1第六章

通風與氣流組織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(AirDistribution)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

通風（空調）的目的與方法室內氣流分布的描述參數氣流組織的測量與計算方法4通風（空調）的目的與方法5通風換氣或空氣調節

采用稀釋方法控制室內環境

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6通風的方式

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特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受建筑設計和氣候條件限制，難以控制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特點可控制性強。可通過調整風口、風量等控制室內氣流分布需要消耗能源初投資和運行費都比較高7

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（一）自然通風

P流量系數81.1熱壓通風h

w

nbaΔPbΔPa9熱壓通風的基本概念ΔPxbΔPx余壓

-室內某一點和室外同標高(未受擾動)壓力差ΔPxa10多層建筑的熱壓引起的自然通風余壓111.2風壓通風12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。空氣動力系數vw13風洞模型實驗14151.3風壓和熱壓的聯合作用下的自然通風16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Crossventilation1718（二）機械通風

混合通風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滿足不同個體的特殊性要求工位送風，獨立可調192.1混合通風又稱稀釋通風、全面通風原理：向室內提供清潔空氣，并從室內排走污染空氣，通過稀釋使室內空氣達到衛生標準。通風效果既與通風量有關，又與通風氣流的組織有關20送風形式上側送吊頂送風側噴口（1）上送風21（1）上側送風2m22（1）上側送風23（1）上側送風：特點工作區為回流區射流可貼附吊頂以便延長射流距離風口與吊頂距離風口射流速度風口射流出口角度噪聲限制了射流速度適用跨度有限，高度不太低的空間，如客房、辦公室、小跨度中庭，以及工業建筑常用百頁風口24(2)散流器吊頂送風25(2)散流器吊頂送風26(2)條縫散流器吊頂送風27(2)散流器吊頂送風：特點工作區為回流區，回風可下可上適用于大跨度、低層高空間，如購物中心，大型辦公室，展館等常用風口：方/圓形散流器(貼附型、非貼附形)、條縫散流器要求吊頂空間28(3)噴口送風29(3)噴口送風：特點通常同側回風，工作區在回流區噴口出流速度高噪聲大適用于高大空間，如影劇院、體育場館30（2）中送

可采用上下回風或下回（不管上部空間）。適用于高大空間，如高大中庭、高大廠房中庭東京鹿島大廈中庭31地板送風（3）下送風東京大林組本部的地板送風32東京大林組本部的地板送風口33（4）回風形式搭配下回：工作區在回流區，衰減好。可利用走廊回風：用于辦公室、居住建筑。上回：適于主要熱源在上部，如照明；或回風道不好布置的場合，可利用吊頂。單側：百葉風口上下迭，風機盤管，條縫風口異側：條縫風口，條縫散流器，風機盤管送吸散流器342.2置換通風35（1）熱羽流置換通風由于以低速進入室內的冷氣流其密度大于室內空氣的密度，而在地板附近積聚、蔓延、擴散，形成一個溫度較低、密度較大的“空氣湖”(airlake)。在后繼送風的推動和室內熱源產生的熱對流氣流的卷吸提升作用下，由下至上流動，形成室內空氣運動的主導氣流，最后在房間頂部排出室外整個室內氣流分層流動，在垂直方向上形成室內溫度梯度和濃度梯度。36置換通風與混合通風的比較混合通風置換通風37置換通風（displacement）方式原理：下送風熱源38置換通風的布置39置換通風的實際案例40（2）孔板送風41孔板送風42孔板送風：特點通常采用下回風溫度場和速度場均勻送風量大(20～150次/小時)，運行費高要求吊頂空間作送風靜壓箱適用于高精度空調或凈化空調43工位送風＋背景送風工位送風僅負責工位空間，保證熱舒適和空氣質量背景送風負責大環境，環境溫度可以偏高，可以全回風負荷特點室內平均溫度高，與下送上排有相似之處有可能減少新風負荷2.3局部送風44Fanger

教授的比方：混合通風置換通風或個體送風45室內氣流分布的描述參數通風量氣流分布與室內環境空氣齡及其他46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？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）室內氣流分布的描述參數－－氣流分布與室內環境47氣流分布(氣流組織)評價的方法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)

如果室內空氣充分混合，那么就可以用一個集總的參數對房間的通風效果進行總體評價室內氣流分布的描述參數－－氣流分布與室內環境48兩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室內氣流分布的描述參數－－氣流分布與室內環境49全面通風的基本微分方程式（均勻混合時的稀釋方程）

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室內氣流分布的描述參數－－氣流分布與室內環境或50房間名義時間常數大小等于換氣次數的倒數理想活塞流名義時間常數理想活塞流時污染物分布規律房間的溫度、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

參數室內氣流分布的描述參數－－氣流分布與室內環境QV51室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他空氣齡Airage

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P

P52與空氣齡相關的兩個參數殘余時間(Residuallifetime)空氣從當前位置到離開房間的時間

rl駐留時間(Residencetime)空氣離開房間時空氣齡

r室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他也稱作“換氣時間”置換室內全部現存空氣的時間

53幾處典型的空氣齡

房間平均空氣齡等于房間各點空氣齡的體平均，反映整體新鮮程度典型流型的空氣齡活塞流：

p

＝e/2

e=n

均勻混合流：

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P

PCe室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他

eτe-出口處空氣齡τn-名義時間常數54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實際通風條件下“活塞流的平均空氣齡”與“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較室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他55

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換氣效率不涉及污染源的位置室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他i點的空氣齡名義時間常數56常見送回風形式的換氣效率室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他57送風可及性

AccessibilityofSupplyAir: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，假設某一送風口的空氣含有濃度為Cs,i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的可及性為室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他送風到達i點的百分比58不同時刻的送風可及性發展情況（深色區域內ASA大于0.5）室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他59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室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他60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室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他61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室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他速度不均勻系數62空氣擴散性能指標ADPI

(AirDiffusionPerformanceIndex)

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有效溫差

ET=(t-tn)-7.66(Vi-0.15)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ADPI≥80％

室內氣流分布的描述參數－－空氣齡與其他63氣流組織的測量與計算方法示蹤氣體實驗法半經驗射流公式法數值求解法(CFD方法)641.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。65示蹤氣體的常見釋放方法脈沖法（pulsemethod）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-upmethod）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-downordecaymethod)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。66示蹤氣體測換氣次數上升法下降法67-房間的名義時間常數適用于室內混合均勻情況稀釋通風穩定后空間濃度68脈沖法測空氣齡

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69上升法測空氣齡

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70下降法（衰減法）測空氣齡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)71房間平均空氣齡的測量方法脈沖法上升法下降法72平均空氣齡公式怎么來的？

以下降法為例證明

基本公式邊界條件則有73平均空氣齡公式怎么來的？

以下降法為例證明(2)742.半經驗射流公式法

內容和來源采用射流公式對空調送風口射流的軸心速度和溫度、射流軌跡等進行預測基于某些標準或理想條件理論分析或試驗缺陷不能用于分析復雜空間，應用受制約只能給出室內的一些集總參數性的信息折衷的方法：區域模型區域內集總參數區域間考慮存在熱質交換 753.數值求解法

計算流體力學方法的引入

CFD方法特點：依據室內空氣流動的數學物理模型，在計算機上做虛擬實驗原理：對連續方程、動量方程、能量方程和組分方程進行離散數值求解優點成本低、速度快應用范圍廣，提供信息全面缺點：可靠性問題人們對湍流的機理尚無清楚認識，缺乏完整的湍流理論，需要依賴半經驗的方法邊界條件需要簡化：送風口入流、壁面邊界條