空調(diào)建筑空氣幕作用壓差的正確計(jì)算方法

1、空調(diào)建筑空氣幕作用壓差的正確計(jì)算方法摘要本文分析了空調(diào)建筑空氣幕實(shí)際承受的作用壓差，指出目前國內(nèi)現(xiàn)有的空氣幕設(shè)計(jì)計(jì)算方法均只考慮總作用壓差中的12項(xiàng)，存在嚴(yán)重誤差。說明空氣幕總作用壓差應(yīng)全面計(jì)算熱壓、風(fēng)壓、機(jī)械壓及平衡壓，并對各壓差組成項(xiàng)的影響因素和計(jì)算進(jìn)展了討論，提出了總作用壓差的詳細(xì)計(jì)算方法。關(guān)鍵詞空調(diào)空氣幕作用壓差不設(shè)空氣幕的空調(diào)建筑大門在5Pa正壓作用下每平方米面積外泄的冷量相當(dāng)于三百多平方米建筑所耗冷量。因此人員出入頻繁的大門口要設(shè)計(jì)安裝空氣幕。但相當(dāng)多的空調(diào)建筑空氣幕實(shí)際未能起到應(yīng)有作用。究其原因，從根本上說，是目前使用的空氣幕設(shè)計(jì)計(jì)算方法不當(dāng)造成的，其中空氣幕作用壓差計(jì)算不當(dāng)是最

2、主要的問題?？諝饽皇且环N平面射流。平面射流在兩側(cè)壓力不平衡時(shí)產(chǎn)生彎曲，偏向壓力較小一側(cè)。對空氣幕而言，彎曲到達(dá)一定程度后就失去封閉作用。因此空氣幕必須具有足夠的抗彎才能，以抵抗相應(yīng)的作用壓差。因此，空氣幕作用壓差是空氣幕設(shè)計(jì)后一個(gè)最重要的條件參數(shù)，其確定是空氣幕計(jì)算的第一步，也是最重要的一步。但是國內(nèi)對于空氣幕總作用壓差空竟由幾局部組成，只計(jì)算某一局部會(huì)有多大誤差，沒有清楚的認(rèn)識(shí)和明確的把握。目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的幾種計(jì)算方法，均是計(jì)算單一熱壓或單一風(fēng)壓作用下的空氣幕的，雖然人們已認(rèn)識(shí)到這是不合理的，但是目前還未有成熟的符合我國實(shí)際情況的方法1，從而造成空氣幕計(jì)算結(jié)果偏小的后果。為此，有必要對空調(diào)

3、建筑的空氣幕作用壓差進(jìn)展全面深化的分析，以便正確確定空氣幕作用壓差。建筑內(nèi)外空氣總作用壓差的形成建立在建筑物空氣質(zhì)量平衡的根底上。人們早已認(rèn)識(shí)到它與熱壓ph及風(fēng)壓p有關(guān)。但這并非全部。對建筑物空氣流動(dòng)的原因進(jìn)展全面分析，可知還有兩項(xiàng)對總作用壓差有重大影響的局部目前未引起足夠注意。首先是建筑物特別是空調(diào)建筑內(nèi)機(jī)械送風(fēng)和排風(fēng)量不平衡導(dǎo)致的室內(nèi)外空氣壓差，稱為機(jī)械壓p，如空調(diào)建筑保持的正壓。其次是建筑物自然浸透發(fā)生變化引起的室內(nèi)外空氣壓差變化，稱為平衡壓pe。實(shí)際建筑物內(nèi)外交外壓差即部作用壓差pz是這四個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，可用其代數(shù)和表示，即pz=p+ph+p-pe時(shí)11風(fēng)壓p室外空氣以一定速度流

4、動(dòng)，碰到建筑物后速度降低轉(zhuǎn)化為靜壓而形成風(fēng)壓p，可用下式表示：2式中-建筑風(fēng)壓系數(shù)，或稱空氣動(dòng)力系數(shù)，用以表達(dá)動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓的程度；-室外空氣密度，kg/3.v-室外風(fēng)速，/s.是建筑物在風(fēng)場中相對于風(fēng)向的形狀和方位的函數(shù)，在有關(guān)的手冊和專著中可查到。表1給出了長方形建筑的風(fēng)壓系數(shù)，可以大致上理解風(fēng)壓系數(shù)的分布情況。室外風(fēng)速v一般采用國家建筑氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中給出的季節(jié)最大頻率和風(fēng)向的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)是在地面以上10高度獲得的。實(shí)際上由于地形、高度和樹木及其他建筑遮擋的原因，一般建筑外表附近的風(fēng)速往往低于氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出的室外風(fēng)速，而10以上的風(fēng)速那么高于此數(shù)：長方形建筑的風(fēng)壓系數(shù)表1建筑方位垂直偏

5、斜迎風(fēng)面0.950.70側(cè)面-0.4-背風(fēng)面-0.15-0.503其中k=0.110.14。非高層建筑可不考慮此問題?，F(xiàn)有以自然通風(fēng)計(jì)算法為根底的空氣幕計(jì)算方法認(rèn)為只要不是迎風(fēng)面，為防止復(fù)雜計(jì)算，可忽略風(fēng)壓，僅計(jì)算熱壓引起的空氣流動(dòng)2。這種方法對以增大通風(fēng)量業(yè)排除余熱為目的的工業(yè)建筑通風(fēng)是有好處的，因?yàn)樗芗哟笥?jì)算的平安系數(shù)。但對以減小通過大門風(fēng)量為目的的空調(diào)建筑空氣幕設(shè)計(jì)，是不適宜的，因?yàn)椴荒艹浞挚紤]可能的最大壓力，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏小，使得空過空氣幕的風(fēng)量增加從而加大冷熱量的消耗。由表1，可知即使不是迎風(fēng)面，風(fēng)壓系數(shù)仍有相當(dāng)數(shù)值。另外，對于空調(diào)建筑物，由于夏季冷氣的流動(dòng)方向是由內(nèi)而外，背風(fēng)面

6、負(fù)壓加劇這種流動(dòng)。因此空氣幕計(jì)算中不管迎風(fēng)在還是背風(fēng)面，風(fēng)壓都不應(yīng)忽略。2熱壓ph室內(nèi)外空氣溫度不同而產(chǎn)生密度差，使同一高度上承受的氣柱壓力不同，導(dǎo)致空氣從冷側(cè)向熱側(cè)流動(dòng)的壓力稱為熱壓。熱壓用以下公式表式：45式中h-熱壓系數(shù)；h是建筑物內(nèi)部縱向隔斷狀況的函數(shù)。對高大廠房之類無內(nèi)部縱向隔斷的場合等于1.0；各層樓之間的樓梯間和電梯間均有門隔斷的現(xiàn)代建筑，h是等于0.653。其余根據(jù)內(nèi)部縱向隔斷程度在此區(qū)間取值；，h-分別是冷、熱側(cè)空氣密度，kg/3；H，h-分別是大門高度，建筑物最高排風(fēng)點(diǎn)高度，；HZ-空氣幕作用下中和面高度，由地面起算，；q,-分別是空氣幕效率和空氣幕作用下大門的流量系數(shù)；F

7、-大門面積，2；Fp-與大門處空氣流動(dòng)方向相反的空氣流動(dòng)總凈面積，2；F-與大門處空氣流動(dòng)方向一樣的空氣流動(dòng)總凈面積，2；由于現(xiàn)代空調(diào)建筑都采用鋁合金門窗，氣密性高，其縫隙的F值在10-5，大大小于一般工業(yè)廠房的10-3程度，所以二樓以上的一般房間幾乎沒有浸透，應(yīng)將注意力集中于大門、屋頂排風(fēng)口等處。中和面主度HZ主要與建筑高度、進(jìn)排風(fēng)面積比等因素有關(guān)。對一般建筑物為建筑高度的0.40.7倍。而建筑氣密性好的建筑，在設(shè)有帶空氣幕的開敞大門時(shí)，可能超出此范圍。3機(jī)械壓p為防止未經(jīng)處理的空氣無組織流入室內(nèi)，空調(diào)建筑往往通過送風(fēng)量大于排風(fēng)量的方式保持室內(nèi)正壓。這種由送風(fēng)和排風(fēng)量的不平衡造成的室內(nèi)外交困

8、壓差稱為機(jī)械壓。機(jī)械壓與風(fēng)壓、熱壓疊加使室內(nèi)外壓差增大。根據(jù)我國暖通空調(diào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，空調(diào)房間的正壓不應(yīng)大于50Pa。一般空調(diào)房間按5Pa正壓設(shè)計(jì)，實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)和設(shè)備情況的不同，空調(diào)房間的正壓從0到50Pa甚至更大，有一個(gè)很大的分布范圍。機(jī)械的大小于送排風(fēng)量之差及外圍護(hù)構(gòu)造上的開孔或縫隙面積有關(guān)，可按下式計(jì)算：6式中-機(jī)械壓系數(shù)，當(dāng)排風(fēng)量大于進(jìn)風(fēng)量，=1；否那么=-1；-進(jìn)排風(fēng)平均空氣密度，kg/3;Lj、Lp-分別是進(jìn)風(fēng)量，排風(fēng)量，3/s；Fi-進(jìn)排風(fēng)總凈面積，2，含設(shè)有空氣幕的敞開大門在內(nèi)。有效大門面積按下式計(jì)算：7q-空氣幕效率系數(shù)。在沒有確切的排風(fēng)量數(shù)據(jù)時(shí)，上式中的Lj、Lp也可以

9、用建筑物總的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)容量代替。但因送排風(fēng)管道阻力可能不同，會(huì)產(chǎn)生一定誤差。4平衡壓pe當(dāng)風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓共同作用建立起室內(nèi)外空氣壓差后，空氣在此壓差作用下將從圍護(hù)構(gòu)造上的孔洞和縫隙向壓力較小一側(cè)浸透，使得壓差逐漸下降，直至進(jìn)出建筑物的空氣量平衡，形成一個(gè)新的穩(wěn)定的總作用壓差為止。這種建筑物為保持空氣滲入和滲出量平衡而產(chǎn)生的壓差變化，稱不平衡壓。平衡壓與風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓的大小和圍護(hù)構(gòu)造的氣密性有關(guān)，可在后三項(xiàng)之和的030%之間4，必須通過整個(gè)建筑物的空氣質(zhì)量平衡計(jì)算才可算出：8式中I表示迎風(fēng)面，表示背風(fēng)面，風(fēng)壓與計(jì)算點(diǎn)方位有關(guān)，熱壓與計(jì)算點(diǎn)的高度有關(guān)，可用計(jì)算機(jī)采用疊代法計(jì)算。不便要用

10、上述方法計(jì)算時(shí)，也可采用以下結(jié)果偏大的公式近似計(jì)算5：9式中-分別是迎風(fēng)面、背風(fēng)面的風(fēng)壓，用式1計(jì)算；F，F(xiàn)-分別是空氣幕作用下迎風(fēng)面、背風(fēng)面的總開口縫隙凈面積，策2。其中設(shè)空氣幕的大門面積按式7計(jì)算。5各壓差成分對總作用壓差的影響及比例如上所述，建筑物內(nèi)外空氣總作用壓差p是風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓和平衡壓四個(gè)因素綜合作用的結(jié)果?？煞窈雎阅承┮蛩兀挥?jì)算其中的12項(xiàng)呢？以下通過一個(gè)例子來考察?！纠磕晨照{(diào)建筑總高27，內(nèi)設(shè)直接采光的中庭，中庭頂部設(shè)有排風(fēng)口，面積總計(jì)0.42，大門們地迎風(fēng)面，寬B=4.4，高H=2.5。單層鋁合金窗，窗縫總長L=2000；其他門處于背風(fēng)面，是經(jīng)常關(guān)閉的，門縫總長L=3

11、0；室內(nèi)溫度tn=26，=1.181kg/3，室外夏季空調(diào)計(jì)算溫度t=35，=1.146kg/3；室外平均風(fēng)速1.6/s；室內(nèi)新風(fēng)量為9.83/s，機(jī)械排風(fēng)量為83/s。計(jì)算空氣幕總作用壓差并比擬熱壓、風(fēng)壓、機(jī)械壓、平衡壓各局部相對大?！窘狻扛鶕?jù)pz=p+ph+p-pe由式29，分別計(jì)算出風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓、平衡壓的數(shù)值，列于表2。計(jì)算細(xì)節(jié)說明如下：計(jì)算例表2壓差組成熱壓ph風(fēng)壓p設(shè)備壓p平衡壓pe總壓差pz計(jì)算值Pa-0.751.39-1.700.54-1.59比例0.470.871.070.3411設(shè)計(jì)算對象近似矩形建筑，查得迎風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)=0.95，背風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)=-0.15，不考慮風(fēng)速

12、沿高度的變化。2車間建筑設(shè)計(jì)對稱，除大門以外，迎見面和背風(fēng)面的其他空氣流動(dòng)面積縫隙面積分布均勻，可認(rèn)為相等。3由9表3.23推得鋁合金窗窗縫F3.210-5，由5表4-4門縫F=0.014取空氣幕效率q=0.8，據(jù)4空氣幕射流角30，可用側(cè)送空氣幕的大門流量系數(shù)值。查5表4-3得=0.425，那么包含空氣幕的大門的迎風(fēng)面空氣流動(dòng)面積F和北風(fēng)面空氣流動(dòng)面積F分別為：F=4.42.5(1-0.8)0.245+20003.2010-5/3=0.562F=300.01+20003.2010-52/3+0.40.64=0.3+0.043+0.256=0.599(5)考慮到空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)管道的復(fù)雜，計(jì)算熱

13、壓時(shí)不計(jì)機(jī)械送排風(fēng)開口的影響。分析表2數(shù)據(jù)可看出：1由于總作用壓差是代數(shù)和，因此有可能出某項(xiàng)壓差絕對值大于總壓差的現(xiàn)象。2夏季空調(diào)建筑熱壓所占比例很校其原因首先是因?yàn)榭照{(diào)內(nèi)外溫差較小，假如按冬季空調(diào)，室內(nèi)20，室外-10時(shí)，經(jīng)試算熱壓將達(dá)2.93Pa，其絕對值大于總壓差。其次現(xiàn)代空調(diào)建筑門窗氣密性大大進(jìn)步，使得中和面高度降低，熱壓減少。假設(shè)按一般雙層鋼窗流量系數(shù)F=0.0014計(jì)，經(jīng)試算熱壓可達(dá)6.91Pa，其絕對值亦大于總壓差。由此可知，對夏季密閉良好的空調(diào)建筑，僅計(jì)算單一熱壓來確定空調(diào)建筑空氣幕時(shí)，計(jì)算結(jié)果將偏校本例中小50%以上，其他情況下偏小程度與風(fēng)速、溫差、排風(fēng)比和密閉程度有關(guān)。3設(shè)

14、備壓所占比例相當(dāng)大。本例中空調(diào)建筑為保持正壓而設(shè)置的風(fēng)機(jī)設(shè)備造成的壓力絕對值比總作用壓差還大，假設(shè)忽略不計(jì)將造成重大誤差。4風(fēng)壓所占比例較高。婁室外風(fēng)速較高時(shí)，風(fēng)壓絕對值有大于總作用壓差的可能。但由于平衡壓也隨風(fēng)速增大且與風(fēng)壓方向相反，局部抵消了風(fēng)壓的作用，故假設(shè)用單一風(fēng)壓計(jì)算空氣幕將有偏大和偏小兩種可能，其偏離程度與風(fēng)速、溫差、排風(fēng)比和密閉程度有關(guān)。6結(jié)論1目前國內(nèi)使用的空氣幕設(shè)計(jì)方法未全面考慮空調(diào)建筑空氣幕所實(shí)際隨的壓力，采用單一熱壓或風(fēng)壓做計(jì)算壓差，計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重偏小，不宜用于空調(diào)建筑物空氣幕計(jì)算。2空調(diào)建筑空氣幕總作用壓差應(yīng)綜合考慮熱壓、風(fēng)壓、機(jī)械壓及平衡壓，按式19計(jì)算。參考文獻(xiàn)1秦紅，空氣幕現(xiàn)有設(shè)計(jì)計(jì)算方法應(yīng)用與擴(kuò)展分析，2002年全國暖通空調(diào)制冷年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集2孫一堅(jiān)，簡明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，199931989ASHRAEHandbk-Heating,Ventilating,andAirnditiningF