通风与气流组织

第六章 通风与气流组织 第一节 自然通风
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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。
• 换气效率定义：
n n r 2 p
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r n e 2 p
换气效率
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（三）通风效率 （涉及污染源的位置）
• 充分混合流 η＝1 • 活塞流η ＝？
– 均匀污染源 η ＝2 – 如果污染源在出口呢？ – 污染源在入口呢？ (主要考虑工作区)

C p C0 C C0
b
o
h2
中和面
o
h1
a
Px Pxa gh( w n )
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（二）余压的概念（p185）
讨论余压的分布和中和面位置：
1）地面有大开口；
2）顶棚有大开口；
3）地板送风； 4）顶棚排风。
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热压作用模拟的建筑模型
• 每层有上下两个 开口
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室 内 空 气 速 度 分 布
11
室 内 空 气 温 度 分 布
较详细
最好
机械和自然通 风 61
计算流体动力学CFD的发展背景
计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）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学科。 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 代方法等计算数学领域的研究活动，使流体力学 有了与计算机结合的可能，为CFD的飞速发展奠 定了基础。 k-ε二方程模型的提出，为在工程领域中普 及应用CFD起到了决定性的作用。
置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上 方。年龄单位：秒
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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） 负荷的获得（热、空气品质） 室内对新风量与总风量的需求 气流组织形式 气流分布的评价 暖通空调系统 冷热源
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（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 度要求的测点数与总测点数之比。
ADPI=100%（-1.7<∆ET <1.1的测点数） /总测点数
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（二）空气年龄与换气效率
1.空气龄 空气进入房间的时间 The age of air，Air age

f ( )d 1
混合通风与置换通风方式的比较
通风方式 比较项目 混合通风 设计目标 通风动力 通风机理 全室环境均一 机械通风为主 气流强烈掺混 置换通风 工作区环境满足要求 羽流浮力为主 气流扩散、浮力提升
大温差较高风速
上送下回或上送上回 送风特性 风口紊流系数大 风口掺混性好 温度/浓度分布 通风负荷 空气品质 宏观上全室均匀 消除全室负荷 空气品质接近于回风
G，C0
C M
C
M G＝ C N CO ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V
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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）
• G C0 d + M d - G C d =VdC
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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）
d dC V GC0 M GC
dC GC0 M GC d V
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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）
• 稳定状态的关系式：
M G C2 C0
• 当G /V远小于1时：
M V C 2 C1 G C2 C0 C2 C0
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二、置换通风
排风口 上部区域 界面
送风口
工作区域 热 源
• 置换通风的原理就是空气由下向上进行置换
0 0
p f ( ) d
污染物的浓度衰减曲线
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某点空气龄
V
• 体平均空气龄：
p＝ 0

P
dv
V
• 名义时间常数：
n V /Q
• 空气龄、残留时间、驻留时间关系 • 活塞流驻留时间：
r n
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2.换气效率 （不涉及污染源的位置）
• 理论上最短的换气 时间是多少？ r n e 2 p • 活塞流
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常用的计算软件 • PHOENICS • FLUENT • Airpak
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数值求解的研究方法
1-壁橱，2-桌子 ，3-计算机，4人，5-灯，6-送 风口，7-回风口
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置换通风的速度场
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置换通风的温度场
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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 。
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置换通风的空气年龄场
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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）
• 在通风量一定、室内初始浓度为C1的时候
，求C2与通风时间的关系：
G M G C 2 C1 exp C 0 1 exp V G V
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CFD的特点
CFD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； • 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。 • 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、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，从而可以捕捉到复杂的流动现 象。因此，CFD克服了上述两者的困难。
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（三）风压作用下的自然通风
风洞模型实验
14
风洞模型实验
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高层建筑风压分布测定例
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（四）风压和热压的联合作用
Pb Pxb K b
2 w
2
w Pxa hg ( w n ) K b
w
2 w
2
w
Pa Pxa K a
2 w
2
w
Kb Pxb b
＝
＝

• 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开 口内外的压差。 • 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。
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（一）热压作用下的自然通风（p185）
Pb Pb Pb Pa n gh Pa w gh Pa Pa gh w n Pa gh w n
质量守衡——连续性方程
能量守衡——能量方程 动量守衡—— 动量方程
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简化与假设：
（1）室内污染物均匀分布； （2）通风量是稳定的； （3）污染物发生量是常数； （4）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 可能性； （6）忽略污染物在管道内和室内的沉降。
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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）
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室内通风的气流组织基本形式
置式通风风 换式通 全面通风 混合式通风 均匀式通风
机械通风
个性化送风 局部通风 局部排风 (工 业 通 风 ）
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（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 不均匀程度。
t
均方根偏差
ti t
t
kt (t i t )2 n t
夏季打开 夏季工况 夏季关闭
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效果图
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45
重力循环空调在剧院舞台中的应用
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第六章 通风与气流组织
第三节 气流分布性能的评价
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气流分布与IAQ
• 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 转移出去的迅速程度又如何？
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气流分布的研究方法
• 半经验公式法 • 示踪气体实验法 • 数值求解法
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通风的分类
• 根据驱动力划分（自然通风 、机械式通风） • 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 进行的通风换气方式。 • 分类：1）渗风；2）通过门窗的通风；3）通过特定通风口的 通风；4) 被动式通风系统；
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站姿人员产生的上升气流
上部区 界面
下部区
分层高度
空气湖
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置换通风系统的设置条件
• 污染源与热源应共存 • 室内冷负荷不应过大（如以120W/m2为界 ） • 房间高度不能过低（如以2.4m为界）
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置换通风的温度梯度
°C
⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿
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置换通风与冷却顶板系统
冷水管道 传热肋片
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室内通风的气流组织基本形式
置式通风风 换式通 全面通风 混合式通风 均匀式通风
机械通风
个性化送风 局部通风 局部排风 (工 业 通 风 ）
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混合式通风
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。
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置换式通风
对流气流 热源
空气湖
• 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 23 空气运动的主导气流。