气流组织分布及计算教学教材

第10章 室内气流分布

10.1 对室内气流分布的要求与评价

10.1.1 概述

空气分布又称为气流组织。室内气流组织设计的任务就是合理的组织室内空气的流动与分布，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好的满足工艺要求及人们舒适感的要求。

空调房间内的气流分布与送风口的型式、数量和位置，回风口的位置，送风参数，风口尺寸，空间的几何尺寸及污染源的位置和性质有关。

下面介绍对气流分布的主要要求和常用评价指标。

10.1.2 对温度梯度的要求

在空调或通风房间内，送入与房间温度不同的空气，以及房间内有热源存在，在垂直方向通常有温度差异，即存在温度梯度。

在舒适的范围内，按照ISO7730标准，在工作区内的地面上方1.1m 和0.1m 之间的温差不应大于3℃(这实质上考虑了坐着工作情况)；

美国ASHRAE55-92标准建议1．8m 和0．1m 之间的温差不大于3℃(这是考虑人站立工作情况)。

10.1.3 工作区的风速

工作区的风速也是影响热舒适的一个重要因素。在温度较高的场所通常可以用提高风速来改善热舒适环境。但大风速通常令人厌烦。

试验表明，风速<0.5m/s 时，人没有太明显的感觉。我国规范规定：舒适性空调冬季室内风速≯0.2m/s ，夏季≯0.3m/s 。工艺性空调冬季室内风速≯0.3m/s ，夏季宜采用0.2-0.5m/s 。

10.1.4 吹风感和气流分布性能指标

吹风感是由于空气温度和风速(房间的湿度和辐射温度假定不变)引起人体的局部地方有冷感，从而导致不舒适的感觉。

1．有效吹风温度EDT

美国ASHRAE 用有效吹风温度EDT(Effective Draft Temperature)来判断是否有吹风感，定义为

)15.0(8.7)(EDT ---=x m x t t ν (10-1)

式中 t x ,t m --室内某地点的温度和室内平均温度，℃；

v x --室内某地点的风速，m/s 。

对于办公室，当EDT=-1.7~l ℃，v x ＜0.35m/s 时，大多数人感觉是舒适的，

小于下限值时有冷吹风感。

EDT 用于判断工作区任何一点是否有吹风感。

2．气流分布性能指标ADPI

气流分布性能指标ADPI （Air Diffusion Perfomance Index ），定义为工作区内各点满足EDT 和风速要求的点占总点数的百分比。

对整个工作区的气流分布的评价用ADPI 来判断。

对已有房间，ADPI 可以通过实测各点的空气温度和风速来确定。

在气流分布设计时，可以利用计算流体力学的办法进行预测；或参考有关文献、手册提供的数值。

10.1.5 通风效率E v

通风效率E v (Ventilation efficiency)又称混合效率，定义为实际参与工作

区内稀释污染物的风量与总送入风量之比，即

V

CV V V V V V E &&&-= Ev 也表示通风或空调系统排出污染物的能力，因此Ev 也称为排污效率。 ⑴当送入房间空气与污染物混合均匀，排风的污染物浓度等于工作区浓度时，E v ＝1。

⑵一般的混合通风的气流分布形式，E V ＜1。若清洁空气由下部直接送到工

作区时，工作区的污染物浓度可能小于排风的浓度，Ev>1。

E V 不仅与气流分布有着密切关系，而且还与污染物分布有关。污染源位于排

风口处，Ev 增大。

以转移热量为目的的通风和空调系统，通风效率中浓度可以用温度来取代，并称之为温度效率E T ，或称为能量利用系数，表达式为

s

s e T t t t t E --= (10-2) 式中 t e 、t 、t s --分别为排风、工作区和送风的温度，℃。

10.1.6 空气龄

⑴空气质点的空气龄：简称空气龄(Age of air)，是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间。

⑵局部平均空气龄：某一微小区域中各空气质点的空气龄的平均值。

空气龄的概念比较抽象，实际测量很困难，目前都是用测量示踪气体的浓度变化来确定局部平均空气龄。

由于测量方法不同，空气龄用示踪气体的浓度表达式也不同。

如用下降法(衰减法)测量，在房间内充以示踪气体，在A 点起始时的浓度为c(0)，然后对房间进行送风(示踪气体的浓度为零)，每隔一段时间，测量A 点的示踪气体浓度，由此获得A 点的示踪气体浓度的变化规律c(r)，于是A 点的平均空气龄(单位为s)为

)

0()(0c dr

c A ⎰∞=ττ (10-3) ⑶全室平均空气龄：全室各点的局部平均空气龄的平均值

⎰=V

dV V ττ1 （10-4） 式中V 为房间的容积。

如用示踪气体衰减法测量，根据排风口示踪气体浓度的变化规律确定全室平均空气龄，即 ⎰⎰∞

∞

=00)()(dr c dr c e e A ττττ (10-5)

式中c e (τ)即为排风的示踪气体浓度随时间的变化规律。

⑷局部平均滞留时间(Residence time)：房间内某微小区域内气体离开房间前在室内的滞留时间，用τr 表示，单位为s 。

⑸空气流出室外的时间

微小区域的空气流出室外的时间：某一微小区域平均滞留时间减去空气龄。 全室平均滞留时间：全室各点的局部平均滞留时间的平均值，用于r τ表示。 全室平均滞留时间等于全室平均空气龄的2倍，即

ττ2=r （10-6）

理论上空气在室内的最短的滞留时间为

N V

V n 1==&τ （10-7）

式中 V 为房间体积，m 3；V &为送入房间的空气量，m 3/s ；N 为以秒计的换气次数，

1/s ；τn 又称为名义时间常数(Nominal time constant)。

空气从送风口进入室内后的流动过程中，不断掺混污染物，空气的清洁程度和新鲜程度将不断下降。

空气龄短，预示着到达该处的空气可能掺混的污染物少，排除污染物的能力愈强。显然，空气龄可用来评价空气流动状态的合理性。

10.1.7 换气效率

换气效率（Air exchange e ffciency)ηa 是评价换气效果优劣的一个指标，

它是气流分布的特性参数，与污染物无关。

其定义为：空气最短的滞留时间ηn 与实际全室平均滞留时间于r τ之，即

τ

τττη2n r n a == （10-8） 式中 τ--实际全室平均空气龄，s 。τn /2--最理想的平均空气龄。

从式(10-8)可以看到：换气效率也可定义为最理想的平均空气龄τn /2与全室平均空气龄τ之比。

τa 是基于空气龄的指标，它反映了空气流动状态合理性。最理想的气流分

布τa ＝1，一般的气流分布τa ＜l 。