1、1第六章 通風與氣流組織清華大學 建筑學院建筑技術科學系2氣流組織對室內環境質量的意義 氣流組織的定義 狹義：機械通風的送回風的搭配形式 廣義：一定的送風口形式和送風參數所帶來的室內氣流分布(Air Distribution) 送風參數：風量、風速的大小和方向以及風溫、濕度、污染物濃度等 氣流組織的重要性： 保證室內熱濕環境和保證空氣品質 3本章內容 室內空氣環境營造方法 室內空氣環境的評價指標 主要評價指標的測量方法 4室內空氣環境營造方法室內空氣環境的基本要求 滿足室內人員對新鮮空氣的需求 保證主觀感受的滿意度 保證室內人員的熱舒適 保證溫濕度、風速要求 保證室內污染物不超標 各種污染物需

2、要被稀釋和移除56室內空氣環境營造的方法 通風 基本考慮單一參數控制，如溫度，污染物濃度等 空氣調節 多參數控制：調節溫度、濕度、流速、潔凈度、空氣成分、氣味等 污染嚴重：直流式系統（即機械通風系統） 污染不很嚴重：部分回風系統通風是最基本的方法 功能 對污染物與熱污染進行移除 通風的方式 自然通風 機械通風 稀釋法（均勻混合）置換法（活塞置換）局部保障法（個性化送風）78自然通風 利用自然的手段（熱壓、風壓等）來促使空氣流動而進行的通風換氣方式 優點不消耗動力或消耗很少的動力，節能可以用充足的新鮮空氣保證室內的空氣品質不需要專用機房，不需要專門維護可以帶來較寬的舒適范圍 局限性 受建筑設計限

3、制，難以控制總通風量 難以保證新風在室內得到合理的分布 室外污染嚴重（包括噪聲）時不適用氣候條件不適合時不適用 往往需要居住者進行通風口的調節9 基本原理：只要建筑開口兩側存在壓力差P，就會有空氣流過開口。流過的風速為：驅動力壓差熱壓：溫差引起的空氣密度差導致建筑開口內外的壓差風壓：室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開口處的壓差自然通風的分類 熱壓通風 風壓通風 風壓和熱壓的聯合作用下的自然通風自然通風P10熱壓通風hwnba11熱壓通風的基本概念余壓12多層建筑的熱壓引起的自然通風余壓13風壓作用下的自然通風14風壓作用下的自然通風Pf 往往采用CFD或風洞模型實驗的方法求取K值。風壓系

4、數15風洞模型實驗16風壓和熱壓的聯合作用下的自然通風17常見的自然通風的形式中庭通風風井通風單面通風穿堂風Cross ventilation18機械通風利用機械手段（風機、風扇等）產生壓力差來實現空氣流動的方式 優點：可控制性強可通過調整通風設備控制風量可通過調整風口、風量等控制室內氣流分布 局限性：成本高需要消耗能源 初投資和運行費都比較高 需要維護管理 設備需要占據空間，并可能帶來噪聲19機械通風氣流組織形式 混合通風：稀釋法追求均勻的室內環境 混合后的空氣可能已被污染 置換通風：置換法 保證人員呼吸區的環境要求 下送風，新鮮氣流先送入工作區 個性化送風：局部保障法 滿足不同個體的特殊性

5、要求 工位送風，獨立可調20機械通風的氣流組織形式三種典型的送風形式混合通風置換通風個性化送風21Fanger 教授的比方：混合通風置換通風或個體送風22混合通風的氣流形式上送上回上送下回下送下回側送上下回23兩種典型的理想氣流分布 均勻混合：氣流充分混合，各處參數完全一樣 活塞流動 實際情況都不是均勻混合和活塞流動，而要復雜得多理想的氣流分布形式24室內空氣環境的評價指標通風量、氣流分布與室內環境理想稀釋與置換時的描述參數送風有效性的描述參數污染物排除有效性的描述參數空氣擴散性能與均勻指標25通風量與 IAQ的關系一. 通風量、氣流分布與室內環境26通風量與 IAQ的關系 美國(歐洲)對學校

6、，辦公室的最新研究表明新風量與SBS之間有著一定的關系，當新風量小于36 m3/h人時，SBS 問題變得顯著。 關于人體代謝污染的問題，第一印象 (First Impres sion) 使 80%的人能夠滿意的最小新風量是 27 m3/h人，對于已適應了室內環境的 90%的人能夠滿足的最小新風量只需 9 m3/h人。 一. 通風量、氣流分布與室內環境27新風通風換氣量常用民用建筑新風量范圍以坐為主、少吸煙、久逗留場所 實際上，人體在靜坐至重勞動狀態，肺通氣量為：11.680.4 L/min人，即0.7 4.8 m3/h人 (實際為一半)一. 通風量、氣流分布與室內環境28新風通風換氣量 決定因

7、素 室內污染物允許濃度 室外污染物濃度 室內污染物發生量：發生量已知否？ 室內污染物產生對換氣量的要求 人體代謝生物污染：以CO2濃度或臭氣強度指數為指標確定換氣量 消除煙臭的要求根據吸煙量確定 污染物發生量：VOC等微量產生的污染難以監測，通風量的確定仍然是需要研究的問題。一. 通風量、氣流分布與室內環境通風換氣量的評價指標 換氣次數 ACH (次/h) 反映了房間通風量的大小 空間的名義時間常數(s) 換氣次數的倒數，用于評價空間稀釋情況的好壞29一. 通風量、氣流分布與室內環境通風量(m3/h)房間的容積(m3)30氣流分布與室內環境的關系總新風量滿足要求 ，是否意味著IAQ一定滿足要求

8、？向室內引入的新風是否都進入了呼吸區？室內空氣更新的快慢如何？室內污染物被轉移出去的速度如何？室內空氣參數分布是否滿足要求？氣流組織包含的內容風速分布（風速場或流場）溫度分布（溫度場）濕度分布（濕度場）污染物濃度分布（污染物濃度場，IAQ）一. 通風量、氣流分布與室內環境31室內空氣環境的描述參數如果室內空氣均勻混合或者是理想活塞流，就可以用集總的參數對房間的通風效果進行總體評價實際環境通風氣流組織評價的三類參數描述送風有效性的參數，主要反映送風能否有效到達考察區域以及到達該區域的空氣新鮮程度，如：空氣齡、換氣效率、送風可及性描述污染物排除有效性的參數，主要反映污染物到達考察區域的程度以及到達

9、該區域所需要的時間，如：污染物含量和排空時間 、排污效率與余熱排除效率 、污染物年齡 、污染源可及性 與熱舒適關系密切的有關參數，如：不均勻系數 、空氣擴散性能指標(ADPI) 一. 通風量、氣流分布與室內環境32全面通風的基本微分方程式（均勻混合時的稀釋方程）質平衡式： QCS d + Md - QC d =VdC 在通風量Q一定、室內初始濃度為C1的時候，求C2與通風時間的關系： 穩定狀態的關系式：MQ, CsCVC二. 理想稀釋與置換時的描述參數或33活塞流動時的室內參數 特征 房間的溫度、濕度和污染物濃度在經過源之前等于送風參數 經過源之后等于均勻混合后的參數，污染源僅影響下游濃度 描

10、述參數 換氣次數名義時間常數二. 理想稀釋與置換時的描述參數斷面流速流道總長度341. 空氣齡 Air age 最早于20世紀80年代由Sandberg提出。空氣齡是指送風到達房間某點的時間。 某點的空氣齡越小，說明該點的空氣越新鮮，空氣品質就越好。 如果某點的空氣年齡為 的空氣微團在某點空氣中所占的比例分布即概率分布f( )，有累計分布函數 則某點的平均空氣齡為PP三. 送風有效性的描述參數35與空氣齡相關的兩個參數殘余時間(Residual lifetime)空氣從當前位置到離開房間的時間 rl駐留時間(Residence time )空氣離開房間時空氣齡 r也稱作“換氣時間”置換室內全部

11、現存空氣的時間 三. 送風有效性的描述參數 房間平均空氣齡 等于房間各點空氣齡的體平均 典型流型的空氣齡 活塞流： r= e= n p e /2 = n /2 均勻混合流：到處空氣齡都一樣 p e非完全混合流： 入口空氣年齡最年輕，出口年齡最老如果沒有滯留區的話幾處典型的空氣齡36PPCee三. 送風有效性的描述參數372. 換氣效率不涉及污染源的位置 理論上最短的換氣時間是多少？ “理想活塞流” 的換氣效率最高，房間的平均空氣齡最小 換氣效率的定義活塞流的平均空氣齡與實際通風條件下房間平均空氣齡的比值為換氣效率（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值三. 送風有效性

12、的描述參數38 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2. 換氣效率不涉及污染源的位置三. 送風有效性的描述參數39常見送回風形式的換氣效率三. 送風有效性的描述參數403. 送風可及性Accessibility of Supply Air: ASA 傳統的氣流組織評價指標，如空氣齡和換氣效率，均反映的是穩態情況 需要反映送風在任意時刻到達室內各點的能力，考慮有限時間內送風的有效性 定義在流場不變的條件下，假設送風口的空氣含有濃度為Cs的指示劑氣體，房間內部無源，則該送風口在歷時T后對空間位置i的可及性為送風到達 i點的百分比三. 送風有效

13、性的描述參數41不同時刻的送風可及性發展情況（深色區域內ASA大于0.5）三. 送風有效性的描述參數42可及性的物理意義 可及性是流場自身的特性，與送風有無指示劑無關 可及性反映了在經歷了一定時間后，各風口送風到達空間各點的相對程度 單一風口經過足夠長時間后，空間各點的可及性均為1 多個風口經過足夠長時間后，在空間各點的可及性和為1三. 送風有效性的描述參數431. 排污效率：涉及污染源的位置排污效率充分混合流 1 活塞流 均勻污染源 2 如果污染源在出口呢？ 污染源在入口呢？余熱排除效率用得熱代替污染物，溫度代替污染物濃度平均排污效率局部排污效率PCe, teCs, ts四. 污染物排除有效

14、性的描述參數2. 污染物含量與排空時間 室內污染物總 M() 在時間內產生的污染物與排風口排出的污染物總量之差，取決于通風形式 （例如：新風存在短路則室內污染物總量變大） 穩定條件下 排空時間： 反映一定的氣流組織排除污染物的能力44四. 污染物排除有效性的描述參數污染源散發速率3. 污染物年齡與污染源可及性 污染物年齡年齡越短，污染得越快 污染物微團的污染物年齡的概率分布函數A()與累計分布函數B() 室內某一點的污染物年齡cont是指該點所有污染物微團的污染物年齡的平均值 污染源可及性 評價污染源在優先時段內對室內環境的影響 假定送風不含有污染物45四. 污染物排除有效性的描述參數穩態排風

15、污染物平均濃度46不均勻系數 反映氣流溫度場和速度場的不均勻程度。t均方根偏差溫度不均勻系數五. 空氣擴散性能與均勻性指標速度不均勻系數47空氣擴散性能指標ADPI (Air Diffusion Performance Index) 定義 空間內滿足規定風速和溫度要求的測點數與總測點數之比 ADPI的值越大，說明感到舒適的人群比例越大。在一般情況下，應使ADPI80 有效溫差五. 空氣擴散性能與均勻性指標48氣流組織的測量與計算方法蹤氣體實驗法測換氣次數測空氣齡測換氣效率491.示蹤氣體試驗法 是研究建筑物空氣分布與滲透特性的重要手段 示蹤氣體的目的是準確標識室內空氣流動特性，必須具有如下特點

16、能夠完全跟隨空氣流動具有可測性具有穩定性，一般情況下不發生物理或化學反應 無毒性 常見的示蹤氣體包括甲烷、SF6、二氧化碳等。 50示蹤氣體的常見釋放方法脈沖法（pulse method）在釋放點釋放少量的示蹤氣體，記錄測量點處示蹤氣體濃度隨時間的變化過程。上升法（step-up method）在釋放點連續釋放固定強度源的示蹤氣體，記錄測量點處示蹤氣體濃度隨時間的變化過程。下降法（或衰減法）(step-down or decay method)房間中示蹤氣體的濃度達到平衡狀態后，停止釋放示蹤氣體，記錄測量點處示蹤氣體濃度隨時間的變化過程。 2. 測換氣次數51523. 測空氣齡脈沖法 在通風房間的送風口釋放少量示蹤氣體，記錄被測點的濃度變化過程 概率分布函數空氣齡公式釋放的示蹤氣體的質量 送風量533. 測空氣齡上升法 在房間送風口處恒定釋放示蹤氣體，記錄被測點的濃度隨時間變化情況累計分布函數與概率分布函數之間的關系為累積分布函數 空氣齡公式示蹤氣體的釋放速率 送風量543. 測空氣齡下降法(衰減法)待房間內各點濃度穩定后，停止示蹤氣體加入，測量被測點的濃度變化過程空氣齡的累積分布函數F ()空氣齡公式Cp(0) Cp()F() Cp(0)4. 測換氣效率5