通风空调系统的分区和气流组织

通风空调系统的分区和气流组织

庞海峰

宁夏天山海世界黄河明珠旅游文化有限公司 宁夏银川市 750001

摘要：随着人们工作和生活水平的提高, 对空调室内气流分布和室内空气品质提出了更高的要求. 当代空调技术的发展实际上是为促进人类居住的舒适性、健康性, 以及为保护地球环境、有效利用能源等各种可持续发展的需要而服务的。

通风空调系统设计中，系统的分区和气流组织直接影响使用效果，合理的设计分区和气流组织可以利用最小的设备和风量获得最佳的使用效果。

关键词：通风空调系统；分区；气流组织；

在空调房间内, 气流组织的好坏决定着室内空气的温度、相对湿度和洁净度, 因此, 空调房间内的气流组织是空调设计的重要内容. 有效地通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质, 控制室内空气污染物水平, 保证实现健康建筑、健康舒适性空调有着重要的意义。

一、通风空调系统的分区

1.通风空调系统分区。对于功能较复杂的建筑布局，不同使用功能的区域应对应选择适合的通风空调形式，充分利用气流组织。应将清洁空气送入对空气质量要求最高的区域，消除余热余湿并稀释空气后，流经对空气质量要求一般的区域，最后由污染区排至室外。例如：餐饮类建筑可将室外新鲜空气送入用餐区，再通过厨房区排至室外。

2.使用区与呼吸区。所谓呼吸区是指使用空间内距地高度为75 ～1 800 mm 、距墙或固定的空调设备600 mm 的区域。显然, 它是一个人员活动的区域。由于室内空气分布方式(送、回风口设置)及送风温度的不同,常有部分含有新风的一次风经送风口送入使用区后, 贴附着吊平顶(指呼吸区以上的位置)流向回风口直接被排走, 未进入人员呼吸区。这部分新风没有起到稀释人员呼吸区内污染物浓度的作用。只有那些进入呼吸区的新风才真正起到了稀释污染物浓度的作用。可见呼吸区与常用的使用区在概念上有很大区别。近年来, 人们逐步认识到室内污染物不仅来源于人体, 还来源于室内建筑材料和各种设备。我国现行规范将稀释室内建筑材料与设备运行散发的污染物所需新风量按人员密度折算到人均新风量标准中, 规定了人均新风量标准 。这种简化的折算方法忽视了人员密度的因素, 使得某些人员密度较大的通风分区(如会议室)的计算新风量会偏高,有时甚至高得难以接受, 而某些人员密度较小的通风分区(如个人办公室、过厅、走廊)的计算新风量则会偏低, 这明显不合理。区域空气分布效率定义为:在一定的送、回风方式及送风温度的条件下, 实际到达呼吸区的空气量与送入房间的空气量之比。

3.临界分区。变风量多分区空调系统所辖各通风分区所需新风比是不同的, 其中必有一个需求新风比最大的通风分区, 称为临界分区。当系统以同一新风比向各通风分区送风时, 其新风比必须满足临界分区新风比的要求, 这势必会使其他通风分区的新风比偏大。新方法承认多分区循环系统某些区域必须过量送新风, 以保证临界分区的新风供给;也承认来自“新风过量”区域中“未用完” 的新风可以再循环使用, 以减小系统总新风量。由于多分区系统各通风分区需求新风比的差异, 系统按一个新风比送风时, 总会有一些通风分区的新风量过剩, 未用完的新风通过排风和渗透流向室外。变风量系统在满足送风量分配的同时, 必须满足临界分区新风比的需求。然而, 变风量系统的临界分区是变化的, 譬如, 夏季时外区既有建筑围护结构负荷又有内热负荷, 送风量较大, 相比之下, 具有相同人员密度和新风需求量的内区仅有内热负荷, 送风量较小, 内区需求新风比较大, 可能成为临界分区;冬季时内区供冷, 风量较大, 相比之下, 外区供热时末端装置的一次风量通常仅为末端装置的最小风量, 外区的需求新风比较大, 可能成为临界分区;某些会议室等通风分区负荷相对较小, 而人员较多, 新风需求量和需求新风比较大, 很有可能成为临界分区。因此要注意风量合理分配，计算并结合调研，选择合适的新风比、换气次数。满足人员舒适度的前提下尽量减少风量总量，通过合理的分配以达到最佳的效果。控制风速，条件允许下尽量选择低风速送风，提高人员舒适度。

二、气流组织

通风的送风分布通常靠近地板, 送风速度一般为0 .02 ～ 0 .3 m/s, 送风的动量很低, 以致于对室内主导气流无任何实际的影响, 使得送风气流与室内空气的掺混量很小。送风温度与室温接近,送风温差仅为2 ～ 4 ℃。送入的新鲜空气因密度大在重力作用下先是下沉, 随后慢慢扩散, 像水一样弥漫在整个房间的底部, 在地板上某一高度内形成一个洁净的空气湖或空气池。当遇到热源时, 它被加热, 以自然对流的形式向上慢慢升起。室内热污染源产生的热浊气流由于浮力作用而上升, 并不断卷吸周围空气, 在热浊气流上升过程中的卷吸作用和后续新风的“推动”作用以及排风口的“抽吸” 作用下, 覆盖在地板上方的新鲜空气也缓慢向上移动, 形成类似向上的活塞流。同时污染物也被携带至房间的上部或向侧上部移动, 脱离人的停留区,最后将余热和污染物由排风口直接排出。置换通风系统带给室内空气环境如下一些特点:室内温度和污染物浓度呈层状分布, 底层为低温空气区, 也是人的停留区, 污染物浓度最低, 空气的品质最好;顶部为高温区, 余热和污染物主要集中在此区内, 温度最高, 污染物的浓度也最高。然而, 无论在低温区还是在高温区温度梯度和污染物浓度均很小, 整个区内均匀平和。室内空气的流动速度低, 速度场平稳, 呈层流或低紊流状态。首先因为以微风速送风, 送风区内无大的空气流动, 在微弱的压差作用下, 新风慢慢弥漫房间的底部区域, 吸收余热, 再以自然对流的形式向上慢慢升起。新鲜的冷空气流经人体时, 吸收了人体所释放的热量, 温度升高, 由于浮力的作用向上流动。当这些空气到达人体的上方后, 并没有垂直向上流动, 而是向右上角流去。同时还可以发现这部分流动的整个流动状态有些类似层流的流动, 几乎是单向而互不干扰。这就保证了流经每个人的空气都是没有被他人污染过的新鲜的空气,这是置换通风的突出优点。用工作区总体的上下温差来研究人体的热舒适是不适合的。在这种情况下, 对于研究人体热舒适来说, 有意义的工作区上下温差应为人体位置附近的上下温差。另外, 最佳的热舒适状态是“头凉脚暖”, 造成这种情况的原因是, 流经工作区的空气是人体释放的热量所驱动的, 因此, 温度分布上高下低。这是置换通风固有的缺陷, 如何在节能的基础上解决这个问题是今后进一步深入研究的对象。另外, 笔者还注意到,在整个断面上没有出现一般置换通风具有的顶部温度高的温度分层现象。笔者认为其原因是房间的空间较小, 工作区距回风口近, 流经工作区的热空气受回风口的吸引, 还没有到达房间的顶部就流到了回风口的位置。热墙所释放的热量对工作区几乎没有影响, 在具体设计空调系统时可以适当减少墙体的热负荷。

结语：

目前很多都是有关热源污染物在室内的扩散情况和影响因素的研究, 而冷源污染物扩散情况和影响因素研究不是十分完善, 还有待进一步深入。另外, 有关通风空调室内的流场、温度场的研究也较多, 而对室内相对湿度和洁净度即室内污染物浓度的研究则不够深入。

参考文献：

[1]倪波.置换通风的实验研究.暖通空调, 2017, (5) :2-4 .

[2]李龙宇, 李强民.置换通风的原理和应用.通风除尘,2017, (l) :27-31 .

[3]李晓洪卫.计算流体力学在建筑环境工程上的应用.暖通空调, 2017, (4) :31-36 .