空调房间的气流组织

1、第六章第六章空调风系统设计本章重点本章重点m送回风口的气流流动规律、送回风口的形式及应用范围。m气流组织的设计计算方法。m通风空调系统管路设计计算方法。m管路特性和风机特性对空调系统运行的影响。m各类消声、减震设备在空调工程中的应用。第一节第一节 空调房间的气流组织空调房间的气流组织m气流组织的定义：气流组织是指对气流流向和均匀度按一定要求进行组织。m所谓气流组织，就是在是空调房间内合理地布置送风口和回风口，使得经过净化和热湿处理的空气，由送风口送入室内后，在扩散与混合的过程中，均匀地消除室内余热和余湿，从而使工作区形成比较均匀而稳定的温度、湿度、气流速度和结净度，以满足生产工艺和人体舒适的要

2、求。m空调房间的气流组织也称空气分布，是空调设计的一个重要环节。影响气流组织的因素很多，如房间的几何形状、送回风口的位置、送风口的形式、送风量等，其中送风口的空气射流和参数是影响气流组织的重要因素。一、送回风口的气流流动规律一、送回风口的气流流动规律m（一）送风口的气流流动规律m在空气射流流动过程中，根据射流是否受周界表面的限制可分为自由流射和受限射流，空调工程中常见的情况多属于非等温受限射流。m 等温射流 m 温度状况 非等温射流 m射流 自由射流 m m 是否受限 受限射流 m 1 1、自由流射、自由流射m（1）等温自由流射m当空气自风口喷射到比射流体积大得多的同温介质房间中，射流可不受限

3、地扩大，则形成如图所示的等温自由流射。m空调工程中常用的射流段为主体段，其射流轴心速度衰减式为m vx/v0=0.48/（ax/d0+0.145） (1)m射流横截面直径计算公式m dx/d0=6.8(ax/d0+0.145） (2)m其中，a值取决于风口的结构形式并决定了射流扩散角的大小，即tan=3.4a。表6-1给出了不同形式的风口a的值。m由上面可知，要想增大射程，可以提高送风口速度v0或者减小风口湍流系数a；要想增大射流扩散角，可以选用a值较大的送风口。（2 2）非等温自由射流）非等温自由射流m当射流出口温度与周围空气温度不相等时，这种射流称为非等温自由射流。对于非等温自由射流，射流

4、与空气的混掺不仅引起动量的变化，而且还带来热量的交换。而热量的交换较之动量的变化快，即射流的温度扩散角大于速度扩散角，因而温度衰减较速度衰减快，m TX/T0=0.35/(ax/d0+0.145） (3)m其中， TX=TX-TNm T0=T0-TNm式（1）和（3）表明热量扩散比动量扩散要快，且有m TX /T0=0.73vx/v0 (4)阿基米德数阿基米德数m对于非等温流射，由于流射与周围介质的密度不同，在重力和浮力的不平衡条件下，流射将发生变形，即水平射出的射流轴将发生弯曲。其判据为阿基米德数Ar，即m Ar=gd0(T0-TN)/v02TN (5)m 当|Ar|0.001时，可忽略射流

5、轴的弯曲而按等温射流计算；当|Ar|0.001时，射流轴弯曲的轴心轨迹可用式（6）计算m y/d0=x/d0 tan+Ar(x/d0coc)2(0.51ax/d0cos+0.35) (6)mAr的大小和正负，决定射流弯曲的方向和程度。2 2、受限射流、受限射流m在射流运动过程中，由于受壁面、顶棚及空间的限制，射流的运动规律有所变化，称为受限射流。m受限射流分为贴附射流和非贴附射流两种情况。m当送风口位于房间中部时（h=0.5H），射流为非贴附情况，射流区呈橄榄型，在其上下形成与射流流动方向相反的回流区。m当送风口位于房间上部时（h0.7H）时，射流贴附于棚顶，房间上部为射流区，下部为回流区。m

6、特点：上部流速大静压小，下部流速小，静压大m由于有限空间射流的回流区一般是工作区，控制回流区的最大平均风速计算式为m vh/vo(FN)/d0=0.65( (二二) )回风口空气流动规律回风口空气流动规律m回风口与送风口的空气流动规律完全不同。m送风射流以一定的角度向外扩散，回风气流则从四面八方流向回风口。m回风口的气流流动规律近似于流体力学中所讲的点汇流。m汇流的规律是在距汇点不同距离的等速球面上流量相等，因而随着离开汇点距离的增大，流速呈2次方衰减，或者说在汇流作用范围内，任意两点间的流速与距汇点的距离平方成反比。实际排（回）风口实际排（回）风口m具有一定的面积，不是一个汇点。m实际排（回

7、）风口处的等速面已经不是球型，排风口的速度衰减极快，即排风口的实际安装条件是受限的。（图书16页1-11）m实际排（回）风口的速度衰减在风口边长比大于0.2且在0.2x/d01.5范围内，仍可用式（1-3）m v0/vx=0.75(10 x+F)/Fm排风口速度衰减快的特点，决定了它作用范围的有限性。m因此在研究空间的气流分布时，主要考虑送风口射流的作用，同时考虑排风口的合理位置，以便实现预定的气流分布模式。忽略排风口在空间气流分布中的作用，将导致将导致降低送风作用的有效性。二、常见送风口形式二、常见送风口形式m（一）送风口形式m送风口也称空气分布器。按送出气流流动状况分（1）扩散型风口 具有

8、较大的诱导室内空气的作用，送风温差衰减快，射程短，如盘式散流器、片式散流器。（2）轴向型风口 诱导室内空气的作用小，空气的温度、速度衰减慢、射程远、如栅格送风口、百叶送风口、喷口等。（3）孔板送风口 是在平板上布满小孔的送风口，风速分布均匀，衰减快，用于洁净室或恒温室等空调精度要求较高的空调系统中。 m按送风口的安装位置可分为侧送风口、顶送风口（向下送）、地面送风口（向上送）等。1、侧送风口 侧送风口通常装于管道或侧墙上。在百叶送风口内一般根据需要设置13层可转动的叶片。外层水平叶片用以改变射流的出口倾角。垂直叶片能调节气流的扩散角，叶片平行时扩散角只有19，而叶片张开时(最边缘叶片与送风口

9、平面夹角为45)，扩散角可增大至60(图511)。 送风口内层对开式叶片则是为了调节送风量而设置的。格栅送风口除可装横竖薄片组成格栅外，还可以用薄板冲制成带有各种装饰图案的空花格栅，气流通过有效面积可达53-73 2、散流器 散流器一般安装于顶棚上。根据它的形状可分为圆形散流器、方形或矩形散流器。根据其结构可分为盘式散流器、直片式散流器和流线式散流器，另外还有将送风口作为一体的称为送吸式散流器。盘式散流器的送风气流呈辐射状，比较适合于层高较低的房间，但冬季送热风易产生温度分层现象。片式散流器中，片的间距有固定的，也有可调的。采用可调叶片的散流器，它的送出气流可形成锥形或辐射形扩散，可满足冬、夏

10、季不同的需要。3、喷射式送风口用于远程送风的喷口，它属于轴向形风口，送风气流诱导的室内风量少，可以送较远的距离，射程一般可达到10米30米，甚至更远。通常在大空间如体育馆、候车大厅中用作侧送风口。如风口即送冷风又送热风应选用可调角度喷口，角度调节范围为30。送冷风时，风口水平或上倾；送热风时，风口与下倾。4、旋流送风口 旋流送风口中有起旋器，空气通过风口后成为旋转气流，并贴附于棚顶上流动。特点：诱导室内空气能力大，温度和风速衰减快适用：在送风温差大、层高低的空间中 旋流式风口的起旋器位置可以上下调节，当起旋器下移时，可使气流变成吹出形。（二）回风口（二）回风口m由于会风口的气流流动对室内气流组

11、织影响不大，因而回风口的构造比较简单。m常用的回风口有单层百叶风口、栅格风口、网式风口及活动蓖板式风口。m回风的形状和位置根据气流组织要求而定。若设在房间下部时，为避免灰尘和杂物吸入，风口下缘离地面至少0。15米。m在空调工程中，风口均应能进行风量调节，若风口上无调节装置，则应在支风管上加以考虑。三、气流组织形式三、气流组织形式m 空调房间对工作区内的温度，相对湿度有一定的精度要求。除要求有均匀，稳定的温度场和速度场外，有时还要控制噪声和含尘量。这些都直接受气流流动和分布状况影响。而气流流动和分布状况又取决于送风口的构造形式、尺寸、送风的温度、速度和气流方向、送风口的位置等。气流组织形式一般分

12、为：1、上送下回方式上送下回方式是最基本的气流组织形式。送风口安装在房间的侧上部或顶棚上，而回风口则设在房间下部。特点：送风气流在进去工作区之前就已经与室内空气充分混合，易形成均匀的温度场和速度场，适用于温湿度和洁净度要求较高的空调房间。2、上送上回方式特点：施工方便，但影响房间的净空气使用，且设计计算不准确，会造成气流短路，影响空调质量。适用于有一定美观要求的民用建筑。3、中送风某些高大空间的空调房间，采用前述方式需要大量送风，空调耗冷量、耗热量也大。因而采用在房间高度上的中部位置上，用侧送风口或喷口送风的方式。中送风形式是将房间下部作为空调区，上部作为非空调区。在满足工作区空调要求的前提下

13、，有显著的节能效果4、下送风地面均匀送风、上部集中排凤。此种方式送风直接进入工作区，为满足生产或人的要求，送风温差必然远小于上送方式，因而加大了送风量。同时考虑到人的舒适条件，送风速度也不能大，一般不超过0.50.7ms，这就必须增大送风口的面积或数量，给风口布置带来困难。此外，地面容易积聚脏物，将会影响送风的清洁度，但下送方式能使新鲜空气首先通过工作区。同时由于是顶部排凤，因而房间上部余热(照明散热、上部围护结构传热等)可以不进入工作区而被直接排走，故具有一定的节能效果，同时有利于改善工作区的空气质量。四、气流组织的设计计算四、气流组织的设计计算m气流组织设计的任务是合理地组织室内空气的流动

14、与分布、确定送风口的型式、数量和尺寸，使工作区的风速和温差满足工艺要求及人体舒适感的要求。气流组织的效果可以用空气分布特性指标ADPI（Air Diffusion Performance Index）来评价，它定义为工作区内各点满足温度、湿度和风速要求的点占总点数的百分比。可以通过实测来确定以下介绍几种气流组织的设计方法以下介绍几种气流组织的设计方法m气流组织设计一般需要的已知条件如下：房间总送风量L0(m3S)；房间长度L(m)；房间宽度W(m)；房间净高H(m)；送风温度t0()；房间工作区温度tn ()；送风温差t0()。 气流组织设计计算中常用的符号说明如下: 空气密度，取1.2 (k

15、g/m3)；m cp,a空气定压比热容，取1.01 kJ(kg)； m x要求的气流贴附长度(m)，x等于沿送风方向的房间长度减去1 m；m d0风口直径，当为矩形风口时，按面积折算成圆的直径(m)。侧送风的计算侧送风的计算m除了高大空间中的侧送风气流可以看做自由射流外，大部分房间的侧送风气流都是受限射流。 m侧送方式的气流流型宜设计为贴附射流，在整个房间截面内形成一个大的回旋气流，也就是使射流有足够的射程能够送到对面墙(对双侧送风方式，要求能送到房间的一半)，整个工作区为回流区，避免射流中途进入工作区。m这样设计流型可使射流有足够的射程，在进人工作前其风速和温差可以充分衰减，工作区达到较均匀

16、的温度和速度；使整个工作区为回流区，可以减小区域温差。因此，在空调房间中，通常设计这种贴附射流流型。m在布置送风口时,风口应尽量靠进顶棚,使射流贴附顶棚。另外,为了不使射流直接进入工作区,需要一定的射流混合高度，因此侧送风的房间不得低于如下高度：m H=h+0.07x+s+0.3m (8) 式中 h工作区高度，1.82.0m； m s送风口下缘到顶棚的距离(m)m 0.3m安全系数。侧送风气流组织的设计步骤侧送风气流组织的设计步骤m1、根据允许的射流温度衰减值，求出最小相对射程 在空调房间内，送风温度与室内温度有一定温差，射流在流动过程中，不断掺混室内空气，其温度逐渐接近室内温度。因此，要求射

17、流的末端温度与室内温度之差xt小于要求的室温允许波动范围。射流温度衰减与射流自由度、紊流系数、射程有关，对于室内温度波动允许大于1的空调房间，射流末端的xt可为1左右，此时可认为射流温度衰减只与射程有关。中国建筑科学研究院通过对受限空间非等温射流的实验研究，提出温度衰减的变化规律，m2、计算风口的最大允许直径d0,max 根据射流的实际所需贴附长度和最小相对射程，计算风口允许的最大直径d0,max ，从风口样本中预选风口的规格尺寸。对于非圆形的风口，按面积折算为风口直径，即 m d0 =1.128F0 1/2mF0-风口的面积m从风口样本中预选风口的规格尺寸，d0d0,max m3、选取送风速

18、度v0，计算各风口送风量 送风速度v0如果取较大值，对射流温差衰减有利，但会造成回流平均风速即要求的工作区风速vh过大。vh与v0及Fn1/2/d0有关，而vh可根据要求的工作区风速或按工作区要求的温湿度来确定。 m 为了防止送风口产生噪声，建议送风速度采用v0=25 m/s；当vh=0.25 m/s时，其最大允许送风速度列于表6-5m确定送风速度后，即可得每个风口的送风量为m lo=Cv0/4 d02m式中C-为风口有效断面的系数，可根据实际情况计算确定；或从风口样本上查找，一般送 风口C为0.95，对于双层百叶风口C约为0.700.82。m4、计算送风口数量n与实际风速m送风口数量 n=L

19、0/l0m实际送风速度 v0= (L0/n)/4 d02m5、校核送风速度 根据房间的宽度W和风口数量，计算出射流服务区断面为m Fn=WH/nm至此，可计算出射流自由度，由（7）知，当工作区允许风速为0.2O.3m/s时，允许的风口最大出风风速为m v0,max=(0.310.46)Fn1/2/d0m如果实际出口风速v0v0,max，则认为合适；如果v0v0,max，则表明回流区平均风速超过规定值，超过太多时，应重新设置风口数量和尺寸，重新计算m6、校核射流贴附长度 贴附射流的贴附长度主要取决于阿基米德数Ar，Ar数愈小，射流贴附的长度愈长；Ar数愈大，贴附射程愈短。中国建筑科学研究院空气调

20、节研究所通过实验，给出阿基米德数与相对射程之间的关系m从表6-6中查出与阿基米德数对应的相对射程，便可求出实际的贴附长度。若实际贴附长度大于或等于要求的贴附长度，则设计满足要求；若实际的贴附长度小于要求的贴附长度，则需重新设置风口数量和尺寸，重新计算。散流器送风的设计计算散流器送风的设计计算m散流器应根据采暖通风国家标准图集和生产厂样本选取。散流器送风的气流流型有平送和下送两种典型的送风方式。设计顶棚密集布置散流器下送时，散流器形式应为流线型。在此仅讨论平送方式。 m 气流流型为平送贴附射流，有盘式散流器、圆形直片式散流器、方形片式散流器和直片形送吸式散流器。 m根据空调房间的大小和室内所要求的参数，选取散流器个数。一般按对称位置或梅花形布置(图6-11)，梅花形布置时每个散流器送出气流有互补性，气流组织更为均匀。 m圆形或方形散流器相应送风面积的长宽比不宜大于1:1.5。散流器中心线和侧墙的距离，一般不应小于1m。如果散流器服务区的长宽比大于1.25时，宜选用矩形散流器。如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距散流器最远处。m散流器送风气流组织的计算主要是选用合适的散流器，使房间内风速满足设计要求。根据P.J杰