气流分布与室内环境.ppt

1 第六章气流分布与室内环境 清华大学建筑学院建筑技术科学系2004年 2 第1讲通风有效性的评价方法 3 气流分布与热湿环境和空气品质的关系 广义上讲 受控对象所需要的热湿环境和室内空气品质都是通过合适的气流分布形成的 不论是自然对流 还是强制通风 狭义的气流分布指的是上 下 侧 中 送上 下 侧 中 回或置换送风 个性化送风等具体的送回风形式 而广义的气流分布 是指一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流相关参数分布 AirDistribution 4 理想的气流分布形式 两种典型的理想气流分布是均匀混合和活塞流动均匀混合 室内各种参数都完全一样 空间各处均存在理想的搅拌装置 搅拌但不带入热量等 活塞流动 送入的空气完全占有原来空气的位置 二者不发生质量和能量交换实际情况都不是均匀混合和活塞流动 因此不同的气流分布会形成完全不同的热湿环境和室内空气品质 5 均匀混合时的室内参数 已知房间体积V m3 送风量Q m3 s 单位体积余热量 显热 q W m3 余湿量W g m3s 污染源S g m3s 送风温度ti 绝对湿度di 污染物浓度Ci 房间的温度 湿度和污染物浓度由源强度和名义时间常数 换气次数的倒数 确定 与源的具体位置无关 6 活塞流动时的室内参数 已知房间体积V m3 送风量Q m3 s 单位体积余热量 显热 q W m3 余湿量W g m3s 污染源S g m3s 送风温度ti 绝对湿度di 污染物浓度Ci房间的温度 湿度和污染物浓度在经过源之前等于送风参数 经过源之后等于均匀混合后的参数 即由源强度和名义时间常数 换气次数的倒数 确定 7 实际气流分布形式 三种典型的送风形式 混合通风 置换通风 个性化送风 8 实际送风的气流形式 几种典型的气流形式 上送上回 上送下回 下送下回 侧送上下回 9 实际气流的评价方法 实际的气流分布都不会是理想的气流形式 空间各处的参数是不均匀的 且受送回风形式 风口位置 类型和数量 风量 送风参数 污染源的强度和位置影响 因此需要对实际气流分布好坏进行评价的方法根据通风气流的目的 气流分布的评价分为三个方面通风有效性排污有效性能量利用有效性与热舒适 10 通风有效性评价的三个方面 空气龄换气效率可及性 11 1空气龄 AirAge 最早于20世纪80年代由Sandberg提出 空气龄是指送风到达房间某点的时间 在房间内污染源分布均匀且送风为全新风时 某点的空气龄越小 说明该点的空气越新鲜 空气品质就越好 12 与空气龄相关的两个参数 残余时间 Residuallifetime 空气从当前位置到离开房间的时间驻留时间 Residencetime 空气离开房间时空气龄 13 空气龄 残余时间和驻留时间示意图 14 空气龄的频率分布函数和累积分布函数 从统计角度来看 房间中某一点的空气由不同的空气微团组成 这些微团的年龄各不相同 因此该点所有微团的空气年龄存在一个频率分布函数f 和累计分布函数F 15 空气龄与频率分布函数和累积分布函数的关系 16 几处典型的空气龄或时间 出口处的空气龄出口这一点的空气龄平均驻留时间出口空气驻留时间的质量平均房间平均空气龄房间各点空气龄的体平均 17 示踪气体 利用示踪气体研究建筑物空气分布与渗透特性是通风实验测量的重要手段 示踪气体的目的是准确标识室内空气流动特性 因此必须具有被动特性 即能够完全跟随空气流动 同时 作为在实验研究中的气体 必须具有可测性 即能够使用现有仪器比较方便地测量出气体的浓度 另外 实验中应用的示踪气体需要具有稳定性 一般情况下不与空气及其他物质发生物理或化学反应 以及无毒性等 常见的示踪气体包括甲烷 SF6 二氧化碳等 18 示踪气体的常见释放方法 脉冲法 pulsemethod 在释放点释放少量的示踪气体 记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程 上升法 step upmethod 在释放点连续释放固定强度源的示踪气体 记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程 下降法 或衰减法 step downordecaymethod 房间中示踪气体的浓度达到平衡状态后 停止释放示踪气体 记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化过程 19 脉冲法测空气龄 在通风房间的入口释放少量示踪气体 记录被测点的浓度变化过程频率分布函数空气龄公式 Q为送风量 m为脉冲法释放的示踪气体的质量 20 上升法测空气龄 在房间入口处恒定释放示踪气体 记录被测点的浓度随时间变化情况累积分布函数空气龄公式 为上升法中示踪气体的释放速率 21 下降法测空气龄 待通风房间各点浓度平衡后 停止示踪气体加入 测量被测点的浓度变化过程累积分布函数空气龄公式 22 2换气效率 对于理想 活塞流 的通风条件 房间的换气效率最高 此时 房间的平均空气龄最小 它和出口处的空气龄 房间的名义时间常数存在以下的关系 23 换气效率的定义及含义 定义实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流下的比值为换气效率 该值不大于1 它反映了新鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快慢的比较 24 常见送回风形式的换气效率 25 房间平均空气龄的测量方法 脉冲法上升法下降法 其中Ce 是出口处的浓度 26 以下降法为例证明平均空气龄公式 1 27 以下降法为例证明平均空气龄公式 2 28 空间各点的换气效率 空间各点的换气效率空间各点的换气效率可以大于1 反映了新鲜空气替换原有空气的有效程度 29 3送风可及性 传统的气流组织评价指标 如空气龄和换气效率 均反映的是稳态情况近年来的恐怖袭击和反恐通风 以及SARS期间有害病毒传播的范围 使人们越来越关注有限时间内送风的有效性 30 送风可及性的定义 在流场不变的条件下 假设某送风口的空气含有示踪气体 其余风口不含示踪气体 房间内部也无源 且浓度为Cs i 则该送风口对空间任一位置在时间 时的可及性定义为 31 可及性的物理意义 可及性是流场自身的特性 与示踪气体无关可及性反映了在一定时间内 各风口送风到达空间各点的相对程度单一风口经过足够长时间后 空间各点的可及性均为1多个风口经过足够长时间后 在空间各点的可及性和为1 32 送风可及性的性质 33 送风污染物浓度的表达式 当房间初始浓度均匀时 若已知各入口的送风浓度且无内部源时 各点从开始时刻到目前的时平均浓度可表达为 34 稳态送风可及性 稳态时的送风可及性反映了空间各点的空气有多少来自这个风口 有多少来自那个风口根据送风可及性的大小 可以确定各风口对空间各处的影响程度 从而可更有针对性地调节各送风口的参数来改变空间各处的值 35 小结 可以用空气龄 换气效率和送风可及性三种指标评价某种通风形式的通风效率空气龄可以用示踪气体方法测量 有三种释放示踪气体的方法换气效率中的房间平均空气龄可以通过测量房间排风处的示踪气体浓度变化过程而得到可及性反映了各送风口的空气在给