單元13空調(diào)房間的氣流組織

單元13空調(diào)房間的氣流組織

【知識點】室內(nèi)氣流組織的基本方式；送、回風(fēng)口氣流流動規(guī)律；常用送、回風(fēng)口的型式及適用范圍；散流器送風(fēng)的計算方法。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握室內(nèi)氣流組織的基本方式；了解送、回風(fēng)口氣流流動規(guī)律；掌握常用送、回風(fēng)口的型式以及適用范圍；理解散流器送風(fēng)的計算方法。

氣流組織，是指如何組織送入房間的空氣，使其在室內(nèi)合理的流動和分布。

氣流組織直接影響室內(nèi)空調(diào)效果，是空氣調(diào)節(jié)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。只有合理的氣流組織才能發(fā)揮送風(fēng)的作用，均勻的消除室內(nèi)余熱和余濕，從而使工作區(qū)形成比較均勻而穩(wěn)定的溫度、濕度、氣流速度和潔凈度，以滿足生產(chǎn)工藝和人體舒適的要求。目錄13.113.213.3氣流組織的基本方式送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律氣流組織的計算13.1氣流組織的基本方式13.1.1送、回風(fēng)口的形式（1）送風(fēng)口的形式

送風(fēng)口也稱空氣分布器，對射流的擴散及氣流流型的形成直接影響。按其安裝位置分為側(cè)送風(fēng)口、頂送風(fēng)口、地面風(fēng)口；按送出氣流的流動狀況分為擴散型風(fēng)口、軸向型風(fēng)口和孔板送風(fēng)口。①側(cè)送風(fēng)口在房間內(nèi)橫向送出的風(fēng)口叫側(cè)送風(fēng)口。工程上用得最多的是百葉風(fēng)口,如圖13.1所示，百葉風(fēng)口中的百葉可做呈活動可調(diào)的，既能調(diào)風(fēng)量，也能調(diào)送風(fēng)方向。百葉風(fēng)口常用的有單層百葉風(fēng)口（葉片橫裝的可調(diào)仰角或俯角，葉片豎裝的可調(diào)節(jié)水平擴散角）和雙層百葉風(fēng)口（外層葉片橫裝,內(nèi)層葉片豎裝；外層葉片豎裝,內(nèi)層葉片橫裝）。除了百葉風(fēng)口外，還有格柵送風(fēng)口（圖13.2）,和條縫送風(fēng)口（圖13.3）,風(fēng)口應(yīng)建筑裝置很好地配合。13.1氣流組織的基本方式

圖13.1活動百葉風(fēng)口（a）雙層百葉風(fēng)口；（b）單層百葉風(fēng)口13.1氣流組織的基本方式圖13.2格柵送風(fēng)口13.1氣流組織的基本方式圖3.3條縫送風(fēng)風(fēng)口13.1氣流組織的基本方式②散流器如圖13.4所示，散流器是裝在天花板上的一種由上向下的送風(fēng)的風(fēng)口，射流沿表面呈輻射狀流動。散流器的外形有圓形、方形和矩形的；按氣流擴散方向有單向的和多向的；按氣流流型可分為垂直下送和平送貼附散流器。③孔板送風(fēng)口空板送風(fēng)口是利用頂棚上面的空間為送風(fēng)靜壓箱（或另外安裝靜壓箱），空氣在箱內(nèi)靜壓作用下通過在金屬板上開設(shè)的大量孔徑為4~10mm的小孔，大面積地向室內(nèi)送風(fēng)方式。根據(jù)孔板在頂棚上的布置形式不同，可分為全面孔板（孔板面積與頂棚面積之比大于、等于50%）。全面孔板是指在空調(diào)房間的整個頂棚上（除布置照明燈具所占面積外），均勻布置送風(fēng)孔板（圖13.5）；局部孔板是指在頂棚的中間或兩側(cè)，布置成帶形、矩形和方形，以及按不同的格式交叉排列的孔板。13.1氣流組織的基本方式圖13.4散流器（a）平送流型方形散流器；（b）下送流型的圓形散流器（流線型）；（c）圓形散流器13.1氣流組織的基本方式圖13.5孔板送風(fēng)口13.1氣流組織的基本方式④噴射式送風(fēng)口對于大型體育館、禮堂、劇院和通用大廳等建筑常采用噴射式送風(fēng)口。圖13.6所示為圓型噴口，該噴口有較小的收縮角度，并且無葉片遮擋，因此噴口的噪聲低、紊流系數(shù)小、射程長。為了提高噴射送風(fēng)口的使用靈活性，可以作成圖13.6（b）所示的，既能調(diào)方向又能調(diào)風(fēng)量的噴口型式。⑤旋流送風(fēng)口旋流送風(fēng)口由出口格柵、集塵箱和旋流葉片組成，如圖13.7所示。空調(diào)送風(fēng)經(jīng)旋流葉片切向進入集塵箱，形成旋轉(zhuǎn)氣流由格柵送出。送風(fēng)氣流與室內(nèi)空氣混合好，速度衰減快。格柵和集塵箱可以隨時取出清掃。這種送風(fēng)口適用于電子計算機房的地面送風(fēng)。13.1氣流組織的基本方式13.6噴射式送風(fēng)口（a）圓形噴口；（b）球形轉(zhuǎn)動噴口13.1氣流組織的基本方式圖13.7旋流式風(fēng)口（a）頂送型旋流風(fēng)口；（b）地板送風(fēng)旋流風(fēng)口1-起旋器；2-旋流葉片；3-集塵箱；4-出風(fēng)格柵13.1氣流組織的基本方式⑥置換送風(fēng)口

圖13.8所示，為圓型噴口風(fēng)口，它靠墻置于地上，風(fēng)口的周邊有條縫，空氣以很低的速度送出，誘導(dǎo)室內(nèi)空氣的能力很低，從而形成置換送風(fēng)的流型。（2）回風(fēng)口的形式由于回風(fēng)口附近氣流速度衰減很快，對室內(nèi)氣流組織的影響很小，因而構(gòu)造簡單，類型也不多。最簡單的是矩形網(wǎng)式回風(fēng)口（圖13.9）、蓖板式回風(fēng)口（圖13.10）。此外如格柵、百葉風(fēng)口、條縫風(fēng)口等，均可當(dāng)回風(fēng)口用。13.1氣流組織的基本方式圖13.8置換送風(fēng)口13.1氣流組織的基本方式圖13.9矩形網(wǎng)式回風(fēng)口圖13.10活動篦板式回風(fēng)口13.1氣流組織的基本方式13.1.2送、回風(fēng)口的位置（1）送風(fēng)口

側(cè)送風(fēng)口通常裝于管道或側(cè)墻上用于側(cè)送風(fēng)口，空氣橫向送出。散流器是裝在天花板上的一種由上向下的風(fēng)口，是頂送風(fēng)口?？装逅惋L(fēng)是利用頂棚上面的空間為送風(fēng)靜壓箱，通過在金屬板上開設(shè)的大量的小孔，大面積地向室內(nèi)送風(fēng)方式。噴射式送風(fēng)口，用于但空間，側(cè)送風(fēng)口，送熱風(fēng)時可用作頂送風(fēng)口。旋流送風(fēng)口，用于空間較大的公共建筑和室溫允許波動范圍較大的高大廠房。置換送風(fēng)口一般為落地安裝，在工業(yè)廠房中，為了躲避機械設(shè)備及產(chǎn)品的運輸，也可架空布置。

（2）回風(fēng)口

回風(fēng)口不應(yīng)設(shè)在射流區(qū)內(nèi)，對于側(cè)送風(fēng)方式，一般設(shè)在送風(fēng)口同側(cè)下方。下部回風(fēng)易使熱風(fēng)下送，如果采用孔板和散流器送風(fēng)形成單向流流型時，回風(fēng)應(yīng)設(shè)在下側(cè)。高大空間上部有一定熱量時，宜在上部增設(shè)排風(fēng)口或回風(fēng)口排出余熱量，以減少空調(diào)區(qū)的熱量。有走廊的、多間的空調(diào)房間，如對消聲、潔凈度要求不高，室內(nèi)又不排除有害氣體時，可在走廊端頭布置回風(fēng)口集中回風(fēng)；而在各空調(diào)房間內(nèi)，在與走廊鄰接的門或內(nèi)墻下側(cè)，亦設(shè)置可調(diào)節(jié)百葉柵口，走廊兩端應(yīng)設(shè)密閉性能較好的門。13.1氣流組織的基本方式13.1氣流組織的基本方式13.1.3氣流組織的基本方式按照送、回風(fēng)口型式、布置位置及氣流方向，一般可分為以下幾種型式。（1）側(cè)送風(fēng)的氣流組織側(cè)面送風(fēng)式空調(diào)工程中最常用的一種氣流組織方式，一般以貼附射流形式出現(xiàn)。側(cè)面送風(fēng)有單側(cè)送風(fēng)（圖13.11）和雙側(cè)送風(fēng)（圖13.12）兩種。單側(cè)送風(fēng)適用于層高不太高的小面積空調(diào)房間，它有上送下回、上送下送走廊回風(fēng)和上送上回等氣流組織型式。雙側(cè)送風(fēng)適用于長度較長、面積較大的空調(diào)房間，它有雙側(cè)內(nèi)送下回、雙側(cè)外送上回和雙側(cè)內(nèi)送上回等型式。13.1氣流組織的基本方式圖13.11單側(cè)送風(fēng)氣流流型13.1氣流組織的基本方式

圖13.12雙側(cè)送風(fēng)氣流流型（a）雙側(cè)內(nèi)送下回；（b）雙側(cè)外送上回；（c）雙側(cè)內(nèi)送上回13.1氣流組織的基本方式側(cè)送風(fēng)口宜貼布置形成貼附射流，工作區(qū)處于回流區(qū)，回風(fēng)口宜設(shè)在送風(fēng)口的同側(cè)。送風(fēng)出口風(fēng)速一般為2~5m/s，送風(fēng)口位置高時取較大值。冬季向房間送熱風(fēng)時，應(yīng)將百葉送風(fēng)口外層的橫向葉片調(diào)成俯角，以便克服氣流上浮的影響。由于側(cè)送風(fēng)在射流到達(dá)工作區(qū)之前，已與房間空氣進行了比較均勻充分的混合，速度場和溫度場都趨于均勻和穩(wěn)定，因此能保證工作區(qū)氣流速度和溫度的均勻性。此外，側(cè)送側(cè)回的射流射程比較長，射流充分衰減，故可加大送風(fēng)溫差。噴口側(cè)送風(fēng)（圖13.13）是大型體育館、禮堂、劇院、火車站候車室等高大空間建筑中常用的一種側(cè)送風(fēng)方式。由高速噴口送出的射流帶動室內(nèi)空氣進行強烈混合的側(cè)送風(fēng)方式，使射流流量成倍增加，射流斷面不斷擴大，速度逐漸衰減，室內(nèi)形成大的回旋氣流，工作區(qū)一般為回流區(qū)。13.1氣流組織的基本方式圖13.13噴口側(cè)送風(fēng)13.1氣流組織的基本方式（2）頂送風(fēng)的氣流組織圖13.13是四種典型的頂送風(fēng)的室內(nèi)氣流組織模式，圖13.14(a)為散流器平送，頂棚回風(fēng)的氣流組織模式。散流器與頂棚在同一平面上，送出的氣流為貼附于棚頂?shù)纳淞?。射流的下?cè)卷吸室內(nèi)空氣，射流在近墻下降。頂棚上的回風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離散流器。工作區(qū)基本處于混合空氣中。圖13.14（b）為散流器向下送風(fēng)，下側(cè)回風(fēng)的室內(nèi)氣流組織，所用的散流器具有向下的特點。散流器出口的空氣以夾角噴射出，在起始段不斷卷吸周圍空氣而擴大，當(dāng)相鄰的射流搭接后，氣流呈向下流動模式。工作區(qū)位于向下流動的氣流中，在工作區(qū)上部是射流混合區(qū)。圖13.14(c)為典型的垂直單向流。送風(fēng)與回風(fēng)都有起穩(wěn)壓作用的靜壓箱。送風(fēng)頂棚可以是孔板，下部是格柵地板，從而保證氣流在橫斷面上速度均勻，方向一致。圖13.14（d）為頂棚孔板送風(fēng)，下側(cè)部回風(fēng)。與圖13-13（c）不同的是取消格柵地板，改為一側(cè)回風(fēng)。因此不能保證完全是單向流，氣流在下部偏向回風(fēng)口。13.1氣流組織的基本方式圖13.13

（a）散流器平送，頂棚回風(fēng)；（b）散流器向下送風(fēng)，下側(cè)回風(fēng)；（c）垂直單向流；（d）頂棚孔板送風(fēng)，下側(cè)回風(fēng)13.1氣流組織的基本方式條縫送風(fēng)也是一種常用的頂送風(fēng)方式，條縫送風(fēng)（圖13.15）屬于扁圖平射流，與噴口送風(fēng)相比，射程較短，溫差和速度衰減較快。對于一些散熱量大的且只要求降溫的房間，以及民用建筑中宜采用這種送風(fēng)方式。在一些高級民用和公共建筑中，還可與燈具配合布置應(yīng)用條縫送風(fēng)的方式。13.1氣流組織的基本方式圖13.15條縫送風(fēng)13.1氣流組織的基本方式（3）下送風(fēng)的氣流組織圖13.16為兩種典型的下部送風(fēng)的氣流組織圖。13.16（a）為地板送風(fēng)模式。地面需空，下部空間用于布置風(fēng)管，或直接用于送風(fēng)靜壓箱，把空氣分配到地板送風(fēng)口。地板送風(fēng)口可以是旋流風(fēng)口或是格柵式、孔板式風(fēng)口。送出的氣流可以是水平貼附射流或垂直射流。射流卷吸下部的部風(fēng)空氣，在工作區(qū)形成許多小的混合氣流。13.16（b）是下部低速側(cè)送的室內(nèi)氣流組織。送風(fēng)口的速度很低，一般約為0.3m/s。溫度低的送風(fēng)氣流將沿地面擴散開，在下部形成一薄層溫度低的送風(fēng)氣流，室內(nèi)的人體和熱物體使其周圍的空氣受熱上升，攜帶污染物從上部的回風(fēng)口排出室外。送風(fēng)氣流將不斷補充、置換上升的熱氣流，形成接近單向的向上氣流。13.1氣流組織的基本方式圖13.16下部送風(fēng)的氣流組織（a）地板送風(fēng)；（b）下部低速側(cè)送風(fēng)13.1氣流組織的基本方式下部送風(fēng)的垂直溫度梯度較大，設(shè)計時應(yīng)校核溫度梯度是否滿足要求，同時，送風(fēng)溫度不能太低，避免腳部有冷風(fēng)感。下部送風(fēng)適宜計算機房、辦公室、會議室、觀眾廳等場合。綜上所述，空調(diào)房間的氣流組織方式有很多種，在實際使用中，應(yīng)根據(jù)人的舒適要求、生產(chǎn)工藝過程對空氣環(huán)境的要求及工藝特點和建筑條件選擇合適的氣流組織方式。13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律13.2.1送風(fēng)口氣體流動規(guī)律空氣經(jīng)過孔口或噴嘴向周圍氣體的外射流動稱為射流。由流體力學(xué)可知，根據(jù)流態(tài)不同，射流可分為層流射流和紊流射流；按射流過程中是否受周界表面的限制分為自由射流和受限射流；根據(jù)射流與周圍流體的溫度是否相同可分為等溫射流與非等溫射流；按噴嘴式不同，射流分為集中射流（由圓型、方型和矩形風(fēng)口出流的射流）、扁射流（邊長比大于10的扁長風(fēng)口出流的射流）和扇形射流（呈扇形導(dǎo)流徑向擴散出流的射流）。在空調(diào)工程中常見的射流多屬于紊流非等溫受限射流?，F(xiàn)以等溫自由射流（圖13.17）為例，簡要說明紊流射流的一般規(guī)律。13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律圖13.17等溫自由射流13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律直徑為的噴口以出流速度射入同溫空間介質(zhì)，在不受周界表面的限制條件下，則形成等溫自由射流，由于射流不斷卷吸周圍空氣，射流不斷擴大，射流斷面速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減，并沿射流增加，流量增加，直徑加大，但斷面總動量保持不變。在射流理論中，將軸心速度保持不變的一段長度稱為起始段，其后稱為主體段。起始段的長度取決于噴嘴的型式和大小，一般比較短，空調(diào)中主要是應(yīng)用主體段。對自由射流的規(guī)律研究，有：（13.1）式中——以風(fēng)口為起點，到射流計算斷面距離為處的軸心速度，m/s；

——射流出口的平均速度，m/s；13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律——送風(fēng)口直徑，m；

——送風(fēng)口的紊流系數(shù)（表13.1）；

——由風(fēng)口至計算斷面的距離，m?；蚝雎杂蓸O點至風(fēng)口的一段距離，在主體計算時直接用

（13.2）以風(fēng)口出流面積表示，則有：

（13.3）式中與射流衰減特性有關(guān)的常數(shù)。13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律紊流系數(shù)噴嘴型式圓射流收縮極好的噴嘴圓管擴散角為8~120C的擴散管矩形短管帶可動導(dǎo)葉的噴口活動百葉風(fēng)口

0.0660.0760.090.10.20.16平面射流收縮極好的扁平噴口平壁上帶銳緣的條縫圓邊口帶導(dǎo)葉的風(fēng)管縱向縫

0.1080.1150.155噴嘴紊流系數(shù)值表13.113.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律對于方形或矩形風(fēng)口（風(fēng)口的長邊與短邊比不超過3），空氣射流斷面很快地從矩形發(fā)展為圓形，所以式（13.3）同樣適應(yīng)。但當(dāng)矩形風(fēng)口長邊與短邊比超過10時，則應(yīng)按扁射流計算，即

式中——扁口的高度，m。非等溫射流是射流出口溫度與室內(nèi)空氣溫度不相同的射流，當(dāng)送風(fēng)溫度低于室內(nèi)溫度時稱為“冷射流”；高于室內(nèi)溫度時稱為“熱射流”。由于溫差的存在，射流的密度于室內(nèi)的空氣密度不同，造成了水平射流軸線的彎曲。熱射流的軸線將往上翹，冷射流的軸線則往下彎曲，見圖13.18所示。在空調(diào)工程中，溫差射流的溫差一般較小，可以認(rèn)為整個射流軌跡仍然對稱于軸線，也就是說，整個射流隨軸線一起彎曲。（13.4）13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律圖13.18非等溫射流（a）熱射流；（b）冷射流13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律非等溫射流進入室內(nèi)后，射流邊界與周圍空氣之間不僅要進行動量交換，而且要進行熱量交換。因此，射流隨著離開出口距離的增大，其軸心溫度也在變化。軸心溫差計算公式為：

（13.5）

（13.6）式中——主體段內(nèi)射流處軸心溫度與周圍空氣溫度之差,K；

——射流出口溫度與周圍空氣溫度之差,K；

——=0.73m,代表溫度衰減的系數(shù)。在非等溫射流中，射流截面中的溫度分布與速度分布具有相似性。但熱量交換比動量交換快，即射流溫度的擴散角大于速度的擴散角，因而溫度的衰減較速度快，且有下式成立：

13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律（13.7）在空氣調(diào)節(jié)中，還經(jīng)常遇到送風(fēng)氣流流動受到壁面限制的情況。如送風(fēng)口貼近頂棚時，射流在頂棚處不能卷吸空氣，因而流速大、靜壓小，而射流下部流速小、靜壓大，使得氣流貼附于頂棚流動，這樣的射流稱為帖附射流（圖13.19）。由于壁面處不可能混合靜止空氣，也就是卷吸量減少了，貼附射流軸心速度的衰減比自由射流慢，所以貼附射流的射程比自由射流更長。貼附射流截面的最大速度在靠近壁面處。若射流為冷射流時，氣流下彎，貼附長度將受影響。如果忽略頂棚壁面對射流的影響，可以認(rèn)為貼附射流相當(dāng)于把噴嘴面積擴大一倍后射流的一半。對于集中貼附射流：（13.8）13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律圖13.19貼附冷射流的貼附長度13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律對于貼附扁射流：（13.9）由此可見，貼附射流軸心速度的衰減比自由射流慢，因而達(dá)到同樣軸心速度的衰減程度需要更長的距離。有限空間射流的壓力場是不均勻的，各斷面的靜壓隨射程而增加。一般認(rèn)為當(dāng)射流斷面面積達(dá)到空間斷面面積的1/5時，射流受限，成為有限空間射流。由于有限空間射流的回流區(qū)一般也是工作區(qū)，控制回流區(qū)的風(fēng)速具有實際意義。回流區(qū)最大平均風(fēng)速（）的計算式為：

式中——風(fēng)口出流面積，m2；

——與風(fēng)口型式有關(guān)的系數(shù)，對集中射流取10.5。（13.10）13.2送、回風(fēng)口的氣體流動規(guī)律13.2.2回風(fēng)口氣體流動規(guī)律（1）點匯的氣流流動由流體力學(xué)可知，對于一個點匯，其流場中的等速面是以匯點為中心的等球面，而且通過各個球面的流量都相等。因此隨著離開匯點的距離增加，流速呈二次方衰減。（2）實際排（回）風(fēng)口的氣流流動實際排（回）風(fēng)口的氣流速度分布見圖4.13，速度衰減很快。排（回）風(fēng)口速度衰減快的特點，決定了其作用范圍的有限性，因此在研究空間內(nèi)氣流分布時，主要考慮送風(fēng)口射流的作用，同時考慮排（回）風(fēng)口的合理位置，以便達(dá)到預(yù)定的氣流分布模式。13.3氣流組織的計算氣流組織的計算就是根據(jù)房間工作區(qū)對空氣參數(shù)的設(shè)計要求，選擇和設(shè)計合適的氣流流型，確定送回風(fēng)口型式、尺寸及其布置，計算送風(fēng)參數(shù)。下面介紹散流器平送計算氣流組織計算方法。在室溫有允許波動范圍要求的空調(diào)房間，通常應(yīng)先考慮平送流型。盤形散流器或擴散角＞40℃的方形、圓形直片式散流器均能形成平送流型。根據(jù)房間的大小，可設(shè)置一個或多個散流器，多個散流器宜對稱布置。布置散流器時，散流器之間的間距以及散流器中心離墻距離的選擇，一方面應(yīng)使射流有足夠的射程，另一方面又要使射流擴散好。圓型或方型散流器相應(yīng)送風(fēng)面積的長寬比控制在1∶1.5以內(nèi)。送風(fēng)的水平射程與垂直射程之比宜保持在0.5~1.5之間。散流器中心線核側(cè)墻的距離，一般不小于1m。對于散流器平送的流型如圖13.3氣流組織的計算平送射流散流器在距離送風(fēng)口較遠(yuǎn)處（接近時）的軸心速度衰減可按下式計算：

令軸心溫差衰減近似地?。菏街小鞒淘谔幍纳淞鬏S心速度，m/s；

——散流器喉部風(fēng)速，m/s；

——散流器喉部直徑，m；

——圓盤的半徑，m，可取=1.3m；

（13.11）（13.12）（13.13）13.3氣流組織的計算——水平射程，沿射流軸心線由送風(fēng)口到射流速度為的距離，m，可用下式計算：當(dāng)房間高度≤3m時，=0.5當(dāng)房間高度＞3m時，=0.5+（-3）——散流器中心線之間的間距，m，散流器離墻距離為0.5，若間距或離墻在兩個方向不等時，應(yīng)取平均數(shù)；——射流軸心溫度與室內(nèi)溫度之差℃；——送風(fēng)溫度與室內(nèi)溫度之差，、——擴散系數(shù)，與散流器的型式有關(guān)，可由實驗確定。根據(jù)實驗，對于盤性散流器，=0.7，而對于圓形、方性直片式散流器，=0.5。為了便