太阳辐射置换通风管理论文

1、太阳辐射置换通风管理论文 1概述 置换通风系统从它最早在北欧的出现和使用，至今已有二十多年的，但由于它在保证室内空气品质方面的突出表现，近年来仍倍受巨人瞩目，1999年被列入“欧盟第五框架计划”支持的研究项目，项目主要负责人d.blay是笔者博士导师，因而有幸参加了该项目的部分研究。在第一阶段研究过程中，我们对室内单一热源的情况进行了实验研究1-3和计算机住址研究4，得到了单一热源下置换通风系统的温度场和速度场，结果表明：(1)热源的存在不影响水平方向上的温度的均匀度；(2)除热源上方有较明显的上升气流外，整个速度场均匀、平稳，呈层流或低紊流状态；(3)维护结构的热损失对温跃层高度无明显影响，

2、而外部环境温度则使室内温度垂直分布有所改变。继“单一热源”的研究之后，我们在第二阶段对“多热源”5的情况又进行了系统的研究，主要侧重于热源之间的相互影响和对置换通风系统温度场的影响，结果表明：(1)双热源的存在降低了单热源情况；(2)辅热源温度的变化并不影响温跃层的高低；辅热源气流流量的大小不影响温跃层的高度，而只是对上部区域的温度有影响。 本文是置换通风系统的系列研究的第三阶段内容，针对透过玻璃窗的太阳辐射对置换通风系统的影响的研究，在置换通风系统的应用中，由于玻璃窗的存在，难免会有太阳的直射辐射透过玻璃窗进入至室内来，照射在地板、家具或其它物品上，形成了局部的热表面区域，这些局部热表面对室

3、内空气具有加热作用，形成自然对流，对室内置换通风平稳的流场进行了干扰。本文旨在提示透过玻璃窗的太阳辐射对置换通风系统的干扰程度，以便能有的放矢的改进、完善置换通风系统，充分发挥这一新型通风模式的优点，为设计者提供设计参数和设计依据，为置换通风系统开辟更好的应用前景。 2实验装置 本实验是在第二阶段实验一双热源情况的基础上开展的，因此，测试室内已有一主一辅两个热源，为了模拟透过玻璃窗的太阳辐射照射在地板、家具或物品上形成的水平局部表面、倾斜的局部热表面和垂直局部热表面的情况，我们分别采用了电热和电散热器，用覆盖在地板上的电热膜模拟太阳在地板上形成的热表面，用倾斜放置的电散热器模拟太阳辐射在室内形

4、成的倾斜热表面，用垂直放置的电热膜模拟太阳辐射形成的垂直热表面。 在正式实验之前，我们对增加电热膜后系统的稳定性进行了预测试。将4块0.5m1.0m的电热膜铺在测试室地板的中央，形成的总的热量为240w。使冷风供入量为190m3/h，送风速度为0.03m/s，温度为21.2，热源暂关闭，测试室的外环境温度(即大厅内温度)控制在20.3。我们连续4天对测试室内垂直方向的温度进行测试，结果表明，增加了电热膜后，在上述的实验条件下，至少需要24小时系统才能达到稳定，此时测得热膜表面温度为36.4，测试室距地面1.5m处的壁温为22.6，测试室的排风温度为23.8。 3实验结果及分析和讨论 太阳透过玻

5、璃窗进入室内，照射至地板、家具或其它室内物品上，形成或水平的、或垂直的、或成一定角度的局部热表面，因此，我们的实验也分3种情况进行考虑，用电热膜分别模拟水平的局部热表面、垂直的局部热表面和与水平方向成10度角的局部热表面，下面分别介绍3个实验情况。 3.1实验1：热地板 在这部分实验中，为了到表演场灯光对地板形成的全面辐射情况，我们将整个地板都用电热膜进行了覆盖，共有6.5，全部工作时，最大热量可达780w，主热源热风供入量为46m3/h，我们对3种不同的电热膜的热流量的情况进行了测试，实验条件被列在表1中，图1则为我们对垂直方向温度曲线的测试结果。 表1水平热表面的实验条件 实验1情况1情况

6、2情况3 冷风送入速度(m/s)0.030.030.03 冷风送入量(m/s)195195195 冷风温度()21.420.321.2 热气流送入速度(m/s)0.390.390.39 热气流送入量(m3/h)464646 热气流温度()454545 环境空气温度()20.520.121.0 电热膜表面温度()34/29.4 距地面1.5m处壁温()24.521.123.3 测试室排风温度()31.424.628.4 电热膜热流量(w)7800400 从图1我们看到，在3种情况下，置换通风系统的热力分层现象或多或少总是存在的；将3种实验的结果进行比较发现，水平热表面热流量的大小测试室下部及上部

7、区域温度的高低，也影响了温跃层的高度。热地板的存在，增加了室内的余热量，便利整个室内的平均温度变高，垂直温度梯度曲线右移。 图2为无量纲垂直方向温度曲线，随着电热量的增加，温跃层的高度有明显降低，所以，热地板对于置换通风系统来讲，是一个不利因素。对于现有大型体育和文艺表演性场馆，有数据表明，约有三分之一的照明灯的能量被地板吸收，相当地板被加热，如果是采用了置换通风系统的话(事实上，型体育和文艺表演性场馆的首选就是置换通风系统)，对置换通风的效果会有负面影响，但即使这样，热力分层现象仍然存在，垂直方向温度曲线表明，下部人活动区的温度仍然比上部区域低，置换通风系统仍然比混合式通风系统显得合理和经济

8、。为了减小热地板带来的影响，应想方设法选用对长波辐射吸收较低的地板材料，使置换通风系统发挥了出它最大的优越性。 3.2实验2：倾斜局部热表面 我们将一个板式电散热器放置在测试室中央，并与地面成10度角，该散热器的尺寸为110cm23cm，功率为1000w，冷风送入量仍然是195m3/h，热源被关闭，测试在改变电散热器的热流量的情况下室内的温度，具体的实验条件列在2表中。 表2倾斜热表面的实验条件实验1情况1情况2 冷风送入速度(m/s)0.030.03 冷风送入量(m/s)195195 冷风温度()20.420.8 环境空气温度()19.319.2 距地面1.5m处壁温()22.921.7 测

9、试室排风温度()29.423.6 电热膜热流量(w)880220 图3垂直方向温度曲线 图4垂直方向无量纲温度曲线 图3表示的是测试室内垂直方向温度曲线，我们仍然能够看到热力分层现象，而且倾斜表面的热流量越大，上部区域的温度越高，垂直方向的温度梯度越大，温跃层越明显。事实上，这个局部热表面也就是置换通风系统中的一个室内局部热源，正是它形成的羽卷流，携周围的空气，将热量直接带到上部区域，而使得下部基本不受影响，体现出置换通风系统的优越性。 图4是该情况下的无量纲垂直方向温度曲线，这次我们看到，倾斜表面的热流量的大小不对温跃层的高度产生明显影响。这一结果与我们的第一阶段采用送入热气流来模拟上升气流

10、的实验结果相符1，即在冷风供入量不变的条件下，热气流的温度不影响温跃层的高度，与经典的羽卷流的理论有相悖之处5，6，但经典的羽卷流理论是在均匀的温度场情况下，而且也没有考虑由底部不断送入的冷空气，这说明，在置换通风系统中不能简单套用经典羽卷流的研究成果，对于置换通风系统中热源上方的上升气流的模型，还有待于进一步的分析和研究。 3.3实验3：垂直局部热表面 在此部分实验中，我们将4块大小为304mm497mm的电热膜垂直放置，并围成一个长方体，安置在测试室的中央，这样就形成了4个不同朝向的垂直热表面。每块电热膜的最大功率可达1000w，即热流强度为6kw/，具体的实验条件列在表3中。 表3水平热表面的实验条件实验1情况1情况2情况3 冷风送入速度(m/s)0.030.030.03 冷风送入量(m/s)198199199 冷风温度()20.020.720.9 环境空气温度()19.720.619.5 电热膜热流量(w)74.195.8110.8 距地面1.5m处壁温()21.322.622.5 测试室排风温度()25.428.429.9 电热膜热流量(w)4807801000 图5和图6分别是测试室内平均垂直温度曲线和无量纲垂直温度曲线，实验结果表明，电热膜的功率越大，测试室上部区域的越高，但下部区域的温度无明显不同，而且，图5中3种实验情况下的无量纲温度曲线几乎重合，说明垂直热表面