通風與氣流組織

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1、第 六 章 通 風 與 氣 流 組 織華中科技大學環(huán)境學院建筑環(huán)境與設(shè)備工程系 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法1.通 風 的 定 義 ： 將 室 內(nèi) 空 氣 （ 通 常 是 被 污 染 或 有余 熱 余 濕 的 空 氣 ） 直 接 （ 或 經(jīng) 凈 化 后 ） 排 至 室外 ， 把 新 鮮 空 氣 直 接 （ 或 經(jīng) 適 當 處 理 后 ） 補 充進 來 ， 從 而 使 室 內(nèi) 空 氣 符 合 衛(wèi) 生 標 準 或 生 產(chǎn) 工藝 需 要 的 過 程 。一、通風（空調(diào)）的目的 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法2.通 風 方 式 的 分 類1按 空

2、 氣 是 被 通 風 系 統(tǒng) 送 入 還 是 排 出2按 通 風 系 統(tǒng) 的 作 用 范 圍 不 同3按 通 風 系 統(tǒng) 的 動 力 不 同一、通風（空調(diào)）的目的送 風 系 統(tǒng)排 風 系 統(tǒng)局 部 送 、 排 風 系 統(tǒng)全 面 送 、 排 風 系 統(tǒng)自 然 通 風機 械 通 風 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法3.目 的 ：1.保 證 排 除 室 內(nèi) 污 染 物 ；2.保 證 室 內(nèi) 人 員 的 熱 舒 適 ；3.滿 足 室 內(nèi) 人 員 對 新 鮮 空 氣 的 需 求 。一、通風（空調(diào)）的目的 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法自 然 通 風

3、： 依 靠 室 外 風 力 造 成 的 風 壓 和室 內(nèi) 外 空 氣 溫 度 差 所 造 成 的 熱 壓 使 空 氣產(chǎn) 生 流 動 。 二、自然通風 1.自 然 通 風 的 作 用 原 理 當 建 筑 物 的 門 窗 兩 側(cè) 存 在 壓 力 差 P， 就 會 產(chǎn)生 空 氣 流 動 ， 且 有 ： PaP 22 PP 22 1式 中 ： 為 門 窗 的 流 量 系 數(shù) ， 值 大 小 與 門窗 的 構(gòu) 造 有 關(guān) ， 其 值 一 般 小 于 1。第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 1.自 然 通 風 的 作 用 原 理 smFFL P /32 skgPFLG

4、/2 通 過 門 窗 的 空 氣 量 為 ： 式 中 ： F-窗 孔 的 面 積 ， m2； L-空 氣 體 積 換 氣 量 ， m3/s； G-空 氣 質(zhì) 量 換 氣 量 ， kg/s從 式 中 可 以 看 出 ， P是 自 然 通 風 的 直 接 推 動 力 ！ 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 窗 孔 a和 b， 兩 者 高 差 為 h， 窗 外空 氣 的 靜 壓 力 分 別 為 Pa、 Pb， 窗內(nèi) 為 Pa/、 Pb/， 室 內(nèi) 外 空 氣 溫 度及 密 度 分 別 為 tn、 n和 tw、 w。設(shè) t

5、ntw， 則 n w。 先 開 啟 下 a， 關(guān) 閉 b， 由 于 空 氣先 由 流 動 到 靜 止 ， 最 后 使 得 Pa=0， 此 時 據(jù) 流 體 靜 力 學 原 理窗 孔 內(nèi) 外 壓 差 為 ：第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 Pb =（ Pb/-Pb） =（ Pa/-gh n） -（ Pa-gh w） =（ Pa/- Pa） +gh（ w- n） = Pa+gh（ w- n） 從 上 知 ： 當 P =0， tn tw即 n w時 ， 則 上 式 P 0， 此 時若 開 啟 窗 孔 ， 空 氣 將 從

6、窗 孔 流出 ， 使 室 內(nèi) 靜 壓 逐 漸 降 低 。 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 若 同 時 開 啟 窗 孔 ， 此 時 P 0， 室 外 空 氣 將由 窗 孔 流 入 室 內(nèi) ， 直 至 窗 孔 流 入 的 進 風 量 等 于 窗孔 流 出 的 排 風 量 時 ， 室 內(nèi) 氣 壓 將 保 持 穩(wěn) 定 。 此 時 形成 上 下 兩 窗 孔 、 進 風 和 排 風 的 總 壓 力 可 變 為 ： Pab = Pb + Pa = Pb+（ - Pa） =gh（ w- n）第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ）

7、的 目 的 與 方 法二、自然通風 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 Pab = Pb + Pa = Pb+（ - Pa） =gh（ w- n） 上 式 表 明 使 兩 窗 孔 形 成 進 風 和 排 風 的 總 壓 力 與 兩窗 孔 的 高 度 差 h以 及 室 內(nèi) 外 空 氣 的 密 度 差 成 正 比 ，而 密 度 差 是 由 于 溫 度 的 差 異 引 起 的 ， 故 我 們 通 常 將 gh（ w- n） 稱 之 為 熱 壓 。 實 際 上 ， 當 有 溫 差 存 在 時 ， 室 內(nèi) 哪 怕 只 有 一 個 窗孔 依 然 會 形 成 自 然 通 風 ， 只 是 此 時 該

8、窗 孔 上 部 排 風 下部 進 風 ， 相 當 于 兩 窗 孔 緊 挨 在 一 起 。 當 然 若 室 內(nèi) 溫 度比 室 外 溫 度 低 ， 則 窗 孔 上 部 進 風 而 下 部 排 風 。第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風室 內(nèi) 某 一 點 的 壓 力 和 室 外 同 標 高 未 受 擾 動 的空 氣 壓 力 的 差 值 我 們 通 常 稱 之 為 該 點 的 余 壓 。 在 有 高 低 窗 孔 的 建 筑 物 中 ， 當 窗 戶 處 于 最 低時 ， 其 它 窗 孔 的 余 壓 與 該 窗 孔 余 壓 之

9、間 的 關(guān) 系 為 ： Px= Pxa+ghi（ w- n） 式 中 ： Px-某 窗 孔 的 余 壓 ， Pa； Pxa-窗 孔 的 余 壓 ， Pa； hi-窗 孔 與 某 窗 孔 的 高 度 差 ， m第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 僅 有 熱 壓 作 用 時 ， 余 壓 僅 沿 高 度 變 化 ， 且 變 化 的 規(guī) 律 如圖 所 示 ， 余 壓 值 從 窗 孔 的 負 值 逐 漸 增 大 到 排 風 窗 孔 的 正值 。 其 中 在 o-o平 面 上 ， 余 壓 等 于 零 ， 我 們 通 常 將 其

10、 稱 為 中 和面 ， 因 中 和 面 的 余 壓 Pxo=0， 于 是 、 窗 孔 的 余 壓 分 別 為 ： Pxa = Pxo-h1g（ w- n） = -h1g（ w- n） Pa Pxb = Pxo+h2g（ w- n） = h 2g（ w- n） Pa 不 難 理 解 ， 對 于 中 和面 以 下 的 窗 孔 其 余 壓 為 負 ，以 上 的 余 壓 為 正 。 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 3.風 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 當 氣 流 流 過 建 筑 物 時 ，建 筑 物 迎 風 面 氣 流 受 阻 ，動 壓 降 低 ， 靜 壓

11、 升 高 ， 而背 風 面 和 側(cè) 面 由 于 產(chǎn) 生 局部 渦 流 使 靜 壓 降 低 ， 這 些地 方 的 靜 壓 與 遠 處 未 受 干擾 處 氣 流 靜 壓 之 差 ， 我 們通 常 稱 之 為 風 壓 。 靜 壓 升高 ， 風 壓 為 正 ， 稱 為 正 壓 ，反 之 ， 稱 為 負 壓 。第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 3.風 壓 作 用 下 的 自 然 通 風 風 壓 的 分 布 與 該 建 筑 物 的 幾 何 形 狀 、 室 外 風 力風 向 等 有 關(guān) ， 當 風 向 一 定 時 ， 建 筑 物 外 圍 護 結(jié) 構(gòu) 上任 一 點 的 風

12、 壓 值 可 由 下 式 表 示 ：式 中 K-空 氣 動 力 系 數(shù) ； w-室 外 空 氣 速 度 ； w-室 外 空 氣 密 度 。 一 內(nèi) 部 連 通 的 建 筑 物 圍 護 結(jié) 構(gòu) 上 ， 若 有 兩 個 風壓 值 不 同 的 兩 個 窗 孔 ， 空 氣 動 力 系 數(shù) 大 的 窗 孔 將 會進 風 ， 小 的 排 風 ， 當 室 內(nèi) 無 熱 壓 作 用 時 ， 室 內(nèi) 各 點的 余 壓 均 相 等 。 wwf KP 22第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 4.風 壓 、 熱 壓 同 時 作 用 下 的 自 然 通 風 風 壓 熱 壓 常 一 起

13、對 自 然 通 風 產(chǎn) 生 影 響 ， 此 時 外圍 護 結(jié) 構(gòu) 上 各 窗 孔 的 內(nèi) 外 壓 差 應(yīng) 等 于 各 窗 孔 的 余 壓和 室 外 風 壓 之 差 。 waxaa wKPP 22 wbnwxawbxbb ww KhgPKPP 22 22 由 于 室 外 風 向 風 速 一 年 四 季 非 常 不 確 定 、 不 可靠 ， 故 不 能 完 全 指 望 它 自 然 通 風 ， 在 實 際 計 算 時 僅考 慮 熱 壓 的 作 用 ， 風 壓 基 本 不 予 考 慮 。 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 5.常 見 的 自 然 通 風 的 形 式

14、第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風 第 一 節(jié) 通 風 （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法機 械 通 風 ： 依 靠 風 機 等 流 體 機 械 造 成 的 壓 頭 而使 空 氣 產(chǎn) 生 流 動 。 三 種 典 型 的 送 風 形 式 ： 混 合 通 風l 追 求 均 勻 的 室 內(nèi) 環(huán) 境l 混 合 后 的 空 氣 可 能 已 被 污 染 置 換 通 風l 保 證 人 員 呼 吸 區(qū) 的 環(huán) 境 要 求 l 下 送 風 ， 新 鮮 氣 流 先 送 入 工 作 區(qū) 個 性 化 送 風l 滿 足 不 同 個 體 的 特 殊 性 要 求l 工 位 送 風 ，

15、 獨 立 可 調(diào)三、機械通風 機 械 通 風 的 氣 流 組 織 形 式三 種 典 型 的 送 風 形 式l 混 合 通 風 l 置 換 通 風l 個 性 化 送 風 混 合 通 風 的 氣 流 形 式 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)通風量1.新 風 通 風 換 氣 量 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)通風量1.新 風 通 風 換 氣 量決 定 因 素l 室 內(nèi) 污 染 物 允 許 濃 度l 室 外 污 染 物 濃 度l 室 內(nèi) 污 染 物 發(fā) 生 量 ： 發(fā) 生 量 已 知 否 ？ ？

16、？ 室 內(nèi) 污 染 物 產(chǎn) 生 對 換 氣 量 的 要 求l 人 體 代 謝 生 物 污 染 ： 以 CO2濃 度 或 臭 氣 強 度 指 數(shù) 為 指 標確 定 換 氣 量 l 消 除 煙 臭 的 要 求 根 據(jù) 吸 煙 量 確 定l 污 染 物 發(fā) 生 量 ： VOC等 微 量 產(chǎn) 生 的 污 染 難 以 監(jiān) 測 ， 通 風量 的 確 定 仍 然 是 需 要 研 究 的 問 題 。 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)2.全 面 通 風 的 基 本 微 分 方 程 式 （ 均 勻 混 合 時 的 稀 釋 方 程 ）一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)通風量 QCS d + M d

17、 - Q C d =VdC 在 通 風 量 Q一 定 、 室 內(nèi) 初 始 濃 度 為 C1的 時 候 ，求 C2與 通 風 時 間 的 關(guān) 系 ： 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 的 關(guān) 系 式 ： VQCQMVQCC s expexp 112 QCMQC dCVd s V QCMQCddC s sCC MQ 2sCQMC 2 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風有效性的描述參數(shù)1.空 氣 齡定 義 ： 送 風 到 達 房 間某 點 的 時 間 。 or： 指空 氣 在 室 內(nèi) 被 測 點 上停 留 的 時 間 ， 實 際 上是 指 舊 空 氣 被 新 空 氣代 替 的 速 度 。某

18、 點 的 空 氣 齡 越 小 ，說 明 該 點 的 空 氣 越 新鮮 ， 空 氣 品 質(zhì) 就 越 好 。 4500年樹齡 的華夏第一柏120年樹齡的古榕樹 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風有效性的描述參數(shù)1.空 氣 齡殘 余 時 間 (Residual lifetime)l 空 氣 從 當 前 位 置 到 離 開 房 間 的 時 間 rl駐 留 時 間 (Residence time )l 空 氣 離 開 房 間 時 空 氣 齡 r p rl r 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風有效性的描述參數(shù)1.空 氣 齡 房 間 平 均 空 氣

19、齡l 等 于 房 間 各 點 空 氣 齡 的 體 平 均 典 型 流 型 的 空 氣 齡 l 活 塞 流 ： p e / 2 r= e= nl 均 勻 混 合 流 ： p e r= 2p= 2 e 非 完 全 混 合 流 ： 入 口 空 氣 齡 最 年 輕 ， 出 口 空 氣 齡 最 老 。V Vipip 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風有效性的描述參數(shù)2.換 氣 效 率“ 理 想 活 塞 流 ” 的 換 氣 效 率 最 高 ， 房 間 的 平 均 空氣 齡 最 小 。換 氣 效 率 的 定 義l 實 際 通 風 條 件 下 房 間 平 均 空 氣 齡 與 活 塞

20、 流 的 平均 空 氣 齡 的 比 值 倒 數(shù) 為 換 氣 效 率 （ 1） ， 反 映了 新 鮮 空 氣 置 換 原 有 空 氣 的 快 慢 與 活 塞 通 風 下置 換 快 慢 的 比 較 。 %p 1002 pnpa 理想22 enp 理想 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風有效性的描述參數(shù)2.換 氣 效 率空 間 各 點 的 換 氣 效 率 的 定 義 ：空 間 各 點 的 換 氣 效 率 可 以 大 于 1， 反 映 了 新鮮 空 氣 替 換 原 有 空 氣 的 有 效 程 度%100 pini 常 見 送 回 風 形 式 的 換 氣 效 率 第 二 節(jié)

21、室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風有效性的描述參數(shù)3.送 風 可 及 性定 義 ： 在 流 場 不 變 的 條 件 下 ， 假 設(shè) 某 一 送 風 口 的 空 氣 含 有濃 度 為 Cs,i的 指 示 劑 氣 體 ， 房 間 內(nèi) 部 無 源 ， 則 該 送 風 口 在 歷時 T后 對 空 間 位 置 i的 可 及 性 為 ：意 義 ：u可 及 性 是 流 場 自 身 的 特 性 ， 與 送 風 有 無 指 示 劑 無 關(guān) 。u可 及 性 反 映 了 在 經(jīng) 歷 了 一 定 時 間 后 ， 各 風 口 送 風 到 達 空 間各 點 的 相 對 程 度 。u單 一 風 口 經(jīng) 過

22、足 夠 長 時 間 后 ， 空 間 各 點 的 可 及 性 均 為 1。 u多 個 風 口 經(jīng) 過 足 夠 長 時 間 后 ， 在 空 間 各 點 的 可 及 性 和 為 1。TC dCTA isT iis , )()( 0 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)三、污染物排除有效性的描述參數(shù)1.污 染 物 含 量 和 排 空 時 間 ：2.排 污 效 率 與 余 熱 排 除 效 率 ：平 均 排 污 效 率 ：局 部 排 污 效 率 ：余 熱 排 除 效 率 ：3.污 染 物 年 齡 ：4.污 染 源 可 及 性 ： sse CC CC sp sep CC CC sa set

23、 tt tt 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)四、與熱舒適相關(guān)的部分參數(shù)1.不 均 勻 系 數(shù)算 術(shù) 平 均 值 為 ：均 方 根 偏 差 為 ：不 均 勻 系 數(shù) 為 ： ntit n i n ttt i 2 ni 2tt tk k 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)四、與熱舒適相關(guān)的部分參數(shù)2.空 氣 擴 散 性 能 指 標 ADPI定 義 ： 空 間 內(nèi) 滿 足 規(guī) 定 風 速 和 溫 度 要 求 的 測 點 數(shù) 與總 測 點 數(shù) 之 比 。有 效 溫 差 ET=( t - t n)-7.66(Vi-0.15)ADPI的 值 越 大 ， 說 明

24、感 到 舒 適 的 人 群 比 例 越 大 。 在一 般 情 況 下 ， 應(yīng) 使 ADPI 80 總測點數(shù)的測點數(shù)1001.17.1 ETADPI 第 三 節(jié) 氣 流 組 織 的 測 量 與 計 算 方 法B 1.示 蹤 氣 體 實 驗 法B 2.半 經(jīng) 驗 射 流 公 式 法B 3.數(shù) 值 求 解 法 (CFD方 法 ) 置 換 通 風 的 速 度 場第 四 節(jié) 典 型 氣 流 組 織 參 數(shù) 示 例 置 換 通 風 的 溫 度 場 置 換 通 風 的 污 染 物 濃 度 場置 換 通 風 送 風 形 式 ， 污 染 物 濃 度 高 的 部 位 在 上 方 。 討 論控 制 室 內(nèi) 空 氣 污 染 ， 應(yīng) 該 考 慮 應(yīng) 用空 氣 凈 化 ， 還 是 通 風 與 氣 流 組 織 ？室 內(nèi) 空 氣 品 質(zhì) 問 題 （ 嚴 重 程 度 ） 發(fā)展 趨 勢 將 會 如 何 ？