通風(fēng)與氣流組織

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1、第 六 章 通 風(fēng) 與 氣 流 組 織華中科技大學(xué)環(huán)境學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程系 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法1.通 風(fēng) 的 定 義 ： 將 室 內(nèi) 空 氣 （ 通 常 是 被 污 染 或 有余 熱 余 濕 的 空 氣 ） 直 接 （ 或 經(jīng) 凈 化 后 ） 排 至 室外 ， 把 新 鮮 空 氣 直 接 （ 或 經(jīng) 適 當(dāng) 處 理 后 ） 補(bǔ) 充進(jìn) 來 ， 從 而 使 室 內(nèi) 空 氣 符 合 衛(wèi) 生 標(biāo) 準(zhǔn) 或 生 產(chǎn) 工藝 需 要 的 過 程 。一、通風(fēng)（空調(diào)）的目的 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法2.通 風(fēng) 方 式 的 分 類1按 空

2、 氣 是 被 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 送 入 還 是 排 出2按 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 的 作 用 范 圍 不 同3按 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 力 不 同一、通風(fēng)（空調(diào)）的目的送 風(fēng) 系 統(tǒng)排 風(fēng) 系 統(tǒng)局 部 送 、 排 風(fēng) 系 統(tǒng)全 面 送 、 排 風(fēng) 系 統(tǒng)自 然 通 風(fēng)機(jī) 械 通 風(fēng) 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法3.目 的 ：1.保 證 排 除 室 內(nèi) 污 染 物 ；2.保 證 室 內(nèi) 人 員 的 熱 舒 適 ；3.滿 足 室 內(nèi) 人 員 對 新 鮮 空 氣 的 需 求 。一、通風(fēng)（空調(diào)）的目的 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法自 然 通 風(fēng)

3、： 依 靠 室 外 風(fēng) 力 造 成 的 風(fēng) 壓 和室 內(nèi) 外 空 氣 溫 度 差 所 造 成 的 熱 壓 使 空 氣產(chǎn) 生 流 動(dòng) 。 二、自然通風(fēng) 1.自 然 通 風(fēng) 的 作 用 原 理 當(dāng) 建 筑 物 的 門 窗 兩 側(cè) 存 在 壓 力 差 P， 就 會(huì) 產(chǎn)生 空 氣 流 動(dòng) ， 且 有 ： PaP 22 PP 22 1式 中 ： 為 門 窗 的 流 量 系 數(shù) ， 值 大 小 與 門窗 的 構(gòu) 造 有 關(guān) ， 其 值 一 般 小 于 1。第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 1.自 然 通 風(fēng) 的 作 用 原 理 smFFL P /32 skgPFLG

4、/2 通 過 門 窗 的 空 氣 量 為 ： 式 中 ： F-窗 孔 的 面 積 ， m2； L-空 氣 體 積 換 氣 量 ， m3/s； G-空 氣 質(zhì) 量 換 氣 量 ， kg/s從 式 中 可 以 看 出 ， P是 自 然 通 風(fēng) 的 直 接 推 動(dòng) 力 ！ 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) 窗 孔 a和 b， 兩 者 高 差 為 h， 窗 外空 氣 的 靜 壓 力 分 別 為 Pa、 Pb， 窗內(nèi) 為 Pa/、 Pb/， 室 內(nèi) 外 空 氣 溫 度及 密 度 分 別 為 tn、 n和 tw、 w。設(shè) t

5、ntw， 則 n w。 先 開 啟 下 a， 關(guān) 閉 b， 由 于 空 氣先 由 流 動(dòng) 到 靜 止 ， 最 后 使 得 Pa=0， 此 時(shí) 據(jù) 流 體 靜 力 學(xué) 原 理窗 孔 內(nèi) 外 壓 差 為 ：第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) Pb =（ Pb/-Pb） =（ Pa/-gh n） -（ Pa-gh w） =（ Pa/- Pa） +gh（ w- n） = Pa+gh（ w- n） 從 上 知 ： 當(dāng) P =0， tn tw即 n w時(shí) ， 則 上 式 P 0， 此 時(shí)若 開 啟 窗 孔 ， 空 氣 將 從

6、窗 孔 流出 ， 使 室 內(nèi) 靜 壓 逐 漸 降 低 。 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) 若 同 時(shí) 開 啟 窗 孔 ， 此 時(shí) P 0， 室 外 空 氣 將由 窗 孔 流 入 室 內(nèi) ， 直 至 窗 孔 流 入 的 進(jìn) 風(fēng) 量 等 于 窗孔 流 出 的 排 風(fēng) 量 時(shí) ， 室 內(nèi) 氣 壓 將 保 持 穩(wěn) 定 。 此 時(shí) 形成 上 下 兩 窗 孔 、 進(jìn) 風(fēng) 和 排 風(fēng) 的 總 壓 力 可 變 為 ： Pab = Pb + Pa = Pb+（ - Pa） =gh（ w- n）第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ）

7、的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) Pab = Pb + Pa = Pb+（ - Pa） =gh（ w- n） 上 式 表 明 使 兩 窗 孔 形 成 進(jìn) 風(fēng) 和 排 風(fēng) 的 總 壓 力 與 兩窗 孔 的 高 度 差 h以 及 室 內(nèi) 外 空 氣 的 密 度 差 成 正 比 ，而 密 度 差 是 由 于 溫 度 的 差 異 引 起 的 ， 故 我 們 通 常 將 gh（ w- n） 稱 之 為 熱 壓 。 實(shí) 際 上 ， 當(dāng) 有 溫 差 存 在 時(shí) ， 室 內(nèi) 哪 怕 只 有 一 個(gè) 窗孔 依 然 會(huì) 形 成 自 然 通 風(fēng) ， 只 是 此 時(shí) 該

8、窗 孔 上 部 排 風(fēng) 下部 進(jìn) 風(fēng) ， 相 當(dāng) 于 兩 窗 孔 緊 挨 在 一 起 。 當(dāng) 然 若 室 內(nèi) 溫 度比 室 外 溫 度 低 ， 則 窗 孔 上 部 進(jìn) 風(fēng) 而 下 部 排 風(fēng) 。第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng)室 內(nèi) 某 一 點(diǎn) 的 壓 力 和 室 外 同 標(biāo) 高 未 受 擾 動(dòng) 的空 氣 壓 力 的 差 值 我 們 通 常 稱 之 為 該 點(diǎn) 的 余 壓 。 在 有 高 低 窗 孔 的 建 筑 物 中 ， 當(dāng) 窗 戶 處 于 最 低時(shí) ， 其 它 窗 孔 的 余 壓 與 該 窗 孔 余 壓 之

9、間 的 關(guān) 系 為 ： Px= Pxa+ghi（ w- n） 式 中 ： Px-某 窗 孔 的 余 壓 ， Pa； Pxa-窗 孔 的 余 壓 ， Pa； hi-窗 孔 與 某 窗 孔 的 高 度 差 ， m第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 2.熱 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) 僅 有 熱 壓 作 用 時(shí) ， 余 壓 僅 沿 高 度 變 化 ， 且 變 化 的 規(guī) 律 如圖 所 示 ， 余 壓 值 從 窗 孔 的 負(fù) 值 逐 漸 增 大 到 排 風(fēng) 窗 孔 的 正值 。 其 中 在 o-o平 面 上 ， 余 壓 等 于 零 ， 我 們 通 常 將 其

10、 稱 為 中 和面 ， 因 中 和 面 的 余 壓 Pxo=0， 于 是 、 窗 孔 的 余 壓 分 別 為 ： Pxa = Pxo-h1g（ w- n） = -h1g（ w- n） Pa Pxb = Pxo+h2g（ w- n） = h 2g（ w- n） Pa 不 難 理 解 ， 對 于 中 和面 以 下 的 窗 孔 其 余 壓 為 負(fù) ，以 上 的 余 壓 為 正 。 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 3.風(fēng) 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) 當(dāng) 氣 流 流 過 建 筑 物 時(shí) ，建 筑 物 迎 風(fēng) 面 氣 流 受 阻 ，動(dòng) 壓 降 低 ， 靜 壓

11、 升 高 ， 而背 風(fēng) 面 和 側(cè) 面 由 于 產(chǎn) 生 局部 渦 流 使 靜 壓 降 低 ， 這 些地 方 的 靜 壓 與 遠(yuǎn) 處 未 受 干擾 處 氣 流 靜 壓 之 差 ， 我 們通 常 稱 之 為 風(fēng) 壓 。 靜 壓 升高 ， 風(fēng) 壓 為 正 ， 稱 為 正 壓 ，反 之 ， 稱 為 負(fù) 壓 。第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 3.風(fēng) 壓 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) 風(fēng) 壓 的 分 布 與 該 建 筑 物 的 幾 何 形 狀 、 室 外 風(fēng) 力風(fēng) 向 等 有 關(guān) ， 當(dāng) 風(fēng) 向 一 定 時(shí) ， 建 筑 物 外 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 上任 一 點(diǎn) 的 風(fēng)

12、 壓 值 可 由 下 式 表 示 ：式 中 K-空 氣 動(dòng) 力 系 數(shù) ； w-室 外 空 氣 速 度 ； w-室 外 空 氣 密 度 。 一 內(nèi) 部 連 通 的 建 筑 物 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 上 ， 若 有 兩 個(gè) 風(fēng)壓 值 不 同 的 兩 個(gè) 窗 孔 ， 空 氣 動(dòng) 力 系 數(shù) 大 的 窗 孔 將 會(huì)進(jìn) 風(fēng) ， 小 的 排 風(fēng) ， 當(dāng) 室 內(nèi) 無 熱 壓 作 用 時(shí) ， 室 內(nèi) 各 點(diǎn)的 余 壓 均 相 等 。 wwf KP 22第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 4.風(fēng) 壓 、 熱 壓 同 時(shí) 作 用 下 的 自 然 通 風(fēng) 風(fēng) 壓 熱 壓 常 一 起

13、對 自 然 通 風(fēng) 產(chǎn) 生 影 響 ， 此 時(shí) 外圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 上 各 窗 孔 的 內(nèi) 外 壓 差 應(yīng) 等 于 各 窗 孔 的 余 壓和 室 外 風(fēng) 壓 之 差 。 waxaa wKPP 22 wbnwxawbxbb ww KhgPKPP 22 22 由 于 室 外 風(fēng) 向 風(fēng) 速 一 年 四 季 非 常 不 確 定 、 不 可靠 ， 故 不 能 完 全 指 望 它 自 然 通 風(fēng) ， 在 實(shí) 際 計(jì) 算 時(shí) 僅考 慮 熱 壓 的 作 用 ， 風(fēng) 壓 基 本 不 予 考 慮 。 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 5.常 見 的 自 然 通 風(fēng) 的 形 式

14、第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法二、自然通風(fēng) 第 一 節(jié) 通 風(fēng) （ 空 調(diào) ） 的 目 的 與 方 法機(jī) 械 通 風(fēng) ： 依 靠 風(fēng) 機(jī) 等 流 體 機(jī) 械 造 成 的 壓 頭 而使 空 氣 產(chǎn) 生 流 動(dòng) 。 三 種 典 型 的 送 風(fēng) 形 式 ： 混 合 通 風(fēng)l 追 求 均 勻 的 室 內(nèi) 環(huán) 境l 混 合 后 的 空 氣 可 能 已 被 污 染 置 換 通 風(fēng)l 保 證 人 員 呼 吸 區(qū) 的 環(huán) 境 要 求 l 下 送 風(fēng) ， 新 鮮 氣 流 先 送 入 工 作 區(qū) 個(gè) 性 化 送 風(fēng)l 滿 足 不 同 個(gè) 體 的 特 殊 性 要 求l 工 位 送 風(fēng) ，

15、 獨(dú) 立 可 調(diào)三、機(jī)械通風(fēng) 機(jī) 械 通 風(fēng) 的 氣 流 組 織 形 式三 種 典 型 的 送 風(fēng) 形 式l 混 合 通 風(fēng) l 置 換 通 風(fēng)l 個(gè) 性 化 送 風(fēng) 混 合 通 風(fēng) 的 氣 流 形 式 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)通風(fēng)量1.新 風(fēng) 通 風(fēng) 換 氣 量 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)通風(fēng)量1.新 風(fēng) 通 風(fēng) 換 氣 量決 定 因 素l 室 內(nèi) 污 染 物 允 許 濃 度l 室 外 污 染 物 濃 度l 室 內(nèi) 污 染 物 發(fā) 生 量 ： 發(fā) 生 量 已 知 否 ？ ？

16、？ 室 內(nèi) 污 染 物 產(chǎn) 生 對 換 氣 量 的 要 求l 人 體 代 謝 生 物 污 染 ： 以 CO2濃 度 或 臭 氣 強(qiáng) 度 指 數(shù) 為 指 標(biāo)確 定 換 氣 量 l 消 除 煙 臭 的 要 求 根 據(jù) 吸 煙 量 確 定l 污 染 物 發(fā) 生 量 ： VOC等 微 量 產(chǎn) 生 的 污 染 難 以 監(jiān) 測 ， 通 風(fēng)量 的 確 定 仍 然 是 需 要 研 究 的 問 題 。 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)2.全 面 通 風(fēng) 的 基 本 微 分 方 程 式 （ 均 勻 混 合 時(shí) 的 稀 釋 方 程 ）一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)通風(fēng)量 QCS d + M d

17、 - Q C d =VdC 在 通 風(fēng) 量 Q一 定 、 室 內(nèi) 初 始 濃 度 為 C1的 時(shí) 候 ，求 C2與 通 風(fēng) 時(shí) 間 的 關(guān) 系 ： 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 的 關(guān) 系 式 ： VQCQMVQCC s expexp 112 QCMQC dCVd s V QCMQCddC s sCC MQ 2sCQMC 2 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)1.空 氣 齡定 義 ： 送 風(fēng) 到 達(dá) 房 間某 點(diǎn) 的 時(shí) 間 。 or： 指空 氣 在 室 內(nèi) 被 測 點(diǎn) 上停 留 的 時(shí) 間 ， 實(shí) 際 上是 指 舊 空 氣 被 新 空 氣代 替 的 速 度 。某

18、 點(diǎn) 的 空 氣 齡 越 小 ，說 明 該 點(diǎn) 的 空 氣 越 新鮮 ， 空 氣 品 質(zhì) 就 越 好 。 4500年樹齡 的華夏第一柏120年樹齡的古榕樹 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)1.空 氣 齡殘 余 時(shí) 間 (Residual lifetime)l 空 氣 從 當(dāng) 前 位 置 到 離 開 房 間 的 時(shí) 間 rl駐 留 時(shí) 間 (Residence time )l 空 氣 離 開 房 間 時(shí) 空 氣 齡 r p rl r 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)1.空 氣 齡 房 間 平 均 空 氣

19、齡l 等 于 房 間 各 點(diǎn) 空 氣 齡 的 體 平 均 典 型 流 型 的 空 氣 齡 l 活 塞 流 ： p e / 2 r= e= nl 均 勻 混 合 流 ： p e r= 2p= 2 e 非 完 全 混 合 流 ： 入 口 空 氣 齡 最 年 輕 ， 出 口 空 氣 齡 最 老 。V Vipip 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)2.換 氣 效 率“ 理 想 活 塞 流 ” 的 換 氣 效 率 最 高 ， 房 間 的 平 均 空氣 齡 最 小 。換 氣 效 率 的 定 義l 實(shí) 際 通 風(fēng) 條 件 下 房 間 平 均 空 氣 齡 與 活 塞

20、 流 的 平均 空 氣 齡 的 比 值 倒 數(shù) 為 換 氣 效 率 （ 1） ， 反 映了 新 鮮 空 氣 置 換 原 有 空 氣 的 快 慢 與 活 塞 通 風(fēng) 下置 換 快 慢 的 比 較 。 %p 1002 pnpa 理想22 enp 理想 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)2.換 氣 效 率空 間 各 點(diǎn) 的 換 氣 效 率 的 定 義 ：空 間 各 點(diǎn) 的 換 氣 效 率 可 以 大 于 1， 反 映 了 新鮮 空 氣 替 換 原 有 空 氣 的 有 效 程 度%100 pini 常 見 送 回 風(fēng) 形 式 的 換 氣 效 率 第 二 節(jié)

21、室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)3.送 風(fēng) 可 及 性定 義 ： 在 流 場 不 變 的 條 件 下 ， 假 設(shè) 某 一 送 風(fēng) 口 的 空 氣 含 有濃 度 為 Cs,i的 指 示 劑 氣 體 ， 房 間 內(nèi) 部 無 源 ， 則 該 送 風(fēng) 口 在 歷時(shí) T后 對 空 間 位 置 i的 可 及 性 為 ：意 義 ：u可 及 性 是 流 場 自 身 的 特 性 ， 與 送 風(fēng) 有 無 指 示 劑 無 關(guān) 。u可 及 性 反 映 了 在 經(jīng) 歷 了 一 定 時(shí) 間 后 ， 各 風(fēng) 口 送 風(fēng) 到 達(dá) 空 間各 點(diǎn) 的 相 對 程 度 。u單 一 風(fēng) 口 經(jīng) 過

22、足 夠 長 時(shí) 間 后 ， 空 間 各 點(diǎn) 的 可 及 性 均 為 1。 u多 個(gè) 風(fēng) 口 經(jīng) 過 足 夠 長 時(shí) 間 后 ， 在 空 間 各 點(diǎn) 的 可 及 性 和 為 1。TC dCTA isT iis , )()( 0 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)三、污染物排除有效性的描述參數(shù)1.污 染 物 含 量 和 排 空 時(shí) 間 ：2.排 污 效 率 與 余 熱 排 除 效 率 ：平 均 排 污 效 率 ：局 部 排 污 效 率 ：余 熱 排 除 效 率 ：3.污 染 物 年 齡 ：4.污 染 源 可 及 性 ： sse CC CC sp sep CC CC sa set

23、 tt tt 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)四、與熱舒適相關(guān)的部分參數(shù)1.不 均 勻 系 數(shù)算 術(shù) 平 均 值 為 ：均 方 根 偏 差 為 ：不 均 勻 系 數(shù) 為 ： ntit n i n ttt i 2 ni 2tt tk k 第 二 節(jié) 室 內(nèi) 空 氣 分 布 的 描 述 參 數(shù)四、與熱舒適相關(guān)的部分參數(shù)2.空 氣 擴(kuò) 散 性 能 指 標(biāo) ADPI定 義 ： 空 間 內(nèi) 滿 足 規(guī) 定 風(fēng) 速 和 溫 度 要 求 的 測 點(diǎn) 數(shù) 與總 測 點(diǎn) 數(shù) 之 比 。有 效 溫 差 ET=( t - t n)-7.66(Vi-0.15)ADPI的 值 越 大 ， 說 明

24、感 到 舒 適 的 人 群 比 例 越 大 。 在一 般 情 況 下 ， 應(yīng) 使 ADPI 80 總測點(diǎn)數(shù)的測點(diǎn)數(shù)1001.17.1 ETADPI 第 三 節(jié) 氣 流 組 織 的 測 量 與 計(jì) 算 方 法B 1.示 蹤 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 法B 2.半 經(jīng) 驗(yàn) 射 流 公 式 法B 3.數(shù) 值 求 解 法 (CFD方 法 ) 置 換 通 風(fēng) 的 速 度 場第 四 節(jié) 典 型 氣 流 組 織 參 數(shù) 示 例 置 換 通 風(fēng) 的 溫 度 場 置 換 通 風(fēng) 的 污 染 物 濃 度 場置 換 通 風(fēng) 送 風(fēng) 形 式 ， 污 染 物 濃 度 高 的 部 位 在 上 方 。 討 論控 制 室 內(nèi) 空 氣 污 染 ， 應(yīng) 該 考 慮 應(yīng) 用空 氣 凈 化 ， 還 是 通 風(fēng) 與 氣 流 組 織 ？室 內(nèi) 空 氣 品 質(zhì) 問 題 （ 嚴(yán) 重 程 度 ） 發(fā)展 趨 勢 將 會(huì) 如 何 ？