空調(diào)房間氣流組織數(shù)值模擬和優(yōu)化課程(編輯修改稿)
2024-07-21 05:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 合理的組織室內(nèi)空氣的流動(dòng)和分布，使室內(nèi)工作區(qū)空氣的溫度、濕度、風(fēng)速和潔凈度能更好地滿足室內(nèi)人員的舒適感要求。只有合理的氣流組織才能充分發(fā)揮送風(fēng)的冷卻和加熱作用，均勻地消除室內(nèi)的冷(熱)、濕負(fù)荷，并有效的排除有害物和懸浮在空氣中的灰塵,滿足室內(nèi)人員對(duì)新鮮空氣的需求。好的通風(fēng)系統(tǒng)不僅要能夠給室內(nèi)體統(tǒng)一個(gè)健康、舒適的環(huán)境，而且要有很高的經(jīng)濟(jì)性。因此，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境等的特點(diǎn)和需要，采取最恰當(dāng)?shù)耐L(fēng)系統(tǒng)和氣流組織形式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效運(yùn)行，就顯得尤為重要。 常用的氣流組織形式在實(shí)際工程中，常用的氣流組織形式有：側(cè)送側(cè)回、上送下回、上送上回、下送上回等。 側(cè)送側(cè)回圖21 側(cè)送側(cè)回氣流分布側(cè)送側(cè)回的送風(fēng)口布置在房間的側(cè)墻上部，氣流橫向送出，氣流吹到對(duì)面墻上后下落到工作區(qū)，以較低速度流過(guò)工作區(qū)，再通過(guò)布置在同側(cè)墻下方的回風(fēng)口排出。側(cè)送側(cè)回形式中，工作區(qū)處于回流區(qū)，由于氣流在到達(dá)工作區(qū)之前，已經(jīng)和房間內(nèi)空氣進(jìn)行了比較充分的混合，使房間內(nèi)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)都趨于均勻和穩(wěn)定，因此能保證工作區(qū)具有穩(wěn)定和均勻的氣流速度和溫度。 上送下回圖22 上送下回氣流分布 這種氣流組織形式是將送風(fēng)口布置在房間上部，回風(fēng)口布置在下部。該氣流組織的優(yōu)點(diǎn)是送風(fēng)氣流不直接進(jìn)入工作區(qū)，有較長(zhǎng)的與室內(nèi)空氣混摻的距離，能夠形成比較均勻的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。 上送上回圖23 上送上回氣流分布這種氣流組織形式是將送風(fēng)口和回風(fēng)口布置都在房間上部，氣流能充分的流過(guò)工作區(qū)，對(duì)于那些因各種原因不能在房間下部布置回風(fēng)口的場(chǎng)合是相當(dāng)合適的。 下送上回圖24下送上回氣流分布這種形式的送風(fēng)口布置在下部，回風(fēng)口布置在上部，排風(fēng)溫度高于工作區(qū)的溫度，故具有一定的節(jié)能效果，同時(shí)有利于改善工作區(qū)的空氣質(zhì)量。對(duì)于室內(nèi)余熱量大，特別是熱源又靠近頂棚的場(chǎng)合，如計(jì)算機(jī)房，廣播電臺(tái)的演播大廳等，采用這種氣流組織形式是非常合適的，對(duì)于同側(cè)下送上回的氣流組織形式，氣流能吹過(guò)房間的每個(gè)角落，空調(diào)效果非常好。但是，下送方式要求降低送風(fēng)溫差，控制工作區(qū)內(nèi)的風(fēng)速。3 氣流組織和室內(nèi)舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)以人為主要服務(wù)對(duì)象的舒適性空調(diào)來(lái)說(shuō)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個(gè)方面。對(duì)大多數(shù)空調(diào)房問(wèn)來(lái)說(shuō)，相對(duì)濕度在一定范圍內(nèi)(30％～70％)對(duì)人體的舒適性影響不明顯，因此可以忽略空調(diào)房間內(nèi)濕度的影響，其主要考慮空氣溫度和氣流速度綜合作用。下面簡(jiǎn)要介紹一下常用的評(píng)價(jià)指標(biāo),包括不均勻系數(shù)、換氣效率、熱舒適性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及舒適性空調(diào)室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)[10][13][14]。 技術(shù)指標(biāo)（1） 不均勻系數(shù) 不均勻系數(shù)即空調(diào)房間室內(nèi)的溫度和風(fēng)速等參數(shù)的不均勻性，該方法是在室內(nèi)工作區(qū)內(nèi)選取n個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)得各點(diǎn)的風(fēng)速和溫度，求其算術(shù)平均值和均方根偏差，再求不均勻系數(shù)和和和和式中：n——測(cè)點(diǎn)數(shù) ——工作區(qū)測(cè)點(diǎn)的速度 ——n個(gè)測(cè)點(diǎn)的速度算數(shù)平均值 ——n個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度算數(shù)平均值 ——n個(gè)測(cè)點(diǎn)的速度均方根偏差 ——n個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度均方根偏差有由上面的定義式可見，越小，表示氣流分布的均勻性越好。（2） 換氣效率 換氣效率是衡量換氣效果優(yōu)劣的一個(gè)指標(biāo)，是氣流自身的特性參數(shù)，與污染物無(wú)關(guān)?？疾禳c(diǎn)換氣效果的優(yōu)劣取決于該點(diǎn)的局部平均空氣年齡(空氣年齡指空氣質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)入房間起至達(dá)到某點(diǎn)所需經(jīng)歷的時(shí)問(wèn))。因此，換氣效率可定義為理論上最短的換氣時(shí)間與實(shí)際換氣時(shí)間之比。換氣效率定義式：式中：——室內(nèi)空氣理論上的最短換氣時(shí)間 ——實(shí)際換氣時(shí)間 ——室內(nèi)平均空氣齡根據(jù)換氣效率的定義式可知，對(duì)于理想的活塞流，=/2，為100%；全面孔板送風(fēng)，ζ≈100%；對(duì)于混合流，=，為50%。當(dāng)換氣效率在50%以上時(shí)，認(rèn)為該氣流組織有較好的換氣效率。換氣效率低于50%的送風(fēng)系統(tǒng)在一定程度上意味著短路送風(fēng)。由于≧/2，所以換氣效率的值都在0~100%之間。即除單向流送風(fēng)外，任何送風(fēng)方式的換氣效率都小于1（3） 熱舒適性指標(biāo) 常見的熱舒適指標(biāo)有；有效溫度ET、吹風(fēng)感、和PMV—PPD指標(biāo)。 (1)有效溫度ET(Effective Temperature)的定義是“將干球溫度、濕度、空氣流速對(duì)人體冷熱感的影響的綜合數(shù)值，該數(shù)值等效于產(chǎn)生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度”。但有效溫度存在的缺陷是過(guò)高的估計(jì)了濕度在低溫下對(duì)涼爽和舒適狀態(tài)的影響。應(yīng)用最廣并成為ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)55—74中舒適指標(biāo)的是新有效溫度ET。ET指標(biāo)被定義為一個(gè)相對(duì)濕度為50％的等濕環(huán)境中的當(dāng)量干球溫度。該指標(biāo)只適用于著裝輕薄，活動(dòng)量小，風(fēng)速低的環(huán)境下。 (2)吹風(fēng)感有效吹風(fēng)感或稱有效吹風(fēng)溫度θ的定義：建議的舒適標(biāo)準(zhǔn)是： v式中：——室內(nèi)空氣溫度，℃ ——吹風(fēng)的溫度，℃ V——吹風(fēng)的速度，m/s（3）PMV—PPD指標(biāo) PMV—PPD指標(biāo)，是目前世界上廣泛采用的室內(nèi)環(huán)境舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)，ISO 7730對(duì)PMV—PPD指標(biāo)的推薦值為：PPD10%,～+，相當(dāng)于在人群中允許有10%的人感覺不滿意。 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 能量利用系數(shù)β是評(píng)價(jià)氣流組織的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，放映了投入能量的利用程度，其定義為：式中： ——送風(fēng)溫度 ——工作區(qū)設(shè)計(jì)溫度 ——排風(fēng)溫度 當(dāng)=時(shí)，β=，吸收余熱量后達(dá)到室內(nèi)溫度，并排出室外。 當(dāng)時(shí) ，β，氣流吸收部分余熱達(dá)到室內(nèi)溫度、且能控制工作區(qū)的溫度，且排風(fēng)溫度高于室內(nèi)溫度，經(jīng)濟(jì)性良好。 當(dāng)時(shí) ，β，送風(fēng)投入的能量沒有得到完全利用，使得工作區(qū)內(nèi)的溫度高于排風(fēng)溫度，經(jīng)濟(jì)性較差。 舒適性空調(diào)室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)根據(jù)我國(guó)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 500192003）的規(guī)定，舒適性空調(diào)室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)如下表[14]表31 空調(diào)房間舒適性的計(jì)算參數(shù)參數(shù)夏季冬季溫度（℃）22～2818～24相對(duì)濕度（%）40～6530～60風(fēng)速（m/s）≤≤4 空調(diào)房間的數(shù)值模擬過(guò)程 物理模型的建立以天津市某一辦公室空調(diào)房間為研究對(duì)象，辦公室長(zhǎng)X寬X高=6mx4mx3m，
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