建筑環(huán)境學(xué)第六章,通風(fēng)與氣流組織

建筑環(huán)境學(xué)第六章,通風(fēng)與氣流組織第一頁，共58頁。氣流組織對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的意義

氣流組織的定義狹義：機(jī)械通風(fēng)的送回風(fēng)的搭配形式廣義：一定的送風(fēng)口形式和送風(fēng)參數(shù)所帶來的室內(nèi)氣流分布(AirDistribution)送風(fēng)參數(shù)：風(fēng)量、風(fēng)速的大小和方向以及風(fēng)溫、濕度、污染物濃度等氣流組織的重要性：保證室內(nèi)熱濕環(huán)境和保證空氣品質(zhì)2第二頁，共58頁。本章內(nèi)容

室內(nèi)空氣環(huán)境營造方法室內(nèi)空氣環(huán)境的評價(jià)指標(biāo)主要評價(jià)指標(biāo)的測量方法3第三頁，共58頁。室內(nèi)空氣環(huán)境營造方法4第四頁，共58頁。室內(nèi)空氣環(huán)境的基本要求

滿足室內(nèi)人員對新鮮空氣的需求

保證主觀感受的滿意度

保證室內(nèi)人員的熱舒適

保證溫濕度、風(fēng)速要求

保證室內(nèi)污染物不超標(biāo)

各種污染物需要被稀釋和移除5第五頁，共58頁。室內(nèi)空氣環(huán)境營造的方法

通風(fēng)基本考慮單一參數(shù)控制，如溫度，污染物濃度等空氣調(diào)節(jié)多參數(shù)控制：調(diào)節(jié)溫度、濕度、流速、潔凈度、空氣成分、氣味等污染嚴(yán)重：直流式系統(tǒng)（即機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)）污染不很嚴(yán)重：部分回風(fēng)系統(tǒng)6第六頁，共58頁。通風(fēng)是最基本的方法

功能

對污染物與熱污染進(jìn)行移除通風(fēng)的方式

自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)

稀釋法（均勻混合）置換法（活塞置換）局部保障法（個(gè)性化送風(fēng)）7第七頁，共58頁。自然通風(fēng)利用自然的手段（熱壓、風(fēng)壓等）來促使空氣流動(dòng)而進(jìn)行的通風(fēng)換氣方式優(yōu)點(diǎn)不消耗動(dòng)力或消耗很少的動(dòng)力，節(jié)能可以用充足的新鮮空氣保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)不需要專用機(jī)房，不需要專門維護(hù)可以帶來較寬的舒適范圍

局限性受建筑設(shè)計(jì)限制，難以控制總通風(fēng)量

難以保證新風(fēng)在室內(nèi)得到合理的分布

室外污染嚴(yán)重（包括噪聲）時(shí)不適用氣候條件不適合時(shí)不適用

往往需要居住者進(jìn)行通風(fēng)口的調(diào)節(jié)8第八頁，共58頁。

基本原理：只要建筑開口兩側(cè)存在壓力差P，就會有空氣流過開口。流過的風(fēng)速為：驅(qū)動(dòng)力壓差熱壓：溫差引起的空氣密度差導(dǎo)致建筑開口內(nèi)外的壓差風(fēng)壓：室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開口處的壓差自然通風(fēng)的分類熱壓通風(fēng)風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風(fēng)自然通風(fēng)P9第九頁，共58頁。熱壓通風(fēng)hwnba10第十頁，共58頁。熱壓通風(fēng)的基本概念余壓11第十一頁，共58頁。多層建筑的熱壓引起的自然通風(fēng)余壓12第十二頁，共58頁。風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)13第十三頁，共58頁。風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)Pf

往往采用CFD或風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)的方法求取K值。風(fēng)壓系數(shù)14第十四頁，共58頁。風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)15第十五頁，共58頁。風(fēng)壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風(fēng)16第十六頁，共58頁。常見的自然通風(fēng)的形式中庭通風(fēng)風(fēng)井通風(fēng)單面通風(fēng)穿堂風(fēng)Crossventilation17第十七頁，共58頁。機(jī)械通風(fēng)利用機(jī)械手段（風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇等）產(chǎn)生壓力差來實(shí)現(xiàn)空氣流動(dòng)的方式優(yōu)點(diǎn)：可控制性強(qiáng)可通過調(diào)整通風(fēng)設(shè)備控制風(fēng)量可通過調(diào)整風(fēng)口、風(fēng)量等控制室內(nèi)氣流分布

局限性：成本高需要消耗能源初投資和運(yùn)行費(fèi)都比較高需要維護(hù)管理

設(shè)備需要占據(jù)空間，并可能帶來噪聲18第十八頁，共58頁。機(jī)械通風(fēng)氣流組織形式

混合通風(fēng)：稀釋法追求均勻的室內(nèi)環(huán)境混合后的空氣可能已被污染置換通風(fēng)：置換法保證人員呼吸區(qū)的環(huán)境要求下送風(fēng)，新鮮氣流先送入工作區(qū)個(gè)性化送風(fēng)：局部保障法滿足不同個(gè)體的特殊性要求工位送風(fēng)，獨(dú)立可調(diào)19第十九頁，共58頁。機(jī)械通風(fēng)的氣流組織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)20第二十頁，共58頁。Fanger

教授的比方：混合通風(fēng)置換通風(fēng)或個(gè)體送風(fēng)21第二十一頁，共58頁。混合通風(fēng)的氣流形式上送上回上送下回下送下回側(cè)送上下回22第二十二頁，共58頁。兩種典型的理想氣流分布均勻混合：氣流充分混合，各處參數(shù)完全一樣活塞流動(dòng)實(shí)際情況都不是均勻混合和活塞流動(dòng)，而要復(fù)雜得多理想的氣流分布形式23第二十三頁，共58頁。室內(nèi)空氣環(huán)境的評價(jià)指標(biāo)通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境理想稀釋與置換時(shí)的描述參數(shù)送風(fēng)有效性的描述參數(shù)污染物排除有效性的描述參數(shù)空氣擴(kuò)散性能與均勻指標(biāo)24第二十四頁，共58頁。通風(fēng)量與IAQ的關(guān)系一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境25第二十五頁，共58頁。通風(fēng)量與IAQ的關(guān)系美國(歐洲)對學(xué)校，辦公室的最新研究表明新風(fēng)量與SBS之間有著一定的關(guān)系，當(dāng)新風(fēng)量小于36m3/h人時(shí)，SBS問題變得顯著。關(guān)于人體代謝污染的問題，第一印象(FirstImpression)使80%的人能夠滿意的最小新風(fēng)量是27m3/h人，對于已適應(yīng)了室內(nèi)環(huán)境的90%的人能夠滿足的最小新風(fēng)量只需9m3/h人。一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境26第二十六頁，共58頁。新風(fēng)通風(fēng)換氣量常用民用建筑新風(fēng)量范圍以坐為主、少吸煙、久逗留場所

實(shí)際上，人體在靜坐至重勞動(dòng)狀態(tài)，肺通氣量為：11.6~80.4L/min人，即0.7~4.8m3/h人(實(shí)際為一半)一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境27第二十七頁，共58頁。新風(fēng)通風(fēng)換氣量

決定因素室內(nèi)污染物允許濃度室外污染物濃度室內(nèi)污染物發(fā)生量：發(fā)生量已知否？？？室內(nèi)污染物產(chǎn)生對換氣量的要求人體代謝生物污染：以CO2濃度或臭氣強(qiáng)度指數(shù)為指標(biāo)確定換氣量消除煙臭的要求根據(jù)吸煙量確定污染物發(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。一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境28第二十八頁，共58頁。通風(fēng)換氣量的評價(jià)指標(biāo)

換氣次數(shù)ACH(次/h)

反映了房間通風(fēng)量的大小

空間的名義時(shí)間常數(shù)(s)

換氣次數(shù)的倒數(shù)，用于評價(jià)空間稀釋情況的好壞一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境通風(fēng)量(m3/h)房間的容積(m3)29第二十九頁，共58頁。氣流分布與室內(nèi)環(huán)境的關(guān)系總新風(fēng)量滿足要求，是否意味著IAQ一定滿足要求？向室內(nèi)引入的新風(fēng)是否都進(jìn)入了呼吸區(qū)？室內(nèi)空氣更新的快慢如何？室內(nèi)污染物被轉(zhuǎn)移出去的速度如何？室內(nèi)空氣參數(shù)分布是否滿足要求？氣流組織包含的內(nèi)容風(fēng)速分布（風(fēng)速場或流場）溫度分布（溫度場）濕度分布（濕度場）污染物濃度分布（污染物濃度場，IAQ）一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境30第三十頁，共58頁。室內(nèi)空氣環(huán)境的描述參數(shù)如果室內(nèi)空氣均勻混合或者是理想活塞流，就可以用集總的參數(shù)對房間的通風(fēng)效果進(jìn)行總體評價(jià)實(shí)際環(huán)境通風(fēng)氣流組織評價(jià)的三類參數(shù)描述送風(fēng)有效性的參數(shù)，主要反映送風(fēng)能否有效到達(dá)考察區(qū)域以及到達(dá)該區(qū)域的空氣新鮮程度，如：空氣齡、換氣效率、送風(fēng)可及性描述污染物排除有效性的參數(shù)，主要反映污染物到達(dá)考察區(qū)域的程度以及到達(dá)該區(qū)域所需要的時(shí)間，如：污染物含量和排空時(shí)間、排污效率與余熱排除效率、污染物年齡、污染源可及性與熱舒適關(guān)系密切的有關(guān)參數(shù)，如：不均勻系數(shù)

、空氣擴(kuò)散性能指標(biāo)(ADPI)

一.通風(fēng)量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境31第三十一頁，共58頁。全面通風(fēng)的基本微分方程式

（均勻混合時(shí)的稀釋方程）質(zhì)平衡式：

QCSd+Md

-QCd

=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：MQ,CsCVC二.理想稀釋與置換時(shí)的描述參數(shù)或32第三十二頁，共58頁?；钊鲃?dòng)時(shí)的室內(nèi)參數(shù)特征房間的溫度、濕度和污染物濃度在經(jīng)過源之前等于送風(fēng)參數(shù)經(jīng)過源之后等于均勻混合后的參數(shù)，污染源僅影響下游濃度

描述參數(shù)

換氣次數(shù)名義時(shí)間常數(shù)二.理想稀釋與置換時(shí)的描述參數(shù)斷面流速流道總長度33第三十三頁，共58頁。1.空氣齡Airage

最早于20世紀(jì)80年代由Sandberg提出?？諝恺g是指送風(fēng)到達(dá)房間某點(diǎn)的時(shí)間。某點(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。如果某點(diǎn)的空氣年齡為的空氣微團(tuán)在某點(diǎn)空氣中所占的比例分布即概率分布f()，有累計(jì)分布函數(shù)則某點(diǎn)的平均空氣齡為PP三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)34第三十四頁，共58頁。與空氣齡相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)殘余時(shí)間(Residuallifetime)空氣從當(dāng)前位置到離開房間的時(shí)間rl駐留時(shí)間(Residencetime)空氣離開房間時(shí)空氣齡r也稱作“換氣時(shí)間”置換室內(nèi)全部現(xiàn)存空氣的時(shí)間

三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)35第三十五頁，共58頁。

房間平均空氣齡等于房間各點(diǎn)空氣齡的體平均典型流型的空氣齡活塞流：

r=e=np

＝e

/2=n

/2

均勻混合流：到處空氣齡都一樣

p

＝e非完全混合流：入口空氣年齡最年輕，出口年齡最老——如果沒有滯留區(qū)的話幾處典型的空氣齡PPCee三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)36第三十六頁，共58頁。2.換氣效率—不涉及污染源的位置

理論上最短的換氣時(shí)間是多少？

“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活塞流的平均空氣齡與實(shí)際通風(fēng)條件下房間平均空氣齡的比值為換氣效率（<1），反映了新鮮空氣置換原有空氣的快慢與活塞通風(fēng)下置換快慢的比值三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)37第三十七頁，共58頁。

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2.換氣效率—不涉及污染源的位置三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)38第三十八頁，共58頁。常見送回風(fēng)形式的換氣效率三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)39第三十九頁，共58頁。3.送風(fēng)可及性

AccessibilityofSupplyAir:ASA

傳統(tǒng)的氣流組織評價(jià)指標(biāo)，如空氣齡和換氣效率，均反映的是穩(wěn)態(tài)情況需要反映送風(fēng)在任意時(shí)刻到達(dá)室內(nèi)各點(diǎn)的能力，考慮有限時(shí)間內(nèi)送風(fēng)的有效性定義在流場不變的條件下，假設(shè)送風(fēng)口的空氣含有濃度為Cs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的可及性為送風(fēng)到達(dá)i點(diǎn)的百分比三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)40第四十頁，共58頁。不同時(shí)刻的送風(fēng)可及性發(fā)展情況（深色區(qū)域內(nèi)ASA大于0.5）三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)41第四十一頁，共58頁?？杉靶缘奈锢硪饬x

可及性是流場自身的特性，與送風(fēng)有無指示劑無關(guān)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)的相對程度單一風(fēng)口經(jīng)過足夠長時(shí)間后，空間各點(diǎn)的可及性均為1

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1三.送風(fēng)有效性的描述參數(shù)42第四十二頁，共58頁。1.排污效率：涉及污染源的位置排污效率充分混合流＝1

活塞流均勻污染源＝2

如果污染源在出口呢？污染源在入口呢？余熱排除效率用得熱代替污染物，溫度代替污染物濃度平均排污效率局部排污效率PCe,teCs,ts四.污染物排除有效性的描述參數(shù)43第四十三頁，共58頁。2.污染物含量與排空時(shí)間

室內(nèi)污染物總M()

在時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的污染物與排風(fēng)口排出的污染物總量之差，取決于通風(fēng)形式（例如：新風(fēng)存在短路則室內(nèi)污染物總量變大）穩(wěn)定條件下

排空時(shí)間：反映一定的氣流組織排除污染物的能力四.污染物排除有效性的描述參數(shù)污染源散發(fā)速率44第四十四頁，共58頁。3.污染物年齡與污染源可及性

污染物年齡——年齡越短，污染得越快污染物微團(tuán)的污染物年齡的概率分布函數(shù)A()與累計(jì)分布函數(shù)B()室內(nèi)某一點(diǎn)的污染物年齡cont是指該點(diǎn)所有污染物微團(tuán)的污染物年齡的平均值污染源可及性評價(jià)污染源在優(yōu)先時(shí)段內(nèi)對室內(nèi)環(huán)境的影響

假定送風(fēng)不含有污染物四.污染物排除有效性的描述參數(shù)穩(wěn)態(tài)排風(fēng)污染物平均濃度45第四十五頁，共58頁。不均勻系數(shù)

反映氣流溫度場和速度場的不均勻程度。t均方根偏差溫度不均勻系數(shù)五.空氣擴(kuò)散性能與均勻性指標(biāo)速度不均勻系數(shù)46第四十六頁，共58頁?？諝鈹U(kuò)散性能指標(biāo)ADPI

(AirDiffusionPerformanceIndex)

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ADPI的值越大，說明感到舒適的人群比例越大。在一般情況下，應(yīng)使ADPI≥80％

有效溫差五.空氣擴(kuò)散性能與均勻性指標(biāo)47第四十七頁，共58頁。氣流組織的測量與計(jì)算方法蹤氣體實(shí)驗(yàn)法測換氣次數(shù)測空氣齡測換氣效率48第四十八頁，共58頁。1.示蹤氣體試驗(yàn)法是研究建筑物空氣分布與滲透特性的重要手段示蹤氣體的目的是準(zhǔn)確標(biāo)識室內(nèi)空氣流動(dòng)特性，必須具有如下特點(diǎn)能夠完全跟隨空氣流動(dòng)具有可測性具有穩(wěn)定性，一般情況下不發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)無毒性常見的示蹤氣體包括甲烷、SF6、二氧化碳等。49第四十九頁，共58頁。示蹤氣體的常見釋放方法脈沖法（pulsemethod）在釋放點(diǎn)釋放少量的示蹤氣體，記錄測量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過程。上升法（step-upmethod）在釋放點(diǎn)連續(xù)釋放固定強(qiáng)度源的示蹤氣體，記錄測量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過程。下降法（或衰減法）(step-downordecaymethod)房間中示蹤氣體的濃度達(dá)到平衡狀態(tài)后，停止釋放示蹤氣體，記錄測量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過程。50第五十頁，共58頁。2.測換氣次數(shù)51第五十一頁，共58