用示蹤氣體方法研究通風(fēng)房間的空氣齡

1、用示蹤氣體方法研究通風(fēng)房間的空氣齡Investigatinnairageinaventilatedrithtraergastehnique摘要應(yīng)用示蹤氣體測量得到了8種強(qiáng)迫通風(fēng)工況下實(shí)驗(yàn)小室中各種測點(diǎn)處的濃度衰減曲線，并計(jì)算出各測點(diǎn)的空氣齡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，示蹤氣體用于強(qiáng)迫通風(fēng)研究時(shí)實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性較好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確合理，測得的空氣齡反映了房間各點(diǎn)空氣的新穎程度，也提示了室內(nèi)空氣的流動(dòng)形態(tài)。關(guān)鍵詞示蹤氣體空氣齡通風(fēng)實(shí)驗(yàn)AbstratbtainsthedeayurvesftraergasnentratinfrEightehaniallyventilatedasesinatesthaber,alulat

2、estheairagefrthetestdata.Itisshnthattheexperientseredneithgdrepeatabilityandthetestedresultsfairageerereasnable,hihindiatetheflpatternandfreshnessftheutdrairintheventilatedspae.Keyrdstraergas,airage,ventilatin,experient0引言室內(nèi)空氣品質(zhì)問題在很多情況下是由通風(fēng)不當(dāng)引起的。90年代初，對(duì)加拿大、美國、西歐、南美85棟建筑IAQ問題起因的調(diào)查結(jié)果1說明：在引起IAQ問題的所有原因中

3、，通風(fēng)問題排第一位，占57%。通風(fēng)問題一般包括兩方面：新風(fēng)量缺乏和室內(nèi)空氣分布不合理。對(duì)于空調(diào)房間來說，進(jìn)步新風(fēng)量往往伴隨著空調(diào)初投資與運(yùn)行費(fèi)用的增加，因此，在一定的新風(fēng)量下，如何合理地設(shè)計(jì)通風(fēng)方式以到達(dá)良好的房間通風(fēng)換氣效果尤為重要。由于傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)，如換氣次數(shù)等，很難衡量房間的通風(fēng)換氣效果，而空氣齡，也就是空氣進(jìn)入室內(nèi)來的時(shí)間，反映了室內(nèi)空氣的新穎程度，它可以綜合衡量房間的通風(fēng)換氣效果，是評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要指標(biāo)。因此本文應(yīng)用示蹤氣體實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)通風(fēng)房間的空氣齡進(jìn)展研究。1實(shí)驗(yàn)方法1.1示蹤氣體技術(shù)對(duì)于強(qiáng)迫通風(fēng)，室內(nèi)空氣流速變化較大，假如利用直接或間接測量風(fēng)速分析流場的方法，那么難以

4、對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)情況進(jìn)展全面描繪，而示蹤氣體方法正適用于此種情況。雖然示蹤氣體的研究方法已引入通風(fēng)行業(yè)十余年，但國內(nèi)鮮有人利用示蹤氣體研究強(qiáng)迫通風(fēng)，筆者在此方面做了初步的嘗試。本次試驗(yàn)選用甲烷作為示蹤氣體。甲烷性質(zhì)穩(wěn)定，密度較小，易于與空氣充分混合，并且對(duì)人體無毒無害。雖然甲烷在體積分?jǐn)?shù)為5%15%時(shí)具有爆炸性，但其可測濃度較低。本次實(shí)驗(yàn)中控制甲烷最大體積分?jǐn)?shù)約為10010-6，較為平安。利用示蹤氣體測量空氣齡的釋放方法有3種2：脈沖法；上升法；下降法或衰減法。其中下降法最為簡單，且實(shí)驗(yàn)精度較高，因此本文選用下降法測量空氣齡。1.2實(shí)驗(yàn)根本原理3通風(fēng)的主要目的是將新穎空氣送入工作區(qū)，并且將污染料

5、物盡快從工作區(qū)排出去?？諝恺gp的物理意義是空氣進(jìn)入房間以來的時(shí)間，它定量描繪了送風(fēng)空氣代替房間原有空氣的快慢。房間中某一點(diǎn)的空氣由不同空氣齡的空氣微團(tuán)組成，因此該點(diǎn)所有微團(tuán)的空氣齡存在一個(gè)頻率分布函數(shù)f()和累計(jì)分布函數(shù)F。累計(jì)分布函數(shù)F與頻率分布函數(shù)f之間的關(guān)系如下：1某一點(diǎn)的空氣齡p是指該點(diǎn)所有微團(tuán)的空氣齡的平均值：2用示蹤氣體方法測量某一點(diǎn)示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過程，得到該點(diǎn)空氣齡的頻率分布函數(shù)f或累計(jì)分布函數(shù)F，從而可計(jì)算出該點(diǎn)的空氣齡。以下降法為例，空氣齡的累計(jì)分布函數(shù)F如下：3其中，p()為測點(diǎn)時(shí)刻示蹤氣體濃度。于是，采用下降法測量空氣齡的計(jì)算公式如下：41.3測量方法本文選用Q

6、GS-08B型紅外線氣體分析儀作為示蹤氣體測量設(shè)備。這種儀器可以在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場直接連續(xù)測定低濃度的甲烷，測量范圍010010-6，精度1%，輸出為05V的電壓信號(hào)。此電壓信號(hào)經(jīng)P-1216-K2型A/D板轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示。測點(diǎn)濃度的采樣時(shí)間間隔可在數(shù)據(jù)采集軟件中設(shè)定，本次實(shí)驗(yàn)取為8s。示蹤氣體測量方法如下：首先，將房間密閉，釋放示蹤氣體；當(dāng)房間中示蹤氣體的濃度到達(dá)平衡狀態(tài)約10010-6后，停頓釋放示蹤氣體；此時(shí)，開場送風(fēng)，并翻開排風(fēng)口，同時(shí)記錄測量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化情況，從而計(jì)算出測點(diǎn)處的空氣齡值。實(shí)驗(yàn)房間實(shí)驗(yàn)房間尺寸為5.03.53.0，有2個(gè)送風(fēng)口頂送A和

7、側(cè)送B和5個(gè)排風(fēng)口15，如圖1所示。送風(fēng)口為圓形噴口，送風(fēng)口A，B直徑分別為15,21。排風(fēng)口15分別為3535,3535,2535,5035,3535的矩形風(fēng)口。圖1實(shí)驗(yàn)房間及測點(diǎn)位置本文對(duì)8種強(qiáng)迫通風(fēng)方式A1，A4，A5，B1，B2，B3，B4，B5進(jìn)展研究，其中大寫字母表示送風(fēng)口編號(hào)，數(shù)字表示排風(fēng)口編號(hào)。例如，A1即為送風(fēng)口為A，排風(fēng)口為1的工況。在每種通風(fēng)方式下，對(duì)5個(gè)測點(diǎn)15的濃度衰減進(jìn)展測量。房間中風(fēng)口及測點(diǎn)位置見圖1。其中，進(jìn)風(fēng)口A中心點(diǎn)的坐標(biāo)為2500，3000，2100，進(jìn)風(fēng)口B中心點(diǎn)的坐標(biāo)為0，2605，2945，單位為。測點(diǎn)分別們于房間中心四等分點(diǎn)處。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1實(shí)驗(yàn)

8、可靠性檢驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理方法為檢驗(yàn)示蹤氣體在通風(fēng)房間實(shí)驗(yàn)的可靠性，在A1工況下，在測點(diǎn)1960，1730，1640處對(duì)示蹤氣體濃度衰減進(jìn)展了3次測量，3次測量的示蹤氣體濃度如圖2所示。從圖中可以看出該實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性較好。圖2同一地點(diǎn)3次測得的濃度衰減曲線計(jì)算空氣齡時(shí)，考慮到紅外線氣體分析儀測量精度有限，當(dāng)示蹤氣體濃度為1010-6以下時(shí)，利用指數(shù)形式的擬合公式進(jìn)展積分計(jì)算2；而當(dāng)示蹤氣體濃度為1010-6以上時(shí)，那么利用梯形法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展積分計(jì)算；兩局部之和除以測點(diǎn)處示蹤氣體初始濃度即為該測點(diǎn)的空氣齡值。2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果本文對(duì)8種通風(fēng)方式進(jìn)展了研究，8種工況分別為：頂送A1，A4，A5；側(cè)送B1，B

9、2，B3，B4，B5。每種通風(fēng)方式下對(duì)5個(gè)測點(diǎn)的濃度衰減進(jìn)展了測量。實(shí)驗(yàn)中，在送風(fēng)前后分別測量室內(nèi)溫度，室溫變化均在0.5之內(nèi)，可認(rèn)為是等溫送風(fēng)。實(shí)驗(yàn)過程中同時(shí)監(jiān)測送風(fēng)量，風(fēng)量穩(wěn)定于4003/h。8種送風(fēng)方式下測點(diǎn)處的濃度衰減曲線從略，各測點(diǎn)的空氣齡值如表1所示。表1各工況下15測點(diǎn)的空氣齡值S工況測點(diǎn)1測點(diǎn)2測點(diǎn)3測點(diǎn)4測點(diǎn)5A1221286.2229.3330.4256.9A4188.4222.9186.1235.9160A5219.1212.4172.9241.9165.8B1224.9246.1226.4222.9184B2242.5224.5285.8246.9195.1B197.6

10、185.3218.3169.7141.5B4334416.3288.8284.1245.6B5299.1261.7288.7237.6226.32.3分析與討論在A1工況中，測點(diǎn)3的空氣齡較小，說明頂部送入的空氣直接到達(dá)點(diǎn)3，同時(shí)，局部空氣貼附地面至側(cè)壁，導(dǎo)致測點(diǎn)1和5的空氣齡也較小，而測點(diǎn)2和4處于回流區(qū)，因此空氣齡較大；在A4和A5工況中，從頂部送入的空氣直接向下到達(dá)測點(diǎn)3，同時(shí)局部空氣側(cè)向流動(dòng)，很快從排風(fēng)口排出，導(dǎo)致測點(diǎn)5處的空氣齡輕小，而測點(diǎn)2和4處于回流區(qū)，空氣齡較大。在B1至B5工況中，由于房間較小，空氣從側(cè)壁送入后，貼附吊頂一段間隔 首先到達(dá)對(duì)面墻壁，導(dǎo)致測點(diǎn)5處的空氣齡校在B1

11、工況中，測點(diǎn)2處于回流區(qū)，空氣齡較大；在B2的工況下，測點(diǎn)3和4處于回流區(qū)，空氣齡較大；在B3工況中，測點(diǎn)3處于回流區(qū)，空氣齡較大；在B4和B5工況中，測點(diǎn)1，2和3處于加流區(qū)，空氣齡較大。從測量結(jié)果可以看出，不管頂送還是側(cè)送，但凡送風(fēng)空氣容易到達(dá)的地方，空氣齡就??；但凡處于回流區(qū)中的位置，其空氣齡就大，這一結(jié)果從一個(gè)側(cè)面說明了示蹤氣體方法的正確性?？諝恺g的測量結(jié)果一方面反映了各點(diǎn)空氣的新穎程度，另一方面指示了室內(nèi)空氣流動(dòng)形態(tài)，為更好地進(jìn)步通風(fēng)換氣效果提供了指導(dǎo)。3結(jié)論本文采用示蹤氣體方法，對(duì)一通風(fēng)小室內(nèi)的5個(gè)測點(diǎn)在8種氣流組織下的空氣齡進(jìn)展了測量，并對(duì)測量結(jié)果的可重復(fù)性進(jìn)展了檢驗(yàn)，從測量結(jié)果

12、可以得出如下結(jié)論：對(duì)強(qiáng)迫通風(fēng)而言，盡管存在風(fēng)機(jī)等不確定因素的擾動(dòng)，用示蹤氣體方法測得的各點(diǎn)的濃度衰減曲線重復(fù)性較好，說明示蹤氣體方法可用于強(qiáng)迫通風(fēng)氣流組織的研究；示蹤氣體的測量結(jié)果說明，不管頂送還是側(cè)送，但凡送風(fēng)空氣容易到達(dá)的地方，空氣齡就小，但凡處于回流區(qū)中的位置，其空氣齡就大，這一結(jié)果證明了示蹤氣體方法的正確性；傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)，如換氣次數(shù)等，很難衡量房間的通風(fēng)換氣效果，而空氣齡的測量結(jié)果一方面反映了各點(diǎn)空氣的新穎程度，另一方面提示了室內(nèi)空氣流動(dòng)形態(tài)，為更好地進(jìn)步通風(fēng)換氣效果提供了指導(dǎo)，可廣泛用于通風(fēng)空調(diào)行業(yè)。參考文獻(xiàn)1hristpherllett,JaesARss,EliaSterling.QualityassuranestrategiesfrinvestigatingIAQPrbles.ASHRAEJ,1994,(6):42-5