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1、第六章通风与气气流组织织清华大学学 建筑筑学院建筑技术术科学系系1气流组织织对室内内环境质质量的意意义B气流组织织的定义义J狭义：机机械通风风的送回回风的搭搭配形式式J广义：一一定的送送风口形形式和送送风参数数所带来的室内内气流分分布(AAir Disstriibuttionn)送风参数数：风量、风速的大小和方向以及风温、湿度度、污染染物浓度度等B气流组织织的重要要性：J保证室内内热湿环环境和保保证空气气品质2本章内容容B通风（空空调）的的目的与与方法B室内气流流分布的的描述参参数B气流组织织的测量量与计算算方法3通风（空空调）的的目的与方方法4通风换气气或空气气调节B通风采用用稀释方法控制室
2、内环境J基本考虑虑单一参参数控制制，如温温度，污污染物浓浓度等B空气调节节J多参数控控制：调调节温度度、湿度度、流速速、洁净净度、空气成分分、气味味等J污染严重重：直流流式系统统（即机机械通风风系统）J污染不很很严重：部分回回风系统统5通风的方方式B自然通风风J利用自然然的手段段（热压压、风压压等）来来促使空空气流动动而进行行的通风换气方方式J特点不消耗动动力或消耗很少的动力，节能 可以以用充足足的新鲜鲜空气保保证室内内的空气气品质 受建建筑设计计和气候候条件限限制，难难以控制制B机械通风风J利用机械械手段（风风机、风风扇等）产产生压力力差来实实现空气气流动的的 方式J特点可控制性性强。可通过
3、调整风口、风量等控制室内气流分布 需要要消耗 能源初投资和和运行费费都比较较高6自然通风风B基本原理理：只要要建筑开开口两侧侧存在压压力差P，就就会有空气流流过开口口。流过过的风速速为： P2P2 PPB驱动力压差差J热压：温温差引起起的空气气密度差差导致建建筑开口口内外的的压差J风压：室室外绕流流引起建建筑周围围压力分分布的不不同形成成开口处处的 压差B自然通风风的分类类J热压通风风J风压通风风J风压和热热压的联联合作用用下的自自然通风风7热压通风风Pb + ( Pa ) = Pb + Pa = gh( w n )bwnha8热压通风风的基本本概念b余压oh2中和面oh1a9余压Lia (
4、tootall ) = Fdi (iout l ) H gg 1 / 11.5 11(1 + 1.5 )mii的自然通风的热压引起筑建层多 hhi iiLia = Fdi i ( ouut in )hi g 1 / 1.5Z10通风自然的下压作用风11风压作用用下的自自然通风风往往采用用CFDD或风洞模型型实验的的方法求取K值值。风压系数数PfPf = K2w2w12风洞模型型实验13风压和热热压的联联合作用用下的自然通风风Pb = Pxb K b2w2 w = Pxa + hgg ( w n ) K bw2w2wKbPxbbtw wtn nPxa14Pa = Pxa K a2w2wKaah常
5、见的自自然通风风的形式式中庭通风风由于受热热，气流上升升中间隔断断尽可能能小风井通风风空气从下面的开口进入单面通风风高度，hh高度，hh 穿堂风风Crosss vventtilaatioon15穿堂风最最大深度度 5mm机械通风风气流组组织形式式B混合通风风J追求均匀匀的室内环境J混合后的的空气可可能已被被污染B置换通风风J保证人员员呼吸区区的环境境要求J下送风，新新鲜气流流先送入入工作区区B个性化送送风J满足不同同个体的的特殊性性要求J工位送风风，独立立可调16机械通风风的气流流组织形形式B三种典型型的送风风形式J混合通风风J置换通风风J个性化送送风17混合通风风Fangger 教授的的比方
6、：置换通风风或个体送风风18混合通风风的气流流形式上送上回回上送下回回下送下回回侧送上下下回19室内气流流分布的的描述参数一. 通通风量二. 气气流分布布与室内内环境三. 空空气龄及及其他20室内气流流分布的的描述参参数通风量量通风量与与 IAAQ的关关系21室内气流流分布的的描述参参数通风量量通风量与与 IAAQ的关关系B美国(欧欧洲)对对学校，办办公室的的最新研研究表明明新风量与SSBS之之间有着着一定的的关系，当当新风量量小于36 mm3/h人人时，SSBS 问题变变得显著著。B关于人体体代谢污污染的问问题，第第一印象象 (FFirsstImprres sioon) 使 880%的的人能
7、够够满意的的最小新新风量是 227 mm3/h人人，对于于已适应应了室内内环境的的90%的的人能够够满足的的最小新新风量只只需 99 m33/h人人。22室内气流流分布的的描述参参数通风量量新风通风风换气量量常用民用用建筑新新风量范范围以坐为主主、少吸吸烟、久久逗留场场所活动强度静坐极轻轻中等重CO2 发生量量（m3/h.人人）0.011440.011730.02230.04410.07748不同 CCO2 允许浓浓度下必必须的新新风量（mm3/h.人）0.1%20.6624.7732.9958.66106.90.155% 1214.4419.2234.2262.330.2%8.510.221
8、3.5524.11 44 实实际上，人人体在静静坐至重重劳动状状态，肺肺通气量量为：11.66800.4 L/mmin人人，即00.7 4.8 mm3/h人人 (实实际为一一半)23室内气流流分布的的描述参参数通风量量新风通风风换气量量B决定因素素J室内污染染物允许许浓度J室外污染染物浓度度J室内污染染物发生生量：发发生量已已知否？B室内污染染物产生生对换气气量的要要求J人体代谢谢生物污污染：以以CO22浓度或或臭气强强度指数数为指标确确定换气气量J消除烟臭臭的要求求根据吸吸烟量确确定J污染物发发生量：VOCC等微量量产生的的污染难难以监测测，通风量的的确定仍仍然是需需要研究究的问题题。24室
9、内气流流分布的的描述参参数气流分分布与室室内环境境气流分布布与室内内环境的的关系B气流组织织包含的的内容J风速分布布（风速速场或 流场）J温度分布布（温度度场）J湿度分布布（湿度度场）J污染物浓浓度分布布（污 染物浓浓度场，IIAQ）B总新风量量满足要要求 ，是是否意味味着IAAQ一定定满足要要求？J向室内引引入的新新风是否否都进入入了呼吸吸区？J室内空气气更新的的快慢如如何？J室内污染染物被转转移出去去的速度度如何？J室内空气气参数分分布是否否满足要要求？25室内气流流分布的的描述参参数气流分分布与室室内环境境气流分布布(气流流组织)评价的的方法B通风气流流组织评评价的三三类参数数J描述送风
10、风有效性性的参数数，主要要反映送送风能否否有效到到达考察察 区域以以及到达达该区域域的空气气新鲜程程度，如如：空气气龄、换换气效率、送送风可及及性J描述污染染物排除除有效性性的参数数，主要要反映污污染物到到达考察察 区域的的程度以以及到达达该区域域所需要要的时间间，如：污染物物含 量和排排空时间间 、排排污效率率与余热热排除效效率 、污污染物年年龄 、 污染源源可及性性J与热舒适适关系密密切的有有关参数数，如：不均匀匀系数 、空气气扩 散性能能指标(ADPPI)B如果室内内空气充充分混合合，那么么就可以以用一个个集总的的 参数对对房间的的通风效效果进行行总体评评价26室内气流流分布的的描述参参
11、数气流分分布与室室内环境境理想的气气流分布布形式B两种典型型的理想气流分布J均匀混合合：气流流充分混混合，各各处参数数完全一一样J活塞流动动B实际情况况都不是是均匀混混合和活活塞流动动，而要要复杂得多多27室内气流流分布的的描述参参数气流分分布与室室内环境境全面通风风的基本本微分方方程式（均匀混混合时的的稀释方方程）BQCS d + MM d - Q CC d =VVdCddCC=V QCC s + M QCCdC QQC ss + M QC=dVB在通风量量Q一定定、室内内初始浓浓度为CC1的时候候，求C2与与通风时时间的关关系：Q，Css C Q MQ C 2 = C1 exxp+Q +
12、C s 1 exppV VMCV MMB稳定状态态的关系系式： C 2 = + C s 或 Q =Q C2 C s28室内气流流分布的的描述参参数气流分分布与室室内环境境活塞流动动时的室室内参数数B由源强度度和房间名义时间常数(换气次数的倒数)确确定等于送风风参数J经过源之之后等于于均匀混混合后的的参数 VV1n = =QnJ房间的温温度、湿湿度和污污染物浓浓度在经经过源之之前29室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他空气龄 Airr aggeB最早于220世纪纪80年年代由SSanddberrg提出出。空气气龄是指送风到到达房间间某点的的时间。B某点的空空气龄越越小，说说明该点点的空气
13、气越新鲜鲜，空气品质就就越好。B如果某点点的空气气年龄为为的空空气微团团在某点点空气中中所占的比比例分布布即概率率分布ff()，有B累计分布布函数f ( )d = F ( )00 ff ( )d = 1PB则某点的的平均空空气龄为为 p = f ( )d = 1 F ( )d00P30室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他与空气龄龄相关的的两个参参数B残余时间间(Residualliffetiime)J空气从当当前位置到离开房间的时间rlB驻留时间间(Residencetimme )J空气离开开房间时空气龄r进口 p + rl =rp也称作“换换气时间间”置换室内内全部现现存空气的时时间
14、进口点Prr1出口出口31室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他几处典型型的空气气龄B房间平均均空气龄龄J等于房间间各点空空气龄的的体平均均 piVip =VPeCeB典型流型型的空气气龄J活塞流：pp e / 2 r = e= nJ均匀混合合流：p er= 2p= 22 ePB非完全混混合流：入口空空气年龄龄最年轻轻，出口口年龄最最老如如果没有有滞留区区的话32室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他换气效率率不涉及及污染源源的位置置B理论上最最短的换换气时间间是多少少？J“理想活活塞流” 的换气气效率最最高，房房间的平平均空气龄最小小n e p理理想 = =22B换气效率率的定义
15、义J实际通风风条件下下房间平平均空气气龄与活活塞流的的平均空气龄的的比值倒倒数为换换气效率率（11），反反映了新新鲜空气置置换原有有空气的的快慢与与活塞通通风下置置换快慢的比较较 p理想na = 1100%p2 p33室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他换气效率率不涉及及污染源源的位置置B空间各点点的换气气效率的的定义 n 1000%i = piiB空间各点点的换气气效率可可以大于于1，反反映了新鲜鲜空气替替换原有有空气的的有效程程度34室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他常见送回回风形式式的换气气效率a1100a5501100(a)近近似活塞塞流(b)下下送上回回a550(c
16、)顶顶送上回回a550(d)上上送上回回35室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他一个对比比的概念念B排污效率率J充分混合合流 1J活塞流均匀污染染源 22也称：通通风效率率排污效率率：涉及及污染源源的位置置平均排污污效率=Ce C sC Cs CCe C s局部排污污效率 p =C p Cs如果污染染源在出出口呢？污染源在在入口呢呢？Ce, tePB余热排除除效率J用得热代代替污染染物，温温度代 替污染染物浓度度Cs, tsC , ta te t st =ta t s36室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他送风可及及性(清清华，220033)Acceessiibillityy
17、off Suupplly AAir: ASSAB传统的气气流组织织评价指指标，如如空气龄龄和换气气效率，均反映的的是稳态态情况B需要反映映送风在在任意时时刻到达达室内各各点的能能力，考考虑有限时时间内送送风的有有效性B定义J在流场不不变的条条件下，假假设某一一送风口口的空气气含有浓浓度为 Cs,i的指指示剂气气体，房房间内部部无源，则则该送风风口在历历时T后后 对空间间位置ii的可及及性为送风到达达i点的百分分比 C ( )dASA (T ) =0iiTC s ,i T37室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他不同时刻刻的送风风可及性性发展情情况（深色区区域内AASA大大于0.5）38室
18、内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他可及性的的物理意意义B可及性是是流场自自身的特特性，与与送风有有无指示示剂无关B可及性反反映了在在经历了了一定时时间后，各各风口送风到达达空间各各点的相相对程度度B单一风口口经过足足够长时时间后，空空间各点点的可及性均为为1B多个风口口经过足足够长时时间后，在在空间各各点的可及性和和为139室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他不均匀系系数B反映气流流温度场场和速度度场的不不均匀程程度。温度不均均匀系数数均方根偏偏差tti tkt =tt=(t ii t )2 ntt速度不均均匀系数数uku =u40室内气流流分布的的描述参参数空气龄龄与其他他空
19、气扩散散性能指指标ADDPI(Airr Diiffuusioon PPerfformmancce IIndeex)B定义J空间内满满足规定定风速和和温度要要求的测测点数与与总测点数之之比 11.7 ET 1.1的测测点数ADPII = 1000 总总测点数数B有效温差差ETT=( t - tnn)-77.666(Vii-0.15)BADPII的值越越大，说说明感到到舒适的的人群比比例越大。在在一般情情况下，应应使ADDPI8041气流组织织的测量量与计算方法1. 示示踪气体体实验法法2. 半半经验射射流公式式法3. 数数值求解解法(CCFD方方法)421.示踪踪气体试试验法B是研究建建筑物空气
20、分布与渗透特性的重要手段必须具有有如下特特点J能够完全全跟随空气流动J具有可测测性J具有稳定定性，一般情况下不发生物理或化学反应J无毒性B示踪气体体的目的是准确标识室内空气流动特性，B常见的示示踪气体包括甲烷、SF6、二氧氧化碳等等。43示踪气体体的常见见释放方方法B脉冲法（pulsemetthodd）J在释放点点释放少量的示踪气体，记录测量点处示踪气体浓浓度随时时间的变变化过程程。B上升法（step-upmetthodd）J在释放点点连续释放固定强度源的示踪气体，记录测量点处处示踪气气体浓度度随时间间的变化化过程。B下降法（或衰减法）(step-downor deccaymethhod)J房
21、间中示示踪气体的浓度达到平衡状态后，停止释放示踪气气体，记记录测量量点处示示踪气体体浓度随随时间的变化过过程。44下降法（衰衰减法）测测空气龄龄B待房间内内各点浓浓度稳定定后，停停止示踪踪气体加加入， 测量被被测点的的浓度变变化过程程B空气龄的的累积分分布函数数F ()1 F ( ) =C p ( )C p ( 0)Cp(00)F() Cpp(0)f ( )d =B空气龄公公式pp =0C p ( )dC p (0) =0C p ( )dC p (0) Cpp()45脉冲法测测空气龄龄B在通风房房间的送送风口释释放少量量示踪气气体，记记录被测点点的浓度度变化过过程B概率分布布函数B空气龄公公式
22、 C p ( )C p ( )=f ( )C p ( )d (m / Q)0 p= CC ( )d= C ( )d0p0p0 C p ( )d(m / Q)送风量46释放的示示踪气体体的质量量上升法测测空气龄龄B在房间送送风口处处恒定释释放示踪踪气体，记记录被测测点的浓度度随时间间变化情情况B累计分布布函数与概率分布函数之间的关系为0f ( )d = F ( ) CC p ( ) C p ( )=F ( )&C p ( ) ( mm / Q )B累积分布布函数B空气龄公公式0 p = 1 F ( )d = 1 0C p ( ) &(mm / Q )d送风量47示踪气体体的释放放速率房间平均均空
23、气龄龄的测量量方法B脉冲法 1p =2 C ( )d CC ( )d20e0e Cee ( )0 (11 Ce () )dB上升法p = Ce ( )0 (1 Ce () )dB下降法p =0Ce ( )dCe ( )d480平均空气气龄公式式怎么来来的？以下下降法为例证明pB基本公式式B边界条件件B则有 00 C p ( )d=C p ( 0)M (00) = C (0)V = C p (0)V ,M ( ) = 0M ( ) = C p ( )dV = M (0) Q CC e ( )dV0M ( ) = QCC e ( ) 1M ( )dQ CC e ( )d = 00 11M ( )
24、0Q 1= Q d ( M ( )0=+1Q0 11M ( )d = Q M ( )d049平均空气气龄公式式怎么来来的？以下下降法为例证明(2)p =1V pp dVV =V C p ( )dVdd M ( )d0VVC (0)=0M ( 0)Q CC e ( )d=0M ( 0)= C e ( )d00C e ( )d502.半经经验射流流公式法法B内容和来来源J采用射流流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流流轨迹等等进行预预测J基于某些些标准或理想条件理论分析或试验B缺陷J不能用于于分析复复杂空间间，应用用受制约约J只能给出出室内的一些集总参数性的信息B折衷的方方法：区区域模型型J
25、区域内集集总参数J区域间考考虑存在热质交换513. 数数值求解解法B计算流体体力学方方法的引引入CCFD方方法J特点：依依据室内内空气流流动的数数学物理理模型，在在计算机机上做虚虚 拟实验验J原理：对对连续方方程、动动量方程程、能量量方程和和组分方方程进行行离 散数值值求解B优点J成本低、速速度快J应用范围围广，提提供信息息全面B缺点：可可靠性问问题J人们对湍湍流的机机理尚无无清楚认认识，缺缺乏完整整的湍流流理论，需需要依赖半半经验的的方法J边界条件件需要简简化：送送风口入入流、壁壁面边界界条件、室室内热源源 分布等等523. 数数值求解解法示例例B置换通风风数值求求解方法法的空间间模型1-壁
26、橱橱，2-桌子3-计算算机，44-人5-灯，66-送风风口7-回风风口53置换通风风的速度度场54置换通风风的温度度场55置换通风风的污染染物浓度度场B置换通风风送风形式，污染物浓度高的部位在上方。56置换通风风的空气气年龄场场B置换通风风送风形形式，空空气年龄龄长的部部位在上方。年年龄单位位：秒。57不同气流流分布预预测方法法的特点点比较预测方法法比较项目目房间形状状复杂程程度对经验参参数的依依赖性预测成本本预测周期期结果的完完备性结果的可可靠性实现的难难易程度度适用性简单几乎完全全最低最短简略差很容易机械通风风，且与与实际射流条条件有关关较复杂很依赖较低较短简略差很容易机械和自自然通风风，
27、一定条条件基本不限限一些较昂贵较长最详细较好较容易机械和自自然通风基本不限限不依赖最高最长较详细最好很难机械和自自然通风58射流公式式区域模型型CFD模型实验验常用的气气流分布布计算CCFD软软件BPHOEENICCSJ英国19981年年推出的的商业软软件，针针对暖通通空调的的FLAIIRE，可可以求解解PMVV和空气气龄BFLUEENTJ美国，11983年。Airpack具有风口模型、新零方程湍流模型型等，并并且可以以求解PPMV、PPD和空空气龄BSTACCH33J清华大学学90年年代开发发，有各各种针对对暖通空空调应用用的模型和和功能59思考题B自然通风风的驱动动力是什什么？有有何特点点
28、？一般般应用于哪些些场合？B试分析采采用示踪踪气体测测量空气气龄的三三种释放放方下降法（或或衰减法法）B试推导均均匀混合合通风时时空气龄龄、换气气效率、可可及性的表表达式 (房间间名义时时间常数数已知)法的优缺缺点：（11）脉冲冲法；（22）上升升法；（33）60思考题B请给出活活塞流在在以下状状态下的的排污效效率，并并分析合理的的送排风风口位置置与污染染源位置置应该是是什么关系才才能获得得比较好好的室内内环境质质量？污染源在在出口时污染源在在入口时时B稳态通风风情况下下，在空空间均布布的单位位体积源源作用时，室室内污染染物浓度度的分布布规律与与房间空空气龄的分布布规律一一样吗？61谢谢！62