環(huán)境建筑學(xué)-第6章氣流分布與室內(nèi)環(huán)境-wowowo654321

第六章

氣流分布與室內(nèi)環(huán)境清華大學(xué)建筑學(xué)院建筑技術(shù)科學(xué)系2004年1第1講通風(fēng)有效性的評(píng)價(jià)方法2氣流分布與熱濕環(huán)境和空氣品質(zhì)的關(guān)系廣義上講，受控對(duì)象所需要的熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)都是通過(guò)合適的氣流分布形成的（不論是自然對(duì)流，還是強(qiáng)制通風(fēng)）狹義的氣流分布指的是上（下、側(cè)、中）送上（下、側(cè)、中）回或置換送風(fēng)、個(gè)性化送風(fēng)等具體的送回風(fēng)形式；而廣義的氣流分布，是指一定的送風(fēng)口形式和送風(fēng)參數(shù)所帶來(lái)的室內(nèi)氣流相關(guān)參數(shù)分布(AirDistribution)。3理想的氣流分布形式兩種典型的理想氣流分布是均勻混合和活塞流動(dòng)均勻混合：室內(nèi)各種參數(shù)都完全一樣（空間各處均存在理想的攪拌裝置：攪拌但不帶入熱量等）活塞流動(dòng)：送入的空氣完全占有原來(lái)空氣的位置，二者不發(fā)生質(zhì)量和能量交換實(shí)際情況都不是均勻混合和活塞流動(dòng)，因此不同的氣流分布會(huì)形成完全不同的熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)4均勻混合時(shí)的室內(nèi)參數(shù)已知房間體積V(m3)，送風(fēng)量Q(m3/s)，單位體積余熱量（顯熱）q(W/m3)、余濕量W(g/m3s)、污染源S(g/m3s)；送風(fēng)溫度ti、絕對(duì)濕度di、污染物濃度Ci房間的溫度、濕度和污染物濃度由源強(qiáng)度和名義時(shí)間常數(shù)（換氣次數(shù)的倒數(shù)）確定，與源的具體位置無(wú)關(guān)5活塞流動(dòng)時(shí)的室內(nèi)參數(shù)已知房間體積V(m3)，送風(fēng)量Q(m3/s)，單位體積余熱量（顯熱）q(W/m3)、余濕量W(g/m3s)、污染源S(g/m3s)；送風(fēng)溫度ti、絕對(duì)濕度di、污染物濃度Ci房間的溫度、濕度和污染物濃度在經(jīng)過(guò)源之前等于送風(fēng)參數(shù)，經(jīng)過(guò)源之后等于均勻混合后的參數(shù)，即由源強(qiáng)度和名義時(shí)間常數(shù)（換氣次數(shù)的倒數(shù)）確定6實(shí)際氣流分布形式三種典型的送風(fēng)形式：混合通風(fēng)、置換通風(fēng)、個(gè)性化送風(fēng)7實(shí)際送風(fēng)的氣流形式幾種典型的氣流形式：上送上回、上送下回、下送下回、側(cè)送上下回8實(shí)際氣流的評(píng)價(jià)方法實(shí)際的氣流分布都不會(huì)是理想的氣流形式，空間各處的參數(shù)是不均勻的，且受送回風(fēng)形式（風(fēng)口位置、類型和數(shù)量，風(fēng)量）、送風(fēng)參數(shù)、污染源的強(qiáng)度和位置影響，因此需要對(duì)實(shí)際氣流分布好壞進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法根據(jù)通風(fēng)氣流的目的，氣流分布的評(píng)價(jià)分為三個(gè)方面通風(fēng)有效性排污有效性能量利用有效性與熱舒適9通風(fēng)有效性評(píng)價(jià)的三個(gè)方面空氣齡換氣效率可及性101空氣氣齡齡(AirAge)最早早于于20世紀(jì)紀(jì)80年代代由由Sandberg提出出。?？湛諝鈿恺g齡是是指指送送風(fēng)風(fēng)到到達(dá)達(dá)房房間間某某點(diǎn)點(diǎn)的的時(shí)時(shí)間間。。在房房間間內(nèi)內(nèi)污污染染源源分分布布均均勻勻且且送送風(fēng)風(fēng)為為全全新新風(fēng)風(fēng)時(shí)時(shí)，，某某點(diǎn)點(diǎn)的的空空氣氣齡齡越越小小，，說(shuō)說(shuō)明明該該點(diǎn)點(diǎn)的的空空氣氣越越新新鮮鮮，，空空氣氣品品質(zhì)質(zhì)就就越越好好。。11與空空氣氣齡齡相相關(guān)關(guān)的的兩兩個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)殘余余時(shí)時(shí)間間(Residuallifetime)空氣氣從從當(dāng)當(dāng)前前位位置置到到離離開(kāi)開(kāi)房房間間的的時(shí)時(shí)間間駐留留時(shí)時(shí)間間(Residencetime)空氣氣離離開(kāi)開(kāi)房房間間時(shí)時(shí)空空氣氣齡齡12空氣氣齡齡、、殘殘余余時(shí)時(shí)間間和和駐駐留留時(shí)時(shí)間間示示意意圖圖點(diǎn)P進(jìn)口出口進(jìn)口出口τr1τpτr13空氣氣齡齡的的頻頻率率分分布布函函數(shù)數(shù)和和累累積積分分布布函函數(shù)數(shù)從統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)角角度度來(lái)來(lái)看看，，房房間間中中某某一一點(diǎn)點(diǎn)的的空空氣氣由由不不同同的的空空氣氣微微團(tuán)團(tuán)組組成成，，這這些些微微團(tuán)團(tuán)的的年年齡齡各各不不相相同同。。因因此此該該點(diǎn)點(diǎn)所所有有微微團(tuán)團(tuán)的的空空氣氣年年齡齡存存在在一一個(gè)個(gè)頻頻率率分分布布函函數(shù)數(shù)f(τ)和累累計(jì)計(jì)分分布布函函數(shù)數(shù)F(τ)14空氣氣齡齡與與頻頻率率分分布布函函數(shù)數(shù)和和累累積積分分布布函函數(shù)數(shù)的的關(guān)關(guān)系系15幾處典典型的的空氣氣齡或或時(shí)間間出口處處的空空氣齡齡出口這這一點(diǎn)點(diǎn)的空空氣齡齡平均駐駐留時(shí)時(shí)間出口空空氣駐駐留時(shí)時(shí)間的的質(zhì)量量平均均房間平平均空空氣齡齡房間各各點(diǎn)空空氣齡齡的體體平均均16示蹤氣氣體利用示示蹤氣氣體研研究建建筑物物空氣氣分布布與滲滲透特特性是是通風(fēng)風(fēng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)量量的重重要手手段。。示蹤氣氣體的的目的的是準(zhǔn)準(zhǔn)確標(biāo)標(biāo)識(shí)室室內(nèi)空空氣流流動(dòng)特特性，，因此此必須須具有有被動(dòng)特特性，即能能夠完完全跟跟隨空空氣流流動(dòng)。。同時(shí)時(shí)，作作為在在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研究究中的的氣體體，必必須具具有可測(cè)性性，即能能夠使使用現(xiàn)現(xiàn)有儀儀器比比較方方便地地測(cè)量量出氣氣體的的濃度度。另另外，，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中應(yīng)應(yīng)用的的示蹤蹤氣體體需要要具有有穩(wěn)定性性，一般般情況況下不不與空空氣及及其他他物質(zhì)質(zhì)發(fā)生生物理理或化化學(xué)反反應(yīng)，，以及及無(wú)毒毒性等等。常見(jiàn)的的示蹤蹤氣體體包括括甲烷烷、SF6、二氧化化碳等等。17示蹤氣氣體的的常見(jiàn)見(jiàn)釋放放方法法脈沖法法（pulsemethod）：在釋放放點(diǎn)釋釋放少少量的的示蹤蹤氣體體，記記錄測(cè)測(cè)量點(diǎn)點(diǎn)處示示蹤氣氣體濃濃度隨隨時(shí)間間的變變化過(guò)過(guò)程。。上升法法（step-upmethod）：在釋放放點(diǎn)連連續(xù)釋釋放固固定強(qiáng)強(qiáng)度源源的示示蹤氣氣體，，記錄錄測(cè)量量點(diǎn)處處示蹤蹤氣體體濃度度隨時(shí)時(shí)間的的變化化過(guò)程程。下降法法（或或衰減減法））（step-downordecaymethod）：房間中中示蹤蹤氣體體的濃濃度達(dá)達(dá)到平平衡狀狀態(tài)后后，停停止釋釋放示示蹤氣氣體，，記錄錄測(cè)量量點(diǎn)處處示蹤蹤氣體體濃度度隨時(shí)時(shí)間的的變化化過(guò)程程。18脈沖法法測(cè)空空氣齡齡在通風(fēng)風(fēng)房間間的入入口釋釋放少少量示示蹤氣氣體，，記錄錄被測(cè)測(cè)點(diǎn)的的濃度度變化化過(guò)程程頻率分分布函函數(shù)空氣齡齡公式式Q為送風(fēng)風(fēng)量；；m為脈沖沖法釋釋放的的示蹤蹤氣體體的質(zhì)質(zhì)量19上升法法測(cè)空空氣齡齡在房間間入口口處恒恒定釋釋放示示蹤氣氣體，，記錄錄被測(cè)測(cè)點(diǎn)的的濃度度隨時(shí)時(shí)間變變化情情況累積分分布函函數(shù)空氣齡齡公式式為上升升法中中示蹤蹤氣體體的釋釋放速速率。。20下降法法測(cè)空空氣齡齡待通風(fēng)風(fēng)房間間各點(diǎn)點(diǎn)濃度度平衡衡后，，停止止示蹤蹤氣體體加入入，測(cè)測(cè)量被被測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的濃濃度變變化過(guò)過(guò)程累積分分布函函數(shù)空氣齡齡公式式212換氣效效率對(duì)于理理想““活塞塞流””的通通風(fēng)條條件，，房間間的換換氣效效率最最高。。此時(shí)時(shí)，房房間的的平均均空氣氣齡最最小，，它和和出口口處的的空氣氣齡、、房間間的名名義時(shí)時(shí)間常常數(shù)存存在以以下的的關(guān)系系：：22換氣效效率的的定義義及含含義定義實(shí)實(shí)際通通風(fēng)條條件下下房間間平均均空氣氣齡與與活塞塞流下下的比比值為為換氣氣效率率（該該值不不大于于1），它它反映映了新新鮮空空氣置置換原原有空空氣的的快慢慢與活活塞通通風(fēng)下下置換換快慢慢的比比較23常見(jiàn)送送回風(fēng)風(fēng)形式式的換換氣效效率ηa≈100％(a)近似活塞流ηa＝50～100％(b)下送上回ηa≈50％(d)上送上回ηa＝50％(c)頂送上回24房間平平均空空氣齡齡的測(cè)測(cè)量方方法脈沖法法上升法法下降法法其中Ce()是出口口處的的濃度度25以下降降法為為例證證明平平均空空氣齡齡公式式（1）26以下降降法為為例證證明平平均空空氣齡齡公式式（2）27空間各各點(diǎn)的的換氣氣效率率空間各各點(diǎn)的的換氣氣效率率空間各各點(diǎn)的的換氣氣效率率可以以大于于1，反映映了新新鮮空空氣替替換原原有空空氣的的有效效程度度283送風(fēng)可可及性性傳統(tǒng)的的氣流流組織織評(píng)價(jià)價(jià)指標(biāo)標(biāo)，如如空氣氣齡和和換氣氣效率率，均均反映映的是是穩(wěn)態(tài)態(tài)情況況近年來(lái)來(lái)的恐恐怖襲襲擊和和反恐恐通風(fēng)風(fēng)，以以及SARS期間有有害病病毒傳傳播的的范圍圍，使使人們們?cè)絹?lái)來(lái)越關(guān)關(guān)注有有限時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)送風(fēng)風(fēng)的有有效性性29送風(fēng)可可及性性的定定義在流場(chǎng)場(chǎng)不變變的條條件下下，假假設(shè)某某送風(fēng)風(fēng)口的的空氣氣含有有示蹤蹤氣體體（其其余風(fēng)風(fēng)口不不含示示蹤氣氣體，，房間間內(nèi)部部也無(wú)無(wú)源）），且且濃度度為Cs,i，則該送送風(fēng)口口對(duì)空空間任任一位位置在在時(shí)間間時(shí)的的可及及性定定義為為30可及性性的物物理意意義可及性性是流流場(chǎng)自自身的的特性性，與與示蹤蹤氣體體無(wú)關(guān)關(guān)可及性性反映映了在在一定定時(shí)間間內(nèi)，，各風(fēng)風(fēng)口送送風(fēng)到到達(dá)空空間各各點(diǎn)的的相對(duì)對(duì)程度度單一風(fēng)風(fēng)口經(jīng)經(jīng)過(guò)足足夠長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間間后，，空間間各點(diǎn)點(diǎn)的可可及性性均為為1多個(gè)風(fēng)風(fēng)口經(jīng)經(jīng)過(guò)足足夠長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間間后，，在空空間各各點(diǎn)的的可及及性和和為131送風(fēng)可可及性性的性性質(zhì)32送風(fēng)污污染物物濃度度的表表達(dá)式式當(dāng)房間間初始始濃度度均勻勻時(shí)，，若已已知各各入口口的送送風(fēng)濃濃度且且無(wú)內(nèi)內(nèi)部源源時(shí)，，各點(diǎn)點(diǎn)從開(kāi)開(kāi)始時(shí)時(shí)刻到到目前前的時(shí)時(shí)平均均濃度度可表表達(dá)為為：33穩(wěn)態(tài)送送風(fēng)可可及性性穩(wěn)態(tài)時(shí)時(shí)的送送風(fēng)可可及性性反映映了空空間各各點(diǎn)的的空氣氣有多多少來(lái)來(lái)自這這個(gè)風(fēng)風(fēng)口，，有多多少來(lái)來(lái)自那那個(gè)風(fēng)風(fēng)口根據(jù)送送風(fēng)可可及性性的大大小，，可以以確定定各風(fēng)風(fēng)口對(duì)對(duì)空間間各處處的影影響程程度，，從而而可更更有針針對(duì)性性地調(diào)調(diào)節(jié)各各送風(fēng)風(fēng)口的的參數(shù)數(shù)來(lái)改改變空空間各各處的的值34小結(jié)可以用用空氣氣齡、、換氣