīng)小于1m。 布置散流器時，散流器之間的間距及離墻的距離，一方面應(yīng)使射流有足夠射程，另一方面又應(yīng)使射流擴散效果好。布置時充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的特點，散流器平送方向不得有障礙物(如柱)。每個圓形或方形散流器所服務(wù)的區(qū)域最好為正方形或接近正方形。如果散流器服務(wù)區(qū)的長寬比大于1.25時，宜選用矩形散流器。如果采用頂棚回風(fēng)，則回風(fēng)口應(yīng)布置在距散流器最遠處。 散流器送風(fēng)氣流組織的計算主要是選用合適的散流器，使房

12、間內(nèi)風(fēng)速滿足設(shè)計要求。根據(jù)P.J杰克曼(P.J.Jackman)對圓形多層錐面和盤式散流器實驗結(jié)果綜合的公式，散流器射流的速度衰減方程為： (6-15) 式中 射程(m)，樣本中的射程指散流器中心到風(fēng)速為0.5m/s處的水平距離； 在處的最大風(fēng)速(m/s)； 散流器出口風(fēng)速(m/s)； 平送射流原點與散流器中心的距離(m)，多層錐面散流器取0.07m； 散流器的有效流通面積(m2)；送風(fēng)口常數(shù)，多層錐面散流器為1.4，盤式散流器為1.1。工作區(qū)平均風(fēng)速(m/s)與房間大小、射流的射程有關(guān),可按式(6-16)計算 (6-16) 式中 散流器服務(wù)區(qū)邊長(m)；當(dāng)兩個方向長度不等時，可取平均值； 房

13、間凈高(m)。 式(6-16)是等溫射流的計算公式。當(dāng)送冷風(fēng)時，應(yīng)增加20，送熱風(fēng)時減少20。 散流器平送氣流組織的設(shè)計步驟： 1按照房間(或分區(qū))的尺寸布置散流器，計算每個散流器的送風(fēng)量。 2初選散流器 按表6-7選擇適當(dāng)?shù)纳⒘髌黝i部風(fēng)速，層高較低或要求噪聲低時，應(yīng)選低風(fēng)速；層高較高或噪聲控制要求不高時，可選用高風(fēng)速；選定風(fēng)速后，進一步選定散流器規(guī)格，可參看有關(guān)樣本。表6-7 送風(fēng)頸部最大允許風(fēng)速使 用 場 合 頸部最大風(fēng)速(m/s)播音室醫(yī)院門診室、病房、旅館客房、接待室、居室、計算機房劇場、劇場休息室、教室、音樂廳、食堂、圖書館、游藝廳、一般辦公室商店、旅館、大劇場、飯店 33.5 45 56 67.5選定散流器后可算出實際的頸部風(fēng)速，散流器實際出口面積約為頸部面積的90，所以： (6-17)3計算射程 由式(6-15)推得： (6-18) 4校核工作區(qū)的平均速度 若滿足工作區(qū)風(fēng)速要求，則認(rèn)為設(shè)計合理；若不滿足工作區(qū)風(fēng)速要求，則重新布置散流器，重新計算。 【例6-2】 某15m×15m的空調(diào)房間，凈高3.5m，送風(fēng)量為1.62m3/s，試選擇散流器的規(guī)格和數(shù)量。 【解】 (1)布置散流器 采用圖6-11(a)的布置方式，即共布置9個散流器，每個散流器承擔(dān)5m