四、气流组织的设计计算气流组织设计的任务就是合理地组织室内空气的流动与分布、确定送风口的型式、数量与尺寸,使工作区的风速与温差满足工艺要求及人体舒适感的要求。

气流组织的效果可以用空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)来评价,它定义为工作区内各点满足温度、湿度与风速要求的点占总点数的百分比。

可以通过实测来确定。

以下介绍几种气流组织的设计方法。

气流组织设计一般需要的已知条件如下:房间总送风量0L (m 3／S );房间长度L (m );房间宽度W (m );房间净高H (m);送风温度0t (℃);房间工作区温度n t (℃);送风温差0t ∆(℃)。

气流组织设计计算中常用的符号说明如下:ρ——空气密度,取1、2 (kg/m 3);p C ——空气定压比热容,取1、01 kJ ／(kg ·℃);0L ——房间总送风量(m 3／S);L ——房间长度(m);W ——房间宽度(m);H ——房间净高(m);x ——要求的气流贴附长度(m),x 等于沿送风方向的房间长度减去1 m;0t ——送风温度(℃);n t ——房间工作区温度(℃);0/d F n ——射流自由度,其中n F 为每个风口所管辖的房间的横截面面积(m 2);0d ——风口直径,当为矩形风口时,按面积折算成圆的直径(m)。

(一)侧送风的计算除了高大空间中的侧送风气流可以瞧做自由射流外,大部分房间的侧送风气流都就是受限射流。

侧送方式的气流流型宜设计为贴附射流,在整个房间截面内形成一个大的回旋气流,也就就是使射流有足够的射程能够送到对面墙(对双侧送风方式,要求能送到房间的一半),整个工作区为回流区,避免射流中途进人的工作区。

侧送贴附射流流型如图6-10所示 (图中断面I-I 处,射流断面与流量都达到了最大,回流断面最小,此处的回流平均速度最大即工作区的最大平均速h υ)。

这样设计流型可使射流有足够的射程,在进人工作前其风速与温差可以充分衰减,工作区达到较均匀的温度与速度;使整个工作区为回流区,可以减小区域温差。

因此,在空调房间中,通常设计这种贴附射流流型。

在布置送风口时,风口应尽量靠进顶棚,使射流贴附顶棚。

另外,为了不使射流直接进入工作区,需要一定的射流混合高度,因此侧送风的房间不得低于如下高度:3.007.0+++='s x h H m (6-8)式中 h ——工作区高度,1、8～2、0m;s ——送风口下缘到顶棚的距离(m ),见图6-10;0、3m —安全系数。

侧送风气流组织的设计步骤:(1)根据允许的射流温度衰减值,求出最小相对射程 在空调房间内,送风温度与室内温度有一定温差,射流在流动过程中,不断掺混室内空气,其温度逐渐接近室内温度。

因此,要求射流的末端温度与室内温度之差x t ∆小于要求的室温允许波动范围。

射流温度衰减与射流自由度、紊流系数、射程有关,对于室内温度波动允许大于1℃的空调房间,射流末端的x t ∆可为1℃左右,此时可认为射流温度衰减只与射程有关。

中国建筑科学研究院通过对受限空间非等温射流的实验研究,提出温度衰减的变化规律,见表6-4。

表6-4 受限射流温度衰减规律注:①x t ∆为射流处的温度x t 与工作区温度n t 之差; 0t ∆为送风温差。

②试验条件:0/d F n =21、2～27、8。

2.计算风口的最大允许直径m ax ,0d 根据射流的实际所需贴附长度与最小相对射程,计算风口允许的最大直径m ax ,0d ,从风口样本中预选风口的规格尺寸。

对于非圆形的风口,按面积折算为风口直径,即00128.1F d = (6-9) 式中 0F ——风口的面积(m 2)。

从风口样本中预选风口的规格尺寸,0d ≤m ax ,0d 。

3.选取送风速度口0υ,计算各风口送风量 送风速度0υ如果取较大值,对射流温差衰减有利,但会造成回流平均风速即要求的工作区风速h υ太大。

h υ与0υ及0/d F n 有关,见式(6-7),而h υ可根据要求的工作区风速或按工作区要求的温湿度来确定。

为了防止送风口产生噪声,建议送风速度采用0υ=2～5 m/s;当h υ=0、25 m/s 时,其最大允许送风速度列于表6-5。

表6-5 最大允许送风速度确定送风速度后,即可得送风口的送风量为20004C d L πυ= (6-10) 式中 C ——为风口有效断面的系数,可根据实际情况计算确定;或从风口样本上查找,一般送风口C 为0、95,对于双层百叶风口C 约为0、70～0、82。

4.计算送风口数量n 与实际送风速度0l L n = (6-11) 实际送风速度 20004/d nL ⨯=πυ (6-12) 5.校核送风速度 根据房间的宽度W 与风口数量,计算出射流服务区断面为n WH F n /= (6-13) 由此可计算出射流自由度0/d F n ,由式(6-7)可知,当工作区允许风速为0、2～O 、3m/s 时,允许的风口最大出风风速为0max ,0)43.029.0(d F ～n =υ (6-14)如果实际出口风速0υ≤m ax ,0υ,则认为合适;如果0υ＞m ax ,0υ,则表明回流区平均风速超过规定值,超过太多时,应重新设置风口数量与尺寸,重新计算。

6.校核射流贴附长度贴附射流的贴附长度主要取决于阿基米德数Ar ,Ar 数愈小,射流贴附的长度愈长;Ar 数愈大,贴附射程愈短。

中国建筑科学研究院空气调节研究所通过实验,给出阿基米德数与相对射程之间的关系,见表6-6。

表6-6 射流贴附长度从表6-6中查出与阿基米德数对应的相对射程,便可求出实际的贴附长度。

若实际贴附长度大于或等于要求的贴附长度,则设计满足要求;若实际的贴附长度小于要求的贴附长度,则需重新设置风口数量与尺寸,重新计算。

【例6-1】 已知房间的尺寸为L =6m ,W =21m ,净高H =3、5m ,房间的高符合侧送风条件,总送风量0L =3000m 3/h ,送风温度0t =20℃,工作区温度n t =26℃。

试进行气流组织设计。

【解】 0L =3000m 3/h =0、83 m 3/s 。

(1)取x t ∆=1℃,因此167.06/1/0==∆∆t t x ;由表6-5查得射流最小相对射程6.16/0=d x 。

(2)设在墙一侧靠顶棚安装风管,风口离墙为0、5m ,则射流的实际射程为m 5m )16(=-=x m ;由最小相对射程求得送风口最大直径3.0m )6.16/5(max ,0==d m 。

选用双层百叶风口,规格为300mm ×200mm 。

根据式(6-9)计算风口面积当量直径(3)取30=υm/s ,8.0C =,计算每个送风口的送风量0l 。

(4)计算送风口数量n从而实际的风口送风速度为(5)校核送风速度射流服务区断面积 22m 25.12m )6/5.321(/=⨯==n WH F若以工作区风速不大于0、2m/s 为标准,则 因0υ＜m ax ,0υ,可以达到回流平均区风速≤0、2m/s 的要求。

(6)校核射流贴附长度根据式(6-5)有从表6-6可查得,相对贴附射程为21m ,因此,贴附射程为(21×0、276)m =5、8m ＞5m ,满足要求。

以上的计算步骤与实例适用于对温度波动范围的控制要求并不严格的空调房间。

对于恒温恒湿空调房间的气流分布设计参阅有关文献。

(二)散流器送风的设计计算散流器应根据《采暖通风国家标准图集》与生产厂样本选取。

散流器送风的气流流型有平送与下送两种典型的送风方式。

设计顶棚密集布置散流器下送时,散流器形式应为流线型。

在此仅讨论平送方式。

气流流型为平送贴附射流,有盘式散流器、圆形直片式散流器、方形片式散流器与直片形送吸式散流器。

根据空调房间的大小与室内所要求的参数,选取散流器个数。

一般按对称位置或梅花形布置(图6-11),梅花形布置时每个散流器送出气流有互补性,气流组织更为均匀。

圆形或方形散流器相应送风面积的长宽比不宜大于1:1、5。

散流器中心线与侧墙的距离,一般不应小于1m 。

布置散流器时,散流器之间的间距及离墙的距离,一方面应使射流有足够射程,另一方面又应使射流扩散效果好。

布置时充分考虑建筑结构的特点,散流器平送方向不得有障碍物(如柱)。

每个圆形或方形散流器所服务的区域最好为正方形或接近正方形。

如果散流器服务区的长宽比大于1、25时,宜选用矩形散流器。

如果采用顶棚回风,则回风口应布置在距散流器最远处。

散流器送风气流组织的计算主要就是选用合适的散流器,使房间内风速满足设计要求。

根据P 、J 杰克曼(P 、J 、Jackman)对圆形多层锥面与盘式散流器实验结果综合的公式,散流器射流的速度衰减方程为: 02/100x x KF x +=υυ (6-15) 式中 x ——射程(m ),样本中的射程指散流器中心到风速为0、5m/s 处的水平距离;x υ——在x 处的最大风速(m/s );0υ——散流器出口风速(m/s );0x ——平送射流原点与散流器中心的距离(m ),多层锥面散流器取0、07m ;0F ——散流器的有效流通面积(m 2);K ——送风口常数,多层锥面散流器为1、4,盘式散流器为1、1。

工作区平均风速m υ(m/s )与房间大小、射流的射程有关,可按式(6-16)计算2/122)4/(381.0H l x m +=υ (6-16) 式中 l ——散流器服务区边长(m );当两个方向长度不等时,可取平均值;H ——房间净高(m)。

式(6-16)就是等温射流的计算公式。

当送冷风时,应增加20％,送热风时减少20％。

散流器平送气流组织的设计步骤:1.按照房间(或分区)的尺寸布置散流器,计算每个散流器的送风量。

2.初选散流器 按表6-7选择适当的散流器颈部风速0υ',层高较低或要求噪声低时,应选低风速;层高较高或噪声控制要求不高时,可选用高风速;选定风速后,进一步选定散流器规格,可参瞧有关样本。

表6-7 送风颈部最大允许风速选定散流器后可算出实际的颈部风速,散流器实际出口面积约为颈部面积的90％,所以:9.000υυ'=(6-17) 3.计算射程由式(6-15)推得:02/100x F K x x -=υυ (6-18)4.校核工作区的平均速度 若m υ满足工作区风速要求,则认为设计合理;若m υ不满足工作区风速要求,则重新布置散流器,重新计算。

【例6-2】 某15m ×15m 的空调房间,净高3、5m ,送风量为1、62m 3/s ,试选择散流器的规格与数量。

【解】 (1)布置散流器 采用图6-11(a)的布置方式,即共布置9个散流器,每个散流器承担5m ×5m 的送风区域。