通风与气流组织

1、通风与气流组织通风与气流组织通风的定义与目的通风的定义与目的把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外，再把新鲜的空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标准的方法叫通风通风。通风的目的包括以下几个方面：（1）稀释室内污染物，保证良好的室内空气品质；（2）消除室内余热、余湿，保证室内人员的舒适性；（3）满足室内人员对新鲜空气的需要；（4）节能的需要。通风的分类通风的分类 根据驱动力划分（自然通风、机根据驱动力划分（自然通风、机械式通风）械式通风） 根据对象空间数目划分（单室通风、多室通风） 根据室内气流形式划分（置换式通风、混合式通风） 根据室内通风口位置划分（单侧通风、穿堂风）自然通风的

2、定义和特性自然通风的定义和特性定义：利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进定义：利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通风换气方式。行的通风换气方式。分类：分类：1）渗风；）渗风；2）通过门窗的通风；）通过门窗的通风；3）通过特定通风口的通风；）通过特定通风口的通风；4) 被动式通风系统；被动式通风系统；机械通风的定义和特性机械通风的定义和特性 定义：利用机械手段（风机、定义：利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空风扇等）产生压力差来实现空气流动的方式。气流动的方式。 分类：分类：1）机械送风）机械送风-自然排风系自然排风系统；统；2）机械排风）机械排风-自然送

3、风系统自然送风系统；3）机械送排风系统）机械送排风系统自然通风的作用原理及可提供的通风量自然通风的作用原理及可提供的通风量 基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差 P，就会有空气流过开口。流过的风速为，就会有空气流过开口。流过的风速为： 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差。口内外的压差。 风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差。布的不同形成开口处的压差。 PP22（一）热压作用下的自然通风（一）热压作用下的自然通风（p185p185）()()babawn

4、PPPPgh PbPa bbbanawaawnawnPPPPghPghPPghPgh 热压热压PbPa（二）余压的概念（二）余压的概念（p185p185）)(nwxaxhgPP 室内某一点的压力和室外同标高未受扰动的空气压力的差值。 余压为正，风口排风；余压为负，风口进风。（二）余压的概念（二）余压的概念（p185p185）讨论余压的分布和中和面位置：讨论余压的分布和中和面位置：1）地面有大开口；）地面有大开口；2）顶棚有大开口；）顶棚有大开口；3）地板送风；）地板送风；4）顶棚排风。）顶棚排风。热压作用模拟的建筑模型热压作用模拟的建筑模型 每层有上下两个每层有上下两个开口开口室内空气速度分布

5、室内空气速度分布室内空气温度分布室内空气温度分布（三）风压作用下的自然通风（三）风压作用下的自然通风风洞模型实验风洞模型实验风洞模型实验风洞模型实验高层建筑风压分布测定例高层建筑风压分布测定例（四）风压和热压的联合作用（四）风压和热压的联合作用wwbnwxawwbxbbKhgPKPP 2)(222 wwaxaaKPP 22 （五）自然通风优缺点总结（五）自然通风优缺点总结 自然通风广泛地应用于低层建筑、中小尺寸的办公室自然通风广泛地应用于低层建筑、中小尺寸的办公室、学校、住宅、工业厂房、仓库等。、学校、住宅、工业厂房、仓库等。 主要优点：主要优点：1）对于温带气候的很多类型建筑都适用；）对于温

6、带气候的很多类型建筑都适用；2）比机械通风经济。不需要动力设备、专门的机房）比机械通风经济。不需要动力设备、专门的机房和维护。和维护。 缺点：缺点：1）热压和风压都不稳定；）热压和风压都不稳定；2）提供的静压偏小。）提供的静压偏小。第六章 通风与气流组织第二节第二节 机械通风机械通风通风换气与空气调节通风换气与空气调节 稀释方法稀释方法 通风通风 自然通风：依靠自然风压、热压作用进行通风自然通风：依靠自然风压、热压作用进行通风 机械通风：利用风机等机械设备进行通风机械通风：利用风机等机械设备进行通风 空气调节空气调节 传统方式：调节温湿度、流速、洁净度传统方式：调节温湿度、流速、洁净度 新方式

7、：空气成分、气味新方式：空气成分、气味 污染严重：直流式系统（即机械通风系统）污染严重：直流式系统（即机械通风系统） 污染不很严重：部分回风系统污染不很严重：部分回风系统室内通风的气流组织基本形式室内通风的气流组织基本形式 全面通风局部通风机械通风混合式通风均匀式通风个性化送风局部排风(工业通风）式通风置换式通风将空气从工作区外射入房间，射流卷吸一定将空气从工作区外射入房间，射流卷吸一定量的室内空气，让回流区在工作区附近量的室内空气，让回流区在工作区附近。混合式通风混合式通风置换式通风置换式通风置换式通风通常指的是利用下送上回的送风方式实现通风的一置换式通风通常指的是利用下送上回的送风方式实现

8、通风的一种新气流组织形式，它是将新鲜空气直接送入工作区，并在地种新气流组织形式，它是将新鲜空气直接送入工作区，并在地板上形成一层较薄的空气湖。空气湖是由较凉的新鲜空气扩散板上形成一层较薄的空气湖。空气湖是由较凉的新鲜空气扩散而成，因室内的热源（人员及设备）产生向上的对流气流，新而成，因室内的热源（人员及设备）产生向上的对流气流，新鲜空气随其向房间上部流动而形成室内空气运动的主导气流。鲜空气随其向房间上部流动而形成室内空气运动的主导气流。对流气流热源空气湖混合通风与置换通风方式的比较混合通风与置换通风方式的比较 一、一、 通风稀释方程（混合通风）通风稀释方程（混合通风）思考：示意图与条件思考：示

9、意图与条件工程问题研究方法工程问题研究方法 （简化条件） 转换 求解 改 发 分 进 展 析 总结 （现状） （因素） （优化）物理模型数学模型计算结果结果认定结论空气在通风工程中的流动规律空气在通风工程中的流动规律质量守衡质量守衡连续性方程连续性方程能量守衡能量守衡能量方程能量方程动量守衡动量守衡 动量方程动量方程简化与假设：简化与假设：（1）室内污染物均匀分布；）室内污染物均匀分布；（2）通风量是稳定的；）通风量是稳定的；（3）污染物发生量是常数；）污染物发生量是常数；（4）大气中污染物是常数；）大气中污染物是常数；（5）忽略渗入的污染物和管道产生污染物的）忽略渗入的污染物和管道产生污染物

10、的可能性；可能性；（6）忽略污染物在管道内和室内的沉降。）忽略污染物在管道内和室内的沉降。全面混合式通风的基本微分方程式全面混合式通风的基本微分方程式（稀释污染物所确定的方程）（稀释污染物所确定的方程）ONCCMG全面混合式通风的基本微分方程式全面混合式通风的基本微分方程式（稀释污染物所确定的方程）（稀释污染物所确定的方程） G C0 d + M d - G C d =VdC全面混合式通风的基本微分方程式全面混合式通风的基本微分方程式（稀释污染物所确定的方程）（稀释污染物所确定的方程）GCMGCdCVd 0 VGCMGCddC 0 全面混合式通风的基本微分方程式全面混合式通风的基本微分方程式（

11、稀释污染物所确定的方程）（稀释污染物所确定的方程） 在通风量一定、室内初始浓度为在通风量一定、室内初始浓度为C1的时候的时候，求，求C2与通风时间的关系：与通风时间的关系： VGCGMVGCC exp1exp012全面混合式通风的基本微分方程式全面混合式通风的基本微分方程式（稀释污染物所确定的方程）（稀释污染物所确定的方程） 稳定状态的关系式： 当G /V远小于1时：02CCMG 021202CCCCVCCMG二、置换通风二、置换通风 置换通风的原理就是空气由下向上进行置换置换通风的原理就是空气由下向上进行置换送风口上部区域界面排风口热源工作区域站姿人员产生的上升气流站姿人员产生的上升气流 空

12、气湖界面下部区上部区分层高度置换通风系统的设置条件置换通风系统的设置条件 污染源与热源应共存污染源与热源应共存 室内冷负荷不应过大（如以室内冷负荷不应过大（如以120W/m2为界为界） 房间高度不能过低（如以房间高度不能过低（如以2.4m为界）为界） 置换通风的温度梯度置换通风的温度梯度 C置换通风与冷却顶板系统置换通风与冷却顶板系统传热肋片传热肋片冷水管道冷水管道冷却部件冷却部件送风口送风口辐射辐射对流对流 重力循环式置换通风重力循环式置换通风重力循环空调回风型原理图重力循环空调回风型原理图冬季工况冬季顺时针旋转90冬季顺时针旋转90重力循环空调回风型原理图重力循环空调回风型原理图夏季逆时针

13、旋转90夏季逆时针旋转90夏季工况重力循环空调新风型重力循环空调新风型 （阀板控制）（阀板控制） 冬季工况冬季关闭冬季打开重力循环空调新风型重力循环空调新风型 （阀板控制）（阀板控制）夏季工况夏季打开夏季关闭效果图效果图重力循环空调在剧院舞台中的应用重力循环空调在剧院舞台中的应用第六章 通风与气流组织气流分布与气流分布与IAQ 向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？室内空气更新的快慢如何？室内污染物被室内空气更新的快慢如何？室内污染物被转移出去的迅速程度又如何？转移出去的迅速程度又如何？气流分布的研究方法气流分布的研究方法 半经验公式法半经验公式法 示踪气体实

14、验法示踪气体实验法 数值求解法数值求解法室内通风的气流组织基本形式室内通风的气流组织基本形式 全面通风局部通风机械通风混合式通风均匀式通风个性化送风局部排风(工业通风）式通风置换式通风（一）与舒适相关的部分参数（一）与舒适相关的部分参数 不均匀系数：反映气流温度场和速度场的不均匀系数：反映气流温度场和速度场的不均匀程度。不均匀程度。ttti tnttkit2)( （一）与舒适相关的部分参数（一）与舒适相关的部分参数 空气扩散性能指标：为满足规定风速和温空气扩散性能指标：为满足规定风速和温度要求的测点数与总测点数之比。度要求的测点数与总测点数之比。ADPI=100%（-1.7ET 1.1的测点数

15、）的测点数） /总测点数总测点数（二）空气年龄与换气效率（二）空气年龄与换气效率1.空气龄空气龄 空气进入房间的时间空气进入房间的时间 The age of air，Air age0)(dfp1)(0df 体平均空气龄：体平均空气龄： 名义时间常数：名义时间常数： 空气龄、残留时间、驻留时间关系空气龄、残留时间、驻留时间关系 活塞流活塞流驻留时间驻留时间： VdvVPp0QVn/nr2.换气效率换气效率（不涉及污染源的位置）（不涉及污染源的位置） 理论上最短的换气理论上最短的换气时间是多少？时间是多少？ 活塞流活塞流 换气效率定义：换气效率定义：penr2pnrn2penr2（三）通风效率（三

16、）通风效率（涉及污染源的位置）（涉及污染源的位置） 充分混合流充分混合流 1 活塞流活塞流 ？ 均匀污染源均匀污染源 2 如果污染源在出口呢？如果污染源在出口呢？ 污染源在入口呢？污染源在入口呢？(主要考虑工作区主要考虑工作区)CpC0C00CCCCp（四）能量利用系数（四）能量利用系数 能量利用系数：类似通风效率，但用得热能量利用系数：类似通风效率，但用得热代替污染物，温度代替污染物浓度。代替污染物，温度代替污染物浓度。 考察考察tp与与tn的关系的关系00ttttnpt第四节 气流组织的预测计算四种暖通空调房间空气分布四种暖通空调房间空气分布的预测方法比较的预测方法比较 计算流体动力学计算

17、流体动力学CFD的发展背景的发展背景 计算流体动力学（计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称简称CFD）是利用数值计算方法通过计算机求解描述流）是利用数值计算方法通过计算机求解描述流体运动的数学方程，揭示流体运动内在规律的一门新兴体运动的数学方程，揭示流体运动内在规律的一门新兴学科。学科。 计算机表现出在速度、内存等方面的巨大潜力计算机表现出在速度、内存等方面的巨大潜力之后，才有越来越多的学者通过离散算法、迭代方法之后，才有越来越多的学者通过离散算法、迭代方法等计算数学领域的研究活动，使流体力学有了与计算等计算数学领域的研究活动，使流体力学有了与计算机结

18、合的可能，为机结合的可能，为CFD的飞速发展奠定了基础。的飞速发展奠定了基础。 k-二方程模型的提出，为在工程领域中普及应二方程模型的提出，为在工程领域中普及应用用CFD起到了决定性的作用。起到了决定性的作用。 CFD的特点的特点 CFD能够解决实验研究与理论分析难以解决的问题。能够解决实验研究与理论分析难以解决的问题。实验研究往往需要投入大量的人力物力，需要开发精密的测实验研究往往需要投入大量的人力物力，需要开发精密的测量仪器。即使如此，实验存在着误差大、可重复性差的固有量仪器。即使如此，实验存在着误差大、可重复性差的固有缺陷；缺陷；理论分析力求从理论上给出问题的解析解，但对于描述为非线性理

19、论分析力求从理论上给出问题的解析解，但对于描述为非线性偏微分方程的复杂的流动现象，理论分析所需的数学工具尚不成偏微分方程的复杂的流动现象，理论分析所需的数学工具尚不成熟。熟。CFD的所有条件都由数值形式给出，可以严格控制并任意改变边界的所有条件都由数值形式给出，可以严格控制并任意改变边界、初值以及其他条件，不像实验条件经常受到外部波动的干扰；、初值以及其他条件，不像实验条件经常受到外部波动的干扰；CFD通过适当的离散手段可以较方便地求解流体力学偏微分方程组通过适当的离散手段可以较方便地求解流体力学偏微分方程组，从而可以捕捉到复杂的流动现象。因此，从而可以捕捉到复杂的流动现象。因此，CFD克服了

20、上述两者的克服了上述两者的困难。困难。常用的计算软件常用的计算软件 PHOENICS FLUENT Airpak数值求解的研究方法数值求解的研究方法置换通风的速度场置换通风的速度场置换通风的温度场置换通风的温度场置换通风的污染物浓度场置换通风的污染物浓度场 置换通风中，污染物浓度高的部位在上方置换通风中，污染物浓度高的部位在上方。置换通风的空气年龄场置换通风的空气年龄场置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上方。年龄单位：秒方。年龄单位：秒室内空气环境的保障室内空气环境的保障 人对室内空气环境的感受与要求（标准）人对室内空气环境的感受与要求（标准） 负荷的获得（热、空气品质）负荷的获得（热、空气品质） 室内对新风量与总风量的需求室内对新风量与总风量的需求 气流组织形式气流组织形式 气流分布的评价气流分布的评价 暖通空调系统暖通空调系统 冷热源冷热源本章习题本章习题 1. 一体育馆比赛场的容积为一体育馆比