建筑环境学第6章通风与气流组织23119.docx

第六章通风与气流组织清华大学 建筑学院建筑技术科科学系1气流组织对对室内环环境质量量的意义义气流组织的的定义狭义：机械械通风的的送回风风的搭配配形式广义：一定定的送风风口形式式和送风风参数所所带来的室内气气流分布布(Aiir DDisttribbutiion)送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、湿度、污污染物浓浓度等气流组织的的重要性性：保证室内热热湿环境境和保证证空气品品质2本章内容通风（空调调）的目目的与方方法室内气流分分布的描描述参数数气流组织的的测量与与计算方方法3通风（空调调）的目的与方法法4通风换气或或空气调调节通风采用稀稀释方法控制室内环境基本考虑单单一参数数控制，如如温度，污污染物浓浓度等空气调节多参数控制制：调节节温度、湿湿度、流流速、洁洁净度、空气成分、气气味等污染严重：直流式式系统（即即机械通通风系统统）污染不很严严重：部部分回风风系统5通风的方式式自然通风利用自然的的手段（热热压、风风压等）来来促使空空气流动动而进行行的通风换气方式式特点不消耗动力力或消耗很少的动力，节能 可以用用充足的的新鲜空空气保证证室内的的空气品品质 受建筑筑设计和和气候条条件限制制，难以以控制机械通风利用机械手手段（风风机、风风扇等）产产生压力力差来实实现空气气流动的的 方式特点可控制性强强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 需要消消耗 能能源初投资和运运行费都都比较高高6自然通风基本原理：只要建建筑开口口两侧存存在压力力差PP，就会会有空气流过过开口。流流过的风风速为：PP2P2 P驱动力压差热压：温差差引起的的空气密密度差导导致建筑筑开口内内外的压压差风压：室外外绕流引引起建筑筑周围压压力分布布的不同同形成开开口处的的 压差自然通风的的分类热压通风风压通风风压和热压压的联合合作用下下的自然然通风7热压通风Pb+(Pa)=Pb+Pa=gh(w n)bwnha8热压通风的的基本概概念b余压oh2中和面oh1a9余压Lia(tootall)=Fdi (iout l )H g 11/1.55 1(1+1.55)mii的自然通风的热压引起筑建层多 hii iiiLia=Fdi i(ouut in )hi g 1/1.5Z10通风自然的下压作用风11风压作用下下的自然然通风往往采用CCFD或或风洞模型实实验的方方法求取K值。风压系数PfPf=K2w2w12风洞模型实实验13风压和热压压的联合合作用下下的自然通风Pb=Pxb K b2w2 w=Pxa +hgg(w n)K bw2w2wKbPxbbtw wwtn nnPxa14Pa=Pxa K a2w2wKaah常见的自然然通风的的形式中庭通风由于受热，气流上升中间隔断尽尽可能小小风井通风空气从下面的开口进入单面通风高度，h高度，h 穿穿堂风Crosss veentiilattionn15穿堂风最大大深度 5m机械通风气气流组织织形式混合通风追求均匀的的室内环境混合后的空空气可能能已被污污染置换通风保证人员呼呼吸区的的环境要要求下送风，新新鲜气流流先送入入工作区区个性化送风风满足不同个个体的特特殊性要要求工位送风，独独立可调调16机械通风的的气流组组织形式式三种典型的的送风形形式混合通风置换通风个性化送风风17混合通风Fangeer 教教授的比比方：置换通风或个体送风18混合通风的的气流形形式上送上回上送下回下送下回侧送上下回回19室内气流分分布的描描述参数一.通风风量二.气流流分布与与室内环环境三.空气气龄及其其他20室内气流分分布的描描述参数数通通风量通风量与 IAQQ的关系系21室内气流分分布的描描述参数数通通风量通风量与 IAQQ的关系系美国(欧洲洲)对学学校，办办公室的的最新研研究表明明新风量与SBBS之间间有着一一定的关关系，当当新风量量小于36 m33/h人人时，SSBS 问题变变得显著著。关于人体代代谢污染染的问题题，第一一印象 (FiirsttImprees ssionn)使使 800%的人人能够满满意的最最小新风风量是 277 m33/h人人，对于于已适应应了室内内环境的的90%的人人能够满满足的最最小新风风量只需需 9 m3/h人人。22室内气流分分布的描描述参数数通通风量新风通风换换气量常用民用建建筑新风风量范围围以坐为主、少少吸烟、久久逗留场场所活动强度静坐极轻轻中等重CO2 发发生量（m3/hh.人）0.014440.017730.02330.04110.07448不同 COO2 允许许浓度下下必须的的新风量量（m33/h.人）0.1%20.624.732.958.6106.990.15%1214.419.234.262.30.2%8.510.213.524.1 44 实际际上，人人体在静静坐至重重劳动状状态，肺肺通气量量为：11.680.4 LL/miin人，即即0.77 44.8 m3/h人人(实实际为一一半)23室内气流分分布的描描述参数数通通风量新风通风换换气量决定因素室内污染物物允许浓浓度室外污染物物浓度室内污染物物发生量量：发生生量已知知否？室内污染物物产生对对换气量量的要求求人体代谢生生物污染染：以CCO2浓度或或臭气强强度指数数为指标确定定换气量量消除烟臭的的要求根根据吸烟烟量确定定污染物发生生量：VVOC等等微量产产生的污污染难以以监测，通风量的确确定仍然然是需要要研究的的问题。24室内气流分分布的描描述参数数气气流分布布与室内内环境气流分布与与室内环环境的关关系气流组织包包含的内内容风速分布（风风速场或或 流场）温度分布（温温度场）湿度分布（湿湿度场）污染物浓度度分布（污污 染物浓度度场，IIAQ）总新风量满满足要求求，是是否意味味着IAAQ一定定满足要要求？向室内引入入的新风风是否都都进入了了呼吸区区？室内空气更更新的快快慢如何何？室内污染物物被转移移出去的的速度如如何？室内空气参参数分布布是否满满足要求求？25室内气流分分布的描描述参数数气气流分布布与室内内环境气流分布(气流组组织)评评价的方方法通风气流组组织评价价的三类类参数描述送风有有效性的的参数，主主要反映映送风能能否有效效到达考考察 区域以及及到达该该区域的的空气新新鲜程度度，如：空气龄龄、换气气效率、送风风可及性性描述污染物物排除有有效性的的参数，主主要反映映污染物物到达考考察 区域的程程度以及及到达该该区域所所需要的的时间，如如：污染染物含 量和排空空时间 、排污污效率与与余热排排除效率率、污污染物年年龄、污染源可可及性与热舒适关关系密切切的有关关参数，如如：不均均匀系数数、空空气扩 散性能指指标(AADPII)如果室内空空气充分分混合，那那么就可可以用一一个集总总的 参数对房房间的通通风效果果进行总总体评价价26室内气流分分布的描描述参数数气气流分布布与室内内环境理想的气流流分布形形式两种典型的的理想气流分布均匀混合：气流充充分混合合，各处处参数完完全一样样活塞流动实际情况都都不是均均匀混合合和活塞塞流动，而而要复杂得多27室内气流分分布的描描述参数数气气流分布布与室内内环境全面通风的的基本微微分方程程式（均匀混合合时的稀稀释方程程）QCS dd+M d -Q CC d =VVdCddC=V QC s+M QCdC QCC s +M QCC=dV在通风量QQ一定、室室内初始始浓度为为C1的时候候，求C2与通通风时间间的关系系：Q，Cs C Q MQ C 2=C1 exxp+Q+C s 1 exppV VMCV MMM稳定状态的的关系式式：CC 2 =+C s 或 Q=Q CC2 C s28室内气流分分布的描描述参数数气气流分布布与室内内环境活塞流动时时的室内内参数由源强度和和房间名义时间常数(换气次数的倒数)确定定等于送风参参数经过源之后后等于均均匀混合合后的参参数 V11n=Qn房间的温度度、湿度度和污染染物浓度度在经过过源之前前29室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他空气龄 AAir agee最早于200世纪880年代代由Saandbbergg提出。空空气龄是是指送风到达达房间某某点的时时间。某点的空气气龄越小小，说明明该点的的空气越越新鲜，空空气品质就越越好。如果某点的的空气年年龄为的空气气微团在在某点空空气中所占的比例例分布即即概率分分布f()，有有累计分布函函数f()d=F()00 f ()d=1P则某点的平平均空气气龄为 p=f ()d=1 F()d00P30室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他与空气龄相相关的两两个参数数残余时间(Residualliffetiime)空气从当前前位置到离开房间的时间rl驻留时间(Residencetimme)空气离开房房间时空气龄r进口 p+rl =rp也称作“换换气时间间”置换室内全全部现存存空气的时间间进口点Prr1出口出口31室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他几处典型的的空气龄龄房间平均空空气龄等于房间各各点空气气龄的体体平均 piiVip=VPeCe典型流型的的空气龄龄活塞流：p e/2 r=e=n均匀混合流流：p er=22pp=22 eP非完全混合合流：入入口空气气年龄最最年轻，出出口年龄龄最老如果果没有滞滞留区的的话32室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他换气效率不不涉及污污染源的的位置理论上最短短的换气气时间是是多少？“理想活塞塞流”的换气气效率最最高，房房间的平平均空气龄最小n ee p理想想=22换气效率的的定义实际通风条条件下房房间平均均空气龄龄与活塞塞流的平平均空气龄的比比值倒数数为换气气效率（1），反反映了新新鲜空气置换换原有空空气的快快慢与活活塞通风风下置换换快慢的比较 p理想na=1000%p2 p33室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他换气效率不不涉及污污染源的的位置空间各点的的换气效效率的定定义 n 1000%i=pi空间各点的的换气效效率可以以大于11，反映了新鲜空空气替换换原有空空气的有有效程度34室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他常见送回风风形式的的换气效效率a1000a5001000(a)近似似活塞流流(b)下送送上回a500(c)顶送送上回a500(d)上送送上回35室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他一个对比的的概念排污效率充分混合流流 1活塞流均匀污染源源 2也称：通风风效率排污效率：涉及污污染源的的位置平均排污效效率=Ce C sC CCs Cee C s局部排污效效率 p =C p Cs如果污染源源在出口口呢？污染源在入入口呢？Ce,tteP余热排除效效率用得热代替替污染物物，温度度代 替污染物物浓度Cs,ttsC,tta tte t st=ta t s36室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他送风可及性性(清华华，20003)Accesssibbiliity of Suppplyy Aiir:ASAA传统的气流流组织评评价指标标，如空空气龄和和换气效效率，均反映的是是稳态情情况需要反映送送风在任任意时刻刻到达室室内各点点的能力力，考虑有限时间间内送风风的有效效性定义在流场不变变的条件件下，假假设某一一送风口口的空气气含有浓浓度为 Cs,ii的指示示剂气体体，房间间内部无无源，则则该送风风口在历历时T后后 对空间位位置i的的可及性性为送风到达ii点的百分比比 CC()dASA(T)=0iiTC s,i T37室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他不同时刻的的送风可可及性发发展情况况（深色区域域内ASSA大于于0.55）38室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他可及性的物物理意义义可及性是流流场自身身的特性性，与送送风有无无指示剂无关可及性反映映了在经经历了一一定时间间后，各各风口送风到达空空间各点点的相对对程度单一风口经经过足够够长时间间后，空空间各点点的可及性均为11多个风口经经过足够够长时间间后，在在空间各各点的可及性和为为139室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他不均匀系数数反映气流温温度场和和速度场场的不均均匀程度度。温度不均匀匀系数均方根偏差差tti tkt=tt=(t i t )2 ntt速度不均匀匀系数uku=u40室内气流分分布的描描述参数数空空气龄与与其他空气扩散性性能指标标ADPPI(Air Difffussionn Peerfoormaancee Inndexx)定义空间内满足足规定风风速和温温度要求求的测点点数与总总测点数之比比 1.7 EET 1.1的测测点数ADPI =1000 总测测点数有效温差ET=(tt-tn)-77.666(Vii-0.15)ADPI的的值越大大，说明明感到舒舒适的人人群比例例越大。在一一般情况况下，应应使ADDPI8041气流组织的的测量与与计算方法1.示踪踪气体实实验法2.半经经验射流流公式法法3.数值值求解法法(CFFD方法法)421.示踪气气体试验验法是研究建筑筑物空气分布与渗透特性的重要手段必须具有如如下特点点能够完全跟跟随空气流动具有可测性性具有稳定性性，一般情况下不发生物理或化学反应无毒性示踪气体的的目的是准确标识室内空气流动特性，常见的示踪踪气体包括甲烷、SF6、二氧氧化碳等等。43示踪气体的的常见释释放方法法脉冲法（ppulsemetthodd）在释放点释释放少量的示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度度随时间间的变化化过程。上升法（sstep-upmetthodd）在释放点连连续释放固定强度源的示踪气体，记录测量点处示示踪气体体浓度随随时间的的变化过过程。下降法（或或衰减法）(step-downor deccaymethood)房间中示踪踪气体的浓度达到平衡状态后，停止释放示踪气体体，记录录测量点点处示踪踪气体浓浓度随时时间的变化过程程。44下降法（衰衰减法）测测空气龄龄待房间内各各点浓度度稳定后后，停止止示踪气气体加入入，测量被测测点的浓浓度变化化过程空气龄的累累积分布布函数FF()1 FF()=C p()C p(0)Cp(0)F()Cp(0)f()d=空气龄公式式pp =0C p()dC p(0)=0C p()dC p(0)Cp()45脉冲法测空空气龄在通风房间间的送风风口释放放少量示示踪气体体，记录被测点的的浓度变变化过程程概率分布函函数空气龄公式式 C pp()C p ()=f()C p()d(m/Q)0 p=C ()d=C()d0p0p0 C pp()d(m/Q)送风量46释放的示踪踪气体的的质量上升法测空空气龄在房间送风风口处恒恒定释放放示踪气气体，记记录被测测点的浓度随随时间变变化情况况累计分布函函数与概率分布函数之间的关系为0f()d=F()C p()C p ()=F()C p()(mm/Q)累积分布函函数空气龄公式式0 p=1 F()d=1 0C p()(m /Q )d送风量47示踪气体的的释放速速率房间平均空空气龄的的测量方方法脉冲法 11p=2 CC()d C ()d20e0e Ce ()0 (1 Ce()d上升法p=Ce()0(11 Ce()d下降法p =0Ce()dCe()d480平均空气龄龄公式怎怎么来的的？以下降降法为例证明p基本公式边界条件则有 0 C p ()d=C p(0)M(0)=C(0)V=C p (0)V,M()=0M()=C p ()dV =M (0)Q CC e ()dV0M ()=QCC e ()11M()dQ C e()d=00 1M()0Q 11=QQ d(M()0=+1Q0 1M()d=Q M ()d049平均空气龄龄公式怎怎么来的的？以下降降法为例证明(2)p=1V p dV =V CC p ()dVdd M()d0VVC(00)=0M(00)Q C e()d=0M(00)=C ee()d00C e()d502.半经验验射流公公式法内容和来源源采用射流公公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨轨迹等进进行预测测基于某些标标准或理想条件理论分析或试验缺陷不能用于分分析复杂杂空间，应应用受制制约只能给出室室内的一些集总参数性的信息折衷的方法法：区域域模型区域内集总总参数区域间考虑虑存在热质交换513.数值值求解法法计算流体力力学方法法的引入入CFFD方法法特点：依据据室内空空气流动动的数学学物理模模型，在在计算机机上做虚虚 拟实验原理：对连连续方程程、动量量方程、能能量方程程和组分分方程进进行离 散数值求求解优点成本低、速速度快应用范围广广，提供供信息全全面缺点：可靠靠性问题题人们对湍流流的机理理尚无清清楚认识识，缺乏乏完整的的湍流理理论，需需要依赖半经经验的方方法边界条件需需要简化化：送风风口入流流、壁面面边界条条件、室室内热源源 分布等523.数值值求解法法示例置换通风数数值求解解方法的的空间模模型1-壁橱，22-桌子子3-计算机机，4-人5-灯，66-送风风口7-回风口口53置换通风的的速度场场54置换通风的的温度场场55置换通风的的污染物物浓度场场置换通风送送风形式，污染物浓度高的部位在上方。56置换通风的的空气年年龄场置换通风送送风形式式，空气气年龄长长的部位位在上方。年龄龄单位：秒。57不同气流分分布预测测方法的的特点比比较预测方法比较项目房间形状复复杂程度度对经验参数数的依赖赖性预测成本预测周期结果的完备备性结果的可靠靠性实现的难易易程度适用性简单几乎完全最低最短简略差很容易机械通风，且且与实际射流条件件有关较复杂很依赖较低较短简略差很容易机械和自然然通风，一定条件件基本不限一些较昂贵较长最详细较好较容易机械和自然通风基本不限不依赖最高最长较详细最好很难机械和自然通风58射流公式区域模型CFD模型实验常用的气流流分布计计算CFFD软件件PHOENNICSS英国19881年推推出的商商业软件件，针对对暖通空空调的FLAIRRE，可可以求解解PMVV和空气气龄FLUENNT美国，19983年。Airpack具有风口模型、新零方程湍流模型等等，并且且可以求求解PMMV、PPD和空空气龄STACHH3清华大学990年代代开发，有有各种针针对暖通通空调应应用的模型和功功能59思考题自然通风的的驱动力力是什么么？有何何特点？一般应应用于哪些场场合？试分析采用用示踪气气体测量量空气龄龄的三种种释放方方下降法（或或衰减法法）试推导均匀匀混合通通风时空空气龄、换换气效率率、可及性的表达达式(房间名名义时间间常数已已知)法的优缺点点：（11）脉冲冲法；（22）上升升法；（33）60思考题请给出活塞塞流在以以下状态态下的排排污效率率，并分分析合理的送送排风口口位置与与污染源源位置应应该是什什么关系才能能获得比比较好的的室内环环境质量量？污染源在出出口时污染源在入入口时稳态通风情情况下，在在空间均均布的单单位体积积源作用时，室内内污染物物浓度的的分布规规律与房房间空气气龄的分布规规律一样样吗？61谢谢！62