通风与气流组织.ppt

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1、第六章 通风与气流组织,华中科技大学环境学院建筑环境与设备工程系,第一节 通风（空调）的目的与方法,1.通风的定义：将室内空气（通常是被污染或有余热余湿的空气）直接（或经净化后）排至室外，把新鲜空气直接（或经适当处理后）补充进来，从而使室内空气符合卫生标准或生产工艺需要的过程。,一、通风（空调）的目的,第一节 通风（空调）的目的与方法,2.通风方式的分类1按空气是被通风系统送入还是排出2按通风系统的作用范围不同3按通风系统的动力不同,一、通风（空调）的目的,送风系统,排风系统,局部送、排风系统,全面送、排风系统,自然通风,机械通风,第一节 通风（空调）的目的与方法,3.目的：1.保证排除室内污

2、染物；2.保证室内人员的热舒适；3.满足室内人员对新鲜空气的需求。,一、通风（空调）的目的,第一节 通风（空调）的目的与方法,自然通风：依靠室外风力造成的风压和室内外空气温度差所造成的热压使空气产生流动。,二、自然通风,1.自然通风的作用原理 当建筑物的门窗两侧存在压力差P，就会产生空气流动，且有：,式中：为门窗的流量系数，值大小与门窗的构造有关，其值一般小于1。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,1.自然通风的作用原理,通过门窗的空气量为：,式中：F-窗孔的面积，m2；L-空气体积换气量，m3/s；G-空气质量换气量，kg/s,从式中可以看出，P是自然通风的直接推动力！,第一节

3、 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,2.热压作用下的自然通风,窗孔a和b，两者高差为h，窗外空气的静压力分别为Pa、Pb，窗内为Pa/、Pb/，室内外空气温度及密度分别为tn、n和tw、w。设tntw，则nw。先开启下a，关闭b，由于空气先由流动到静止，最后使得Pa=0，此时据流体静力学原理窗孔内外压差为：,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,2.热压作用下的自然通风,Pb=（Pb/-Pb）=（Pa/-ghn）-（Pa-ghw）=（Pa/-Pa）+gh（w-n）=Pa+gh（w-n）从上知：当P=0，tntw即nw时，则上式P0，此时若开启窗孔，空气将从窗孔流出，使室内静压逐

4、渐降低。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,2.热压作用下的自然通风 若同时开启窗孔，此时P0，室外空气将由窗孔流入室内，直至窗孔流入的进风量等于窗孔流出的排风量时，室内气压将保持稳定。此时形成上下两窗孔、进风和排风的总压力可变为：Pab=Pb+Pa=Pb+（-Pa）=gh（w-n）,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,2.热压作用下的自然通风 Pab=Pb+Pa=Pb+（-Pa）=gh（w-n）上式表明使两窗孔形成进风和排风的总压力与两窗孔的高度差h以及室内外空气的密度差成正比，而密度差是由于温度的差异引起的，故我们通常将gh（w-n）称之为热压。实际上，当有温差存

5、在时，室内哪怕只有一个窗孔依然会形成自然通风，只是此时该窗孔上部排风下部进风，相当于两窗孔紧挨在一起。当然若室内温度比室外温度低，则窗孔上部进风而下部排风。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,2.热压作用下的自然通风定义：室内某一点的压力和室外同标高未受扰动的空气压力的差值我们通常称之为该点的余压。在有高低窗孔的建筑物中，当窗户处于最低时，其它窗孔的余压与该窗孔余压之间的关系为：Px=Pxa+ghi（w-n）式中：Px-某窗孔的余压，Pa；Pxa-窗孔的余压，Pa；hi-窗孔与某窗孔的高度差，m,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,2.热压作用下的自然通风 仅有热压作

6、用时，余压仅沿高度变化，且变化的规律如图所示，余压值从窗孔的负值逐渐增大到排风窗孔的正值。其中在o-o平面上，余压等于零，我们通常将其称为中和面，因中和面的余压Pxo=0，于是、窗孔的余压分别为：,Pxa=Pxo-h1g（w-n）=-h1g（w-n）Pa Pxb=Pxo+h2g（w-n）=h2g（w-n）Pa 不难理解，对于中和面以下的窗孔其余压为负，以上的余压为正。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,3.风压作用下的自然通风,当气流流过建筑物时，建筑物迎风面气流受阻，动压降低，静压升高，而背风面和侧面由于产生局部涡流使静压降低，这些地方的静压与远处未受干扰处气流静压之差，我们通

7、常称之为风压。静压升高，风压为正，称为正压，反之，称为负压。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,3.风压作用下的自然通风 风压的分布与该建筑物的几何形状、室外风力风向等有关，当风向一定时，建筑物外围护结构上任一点的风压值可由下式表示：,式中 K-空气动力系数；w-室外空气速度；w-室外空气密度。一内部连通的建筑物围护结构上，若有两个风压值不同的两个窗孔，空气动力系数大的窗孔将会进风，小的排风，当室内无热压作用时，室内各点的余压均相等。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,4.风压、热压同时作用下的自然通风 风压热压常一起对自然通风产生影响，此时外围护结构上各窗孔的内外

8、压差应等于各窗孔的余压和室外风压之差。,由于室外风向风速一年四季非常不确定、不可靠，故不能完全指望它自然通风，在实际计算时仅考虑热压的作用，风压基本不予考虑。,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,5.常见的自然通风的形式,第一节 通风（空调）的目的与方法,二、自然通风,中庭通风,风井通风,单面通风,穿堂风Cross ventilation,第一节 通风（空调）的目的与方法,机械通风：依靠风机等流体机械造成的压头而使空气产生流动。三种典型的送风形式：混合通风追求均匀的室内环境 混合后的空气可能已被污染 置换通风 保证人员呼吸区的环境要求 下送风，新鲜气流先送入工作区 个性化送风满足不

9、同个体的特殊性要求 工位送风，独立可调,三、机械通风,机械通风的气流组织形式,三种典型的送风形式混合通风置换通风个性化送风,混合通风的气流形式,上送上回,上送下回,下送下回,侧送上下回,第二节 室内空气分布的描述参数,一、均匀混合气流组织的描述参数通风量,常用民用建筑新风量范围以坐为主、少吸烟、久逗留场所,实际上，人体在静坐至重劳动状态，肺通气量为：11.680.4 L/min人，即0.7 4.8 m3/h人(实际为一半),1.新风通风换气量,第二节 室内空气分布的描述参数,一、均匀混合气流组织的描述参数通风量,1.新风通风换气量决定因素 室内污染物允许浓度 室外污染物浓度 室内污染物发生量：

10、发生量已知否？室内污染物产生对换气量的要求人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数为指标确定换气量消除烟臭的要求根据吸烟量确定污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测，通风量的确定仍然是需要研究的问题。,第二节 室内空气分布的描述参数,2.全面通风的基本微分方程式（均匀混合时的稀释方程）,一、均匀混合气流组织的描述参数通风量,QCS d+M d-Q C d=VdC 在通风量Q一定、室内初始浓度为C1的时候，求C2与通风时间的关系：稳定状态的关系式：,或,第二节 室内空气分布的描述参数,二、送风有效性的描述参数,1.空气龄定义：送风到达房间某点的时间。or：指空气在室内被测点上停留的时间

11、，实际上是指旧空气被新空气代替的速度。某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空气品质就越好。,4500年树龄的华夏第一柏,120年树龄的古榕树,第二节 室内空气分布的描述参数,二、送风有效性的描述参数,1.空气龄残余时间(Residual lifetime)空气从当前位置到离开房间的时间 rl驻留时间(Residence time)空气离开房间时空气龄 r,e,第二节 室内空气分布的描述参数,二、送风有效性的描述参数,1.空气龄房间平均空气龄 等于房间各点空气龄的体平均典型流型的空气龄 活塞流：p e/2 r=e=n 均匀混合流：p e r=2p=2 e非完全混合流：入口空气龄最年轻，出口空

12、气龄最老。,第二节 室内空气分布的描述参数,二、送风有效性的描述参数,2.换气效率“理想活塞流”的换气效率最高，房间的平均空气龄最小。换气效率的定义 实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流的平均空气龄的比值倒数为换气效率（1），反映了新鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快慢的比较。,第二节 室内空气分布的描述参数,二、送风有效性的描述参数,2.换气效率空间各点的换气效率的定义：空间各点的换气效率可以大于1，反映了新鲜空气替换原有空气的有效程度,常见送回风形式的换气效率,第二节 室内空气分布的描述参数,二、送风有效性的描述参数,3.送风可及性定义：在流场不变的条件下，假设某一送风口的空气含有

13、浓度为Cs,i的指示剂气体，房间内部无源，则该送风口在历时T后对空间位置i的可及性为：意义：可及性是流场自身的特性，与送风有无指示剂无关。可及性反映了在经历了一定时间后，各风口送风到达空间各点的相对程度。单一风口经过足够长时间后，空间各点的可及性均为1。多个风口经过足够长时间后，在空间各点的可及性和为1。,（深色区域内ASA大于0.5）,不同时刻的送风可及性发展情况,第二节 室内空气分布的描述参数,三、污染物排除有效性的描述参数,1.污染物含量和排空时间：2.排污效率与余热排除效率：平均排污效率：局部排污效率：余热排除效率：3.污染物年龄：4.污染源可及性：,第二节 室内空气分布的描述参数,四

14、、与热舒适相关的部分参数,1.不均匀系数算术平均值为：均方根偏差为：不均匀系数为：,第二节 室内空气分布的描述参数,四、与热舒适相关的部分参数,2.空气扩散性能指标ADPI定义：空间内满足规定风速和温度要求的测点数与总测点数之比。有效温差 ET=(t-tn)-7.66(Vi-0.15)ADPI的值越大，说明感到舒适的人群比例越大。在一般情况下，应使ADPI80,第三节 气流组织的测量与计算方法,1.示踪气体实验法2.半经验射流公式法3.数值求解法(CFD方法),置换通风的速度场,第四节 典型气流组织参数示例,置换通风的温度场,置换通风的污染物浓度场,置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方。,讨论,控制室内空气污染，应该考虑应用空气净化，还是通风与气流组织？室内空气品质问题（严重程度）发展趋势将会如何？,