常用空气龄的计算

常用空气龄的计算

0室内气流组织空气龄随着现代生活和工作的变化，80%的人生活在室内。因此，无论室内质量如何，对人们的健康都至关重要。据统计,室内空气品质问题在很多情况下是由通风不良引起的,而通风问题一般包括两方面:新风量不足和室内气流组织不合理,其中室内气流组织对空气品质影响极大。根据美国明尼苏达大学和加州伯克利大学劳伦斯实验室的研究结果,室内气流组织不当所引起的空气品质恶劣问题大约占空气品质恶劣总数的45%。为了定量评价室内气流组织的优劣,各国学者提出了多种指标,如宏观空气交换率,换气效率、通风效率、净空气流量等,这些指标中的多数均与空气龄有关。根据Sandberg等人的定义,空气龄是房间内某点处空气在房间内已经滞留的时间,反映了室内空气的新鲜程度,它可以综合衡量房间的通风换气效果,是评价室内空气品质的重要指标。所以空气龄已成为继温度、湿度之后评价室内空气品质的又一重要参数。1实验方法1.1空气龄的测定利用示踪气体测量空气龄的方法有3种:①脉冲法;②上升法;③下降法(或衰减法)。其中下降法最为简单,且实验精度较高,因此本实验选用下降法测量空气龄。由于二氧化碳性质非常稳定,通常对人体无毒无害,所以实验中采用CO2作为示踪气体。虽然CO2在空气中含量达到3%时,人体会感到呼吸急促,但其可测浓度较低。实验中控制二氧化碳最大体积分数约为0.5%,非常安全。在实验中,用二氧化碳浓度测量仪跟踪其浓度衰减,通过计算,求得房间测点的空气龄。某测点示踪气体浓度(体积百分数)随时间的衰减曲线,与坐标轴所围的面积,再与t=0时刻该点示踪气体的浓度的比值,就是该点的空气龄,见式(1)。计算公式为:其中:Ci(0)为t=0时刻某一点示踪气体的浓度,ppm;Ci(0)为t时刻该点示踪气体的浓度,ppm;τi为标准气室中某测点的空气龄。1.2采用传感器、测量点浓度集成系统实验系统包括:标准气室、CO2浓度测量系统和通风控制系统,整个系统的示意图如图1所示。标准气室尺寸为3.0m×3.0m×3.0m,设有6个风口,顶部和底部中心各一个,其两侧各两个,风口编号和具体位置见图2,风口为带调节板活动百叶正方形风口,边长24cm。连接风口的风管和通风控制系统同侧,之间用软管连接,以便于送、排风口相互切换,实现多种形式的气流组织。在测量系统中,传感器是利用红外线测量CO2浓度的AirTest3,数据转换器为SwemaAir,并以利用SwemaMultipointPro软件在计算机上读取二氧化碳浓度,传感器测量范围为0ppm～5000ppm,精度为1ppm。测点浓度的采样时间间隔可在数据采集软件中设定,本次实验取为8s。本实验的通风控制系统,是由离心通风机、消声器、孔板流量计、以及蝶阀组成,蝶阀可方便地进行流量控制,使实验安全可靠。1.3气体混合模型本实验测量方法如下:首先,密闭气室,释放示踪气体;当气室中示踪气体的浓度达到平衡状态(约0.5%)后,停止释放示踪气体;此时,开始送风,并打开排风口,同时记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化情况,从而计算出测点处的空气龄。但较短时间内,密闭气室内的空气与示踪气体二氧化碳不能均匀混合,造成二氧化碳浓度上小下大的现象,影响实验结果的可重复性,所以应采取加强气体搅动(约30分钟)让气体充分混合的措施。通过验证,本实验重复性较好。如图2所示,本实验对6种气流组织形式61(下送顶回),62(下送上回),25(侧送侧回),26(侧送侧回),42(底送侧回),45(底送下回)进行研究,其中前面数字表示送风口编号,后面数字表示排风口编号,例如,61即为送风口为6,排风口为1的气流组织形式。25、26属于常用的气流组织形式,42、45属于地板送风形式;再者,取气流组织形式61与42比较,62与26比较,可知通风设计中合理选择气流组织形式的重要。在每种形式下,对7个测点(1)～(7)的浓度衰减进行测量。测点位置见图2。测点位于气室中截面上,接近人的呼吸区,也便于测量仪器准确定位。2结果与分析2.1空气龄计算通过CO2浓度数据自动读取系统,可以得到各点CO2浓度随时间的衰减曲线(见图3),然后拟合关系式Ci(t),利用式(1),可得到各测点空气龄的计算结果如表1所示。2.2空气流组织形式的确定在气流组织形式61和62下,测点(4)的空气龄最小,表明从下侧面送入的空气直接到达点(4),同时,在方式61下,部分空气贴附地面至侧壁,导致测点(3)和(7)的空气龄也较小,而测点(1)和(6)处于回流区,因此空气龄较大,在方式62下,由于点(3)几乎处于气流滞留区,其空气龄最大。在气流组织形式25和26(气流流型如图4、图5所示)下,从顶部送入的空气直接向下到达测点(6),同时部分空气侧向流动,很快从排风口排出,导致测点(4)空气龄较小,再者部分部分空气形成贴壁射流,导致测点(1)空气龄较小;最终比较这两种形式的空气龄和气流流型,可知在气流组织形式26较形式25合理。在气流组织形式42和45下,空气从底部送入后,由于气室较小,贴附对面墙壁到达顶部,再从吊顶贴壁散开,导致气流组织方式42中测点(3)和方式45中测点(7)空气龄较小,而测点(6)由于处于回流区,空气龄较大。气流组织形式42与方式45相比,所有测点空气龄偏差不大且数值较小,说明该气流组织形式合理,气流分布均匀。整个实验中,可以看到在形式45下气流的主体从送风口出来向上,沿着天花板运动一段距离后从离送风口约1.5m高度处突然下降。可以发现在距离送风口高约1m～2m处,通常也就是在离地面的1.5m处,存在着一个滞留区,即这个区域里面的气流是静止不动的,如图6所示。由于坐在送风口和回风口之间的志愿者主要是呼吸离地面1.2m处的空气,所以这种抛物线状的气流组织形式将使他们很难呼吸到从送风口出来的新鲜空气,这也是实际工程中通常不用气流组织形式45组织气流的原因,从另一方面也验证了在气流组织形式42下空气龄分布的正确性与合理性。3空气龄与风机干气流组织结构比较本文采用示踪气体方法,对标准气室内每种气流组织(共6种)形式下的7个点的空气龄进行了测量,并对测量结果的可重复性进行了检验,从测量结果可以得出如下结论:①不论是侧送风还是底送风,凡是送风空气易到达的地方,空气龄就小;凡是处于回流区中的位置,其空气龄就