气流组织设计

四、气流组织的设计计算

气流组织设计的任务就是合理地组织室内空气的流动与分布、确定送风口的型式、数量与尺寸,使工作区的风速与温差满足工艺要求及人体舒适感的要求。气流组织的效果可以用空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)来评价,它定义为工作区内各点满足温度、湿度与风速要求的点占总点数的百分比。可以通过实测来确定。

以下介绍几种气流组织的设计方法。

气流组织设计一般需要的已知条件如下:房间总送风量0L (m 3／S );房间长度L (m );房间宽度W (m );房间净高H (m);送风温度0t (℃);房间工作区温度n t (℃);送风温差0t ∆(℃)。

气流组织设计计算中常用的符号说明如下:

ρ——空气密度,取1、2 (kg/m 3);

p C ——空气定压比热容,取1、01 kJ ／(kg ·℃);

0L ——房间总送风量(m 3／S);

L ——房间长度(m);

W ——房间宽度(m);

H ——房间净高(m);

x ——要求的气流贴附长度(m),x 等于沿送风方向的房间长度减去1 m;

0t ——送风温度(℃);

n t ——房间工作区温度(℃);

0/d F n ——射流自由度,其中n F 为每个风口所管辖的房间的横截面面积(m 2);

0d ——风口直径,当为矩形风口时,按面积折算成圆的直径(m)。

(一)侧送风的计算

除了高大空间中的侧送风气流可以瞧做自由射流外,大部分房间的侧送风气流都就是受限射流。 侧送方式的气流流型宜设计为贴附射流,在整个房间截面内形成一个大的回旋气流,也就就是使射流有足够的射程能够送到对面墙(对双侧送风方式,要求能送到房间的一半),整个工作区为回流区,避免射流中途进人的工作区。侧送贴附射流流型如图6-10所示 (图中断面I-I 处,射流断面与流量都达到了最大,回流断面最小,此处的回流平均速度最大即工作区的最大平均速h υ)。这样设计流型可

使射流有足够的射程,在进人工作前其风速与温差可以充分衰减,工作区达到较均匀的温度与速度;使整个工作区为回流区,可以减小区域温差。因此,在空调房间中,通常设计这种贴附射流流型。

在布置送风口时,风口应尽量靠进顶棚,使射流贴附顶棚。另外,为了不使射流直接进入工作区,需要一定的射流混合高度,因此侧送风的房间不得低于如下高度:

3.007.0+++='s x h H m (6-8)

式中 h ——工作区高度,1、8～2、0m;

s ——送风口下缘到顶棚的距离(m ),见图6-10;

0、3m —安全系数。

侧送风气流组织的设计步骤:

(1)根据允许的射流温度衰减值,求出最小相对射程 在空调房间内,送风温度与室内温度有一定温差,射流在流动过程中,不断掺混室内空气,其温度逐渐接近室内温度。因此,要求射流的末端温度与室内温度之差x t ∆小于要求的室温允许波动范围。射流温度衰减与射流自由度、紊流系数、射程有关,对于室内温度波动允许大于1℃的空调房间,射流末端的x t ∆可为1℃左右,此时可认为射流温度衰减只与射程有关。中国建筑科学研究院通过对受限空间非等温射流的实验研究,提出温度衰减的变化规律,见表6-4。

表6-4 受限射流温度衰减规律

注:①x t ∆为射流处的温度x t 与工作区温度n t 之差; 0t ∆为送风温差。

②试验条件:0/d F n =21、2～27、8。

2.计算风口的最大允许直径m ax ,0d 根据射流的实际所需贴附长度与最小相对射程,计算风口允许的最大直径m ax ,0d ,从风口样本中预选风口的规格尺寸。对于非圆形的风口,按面积折算为风口直径,即

00128.1F d = (6-9) 式中 0F ——风口的面积(m 2)。

从风口样本中预选风口的规格尺寸,0d ≤m ax ,0d 。

3.选取送风速度口0υ,计算各风口送风量 送风速度0υ如果取较大值,对射流温差衰减有利,但会造成回流平均风速即要求的工作区风速h υ太大。h υ与0υ及0/d F n 有关,见式(6-7),而h υ可根据要求的工作区风速或按工作区要求的温湿度来确定。

为了防止送风口产生噪声,建议送风速度采用0υ=2～5 m/s;当h υ=0、25 m/s 时,其最大允许送风速度列于表6-5。

表6-5 最大允许送风速度

确定送风速度后,即可得送风口的送风量为

20004C d L πυ= (6-10) 式中 C ——为风口有效断面的系数,可根据实际情况计算确定;或从风口样本上查找,一般送风口C 为0、95,对于双层百叶风口C 约为0、70～0、82。

4.计算送风口数量n 与实际送风速度

0l L n = (6-11) 实际送风速度 20

004/d n

L ⨯=π

υ (6-12) 5.校核送风速度 根据房间的宽度W 与风口数量,计算出射流服务区断面为

n WH F n /= (6-13) 由此可计算出射流自由度0/d F n ,由式(6-7)可知,当工作区允许风速为0、2～O 、3m/s 时,允许的风口最大出风风速为

0max ,0)43.029.0(d F ～n =υ (6-14)

如果实际出口风速0υ≤m ax ,0υ,则认为合适;如果0υ＞m ax ,0υ,则表明回流区平均风速超过规定

值,超过太多时,应重新设置风口数量与尺寸,重新计算。

6.校核射流贴附长度

贴附射流的贴附长度主要取决于阿基米德数Ar ,Ar 数愈小,射流贴附的长度愈长;Ar 数愈大,贴附射程愈短。中国建筑科学研究院空气调节研究所通过实验,给出阿基米德数与相对射程之间的关系,见表6-6。

表6-6 射流贴附长度

从表6-6中查出与阿基米德数对应的相对射程,便可求出实际的贴附长度。若实际贴附长度大于或等于要求的贴附长度,则设计满足要求;若实际的贴附长度小于要求的贴附长度,则需重新设置风口数量与尺寸,重新计算。

【例6-1】 已知房间的尺寸为L =6m ,W =21m ,净高H =3、5m ,房间的高符合侧送风条件,总送风量0L =3000m 3/h ,送风温度0t =20℃,工作区温度n t =26℃。试进行气流组织设计。

【解】 0L =3000m 3/h =0、83 m 3/s 。

(1)取x t ∆=1℃,因此167.06/1/0==∆∆t t x ;由表6-5查得射流最小相对射程6.16/0=d x 。

(2)设在墙一侧靠顶棚安装风管,风口离墙为0、5m ,则射流的实际射程为m 5m )16(=-=x m ;由最小相对射程求得送风口最大直径3.0m )6.16/5(max ,0==d m 。选用双层百叶风口,规格为300mm ×200mm 。根据式(6-9)计算风口面积当量直径

(3)取30=υm/s ,8.0C =,计算每个送风口的送风量0l 。

(4)计算送风口数量n

从而实际的风口送风速度为