低温度送风气流沿地面扩散开来,在下部形成一层温度较低的送风气流,室内的人体和热物体使其周围的空气受热上升,污染热气流从上部的回风口排出室外。送风气流不断补充、置换上升的热气流,形成接近单向的向上气流。这种气流分布模式是置换通风的最基本形式。
⑵特点:通风效率和温度效率都很高,换气效率ηa约为0.5-0.67。
下部送风还有座椅送风方式,即在座椅下或椅背处送风。通常用于影剧院、体育馆的观众厅。
注意:下部送风垂直温度梯度都较大,设计时应进行校核。
送风温度不应太低,避免足部有冷风感。
下部送风适用于计算机房、办公室、会议室、观众厅等场合。
10.4 室内气流分布的设计计算
气流分布设计(气流组织设计)的任务:选择气流分布形式,确定送、回风口的形式、数量、尺寸及布置,计算送风射流参数。
10.4.1 侧送风的计算
1.受限气流的基本概念
除高大空间中的侧送风气流可看作自由射流外,大部分房间的侧送风气流(如图10-9),都是受限射流。射流的边界受到房间顶棚、墙等限制影响。
⑴气流分布
前苏联学者研究表明:
气流从风口喷出后的开始阶段仍按自由射流的特性扩散,射流断面与流量逐渐增大,边界为一直线;
当射流断面扩展到房屋断面的20%-25%时,射流断面扩展的速度比自由射流要缓慢;
当射流断面扩展到房屋断面的40%-42%时,射流断面和流量都达到最大(图10-12中断面Ⅰ-Ⅰ),之后断面和流量逐渐减小,直到消失。
图10-12 受限射流断面图
⑵射流受限的程度
用射流自由度Ad0来表示,其中A为房间的断面积,m2,当有多股射流时,A为射流服务区域的断面积;d0为风口的直径,m,当为矩形风口时按面积折算成圆的直径。
⑶回流最大平均速度
回流区中风速最大断面应在射流扩展到最大断面积的断面处(图10-12中I-I断面),因这里是回流断面最小的地方。
试验结果表明,回流最大平均速度(即工作区的最大平均速度)vr,max(m/s)与风口出口风速v0(m/s)有如下关系:
vr,manA?0.69 (10-9)
v0d0如果工作区允许最大风速为0.2-0.3m/s,则允许最大的出口风速为 (10-10) d0另外,出口风速还应考虑噪声的要求,一般宜在2-5m/s内选取;对噪声控制要求高的场合,风速应取小值。
⑷温度衰减的变化规律
v0,man?(0.29~0.43)A在空调房间内,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。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,可认为只与射程有关。
温度衰减的变化规律,见表10-1。
温度衰减的变化规律 表10-1 x/d0 2 4 6 8 10 15 20 25 30 40 Δtx/Δts 0.54 0.38 0.31 0.27 0.24 0.18 0.14 0.12 0.09 0.04 ⑸射流的贴附长度
当送冷风时,射流将较早地脱离顶棚而下落。射流的贴附长度与射流的阿基米得数Ar有关,即
gdo?ts (10-11) Ar?2v0Tr式中 Δts--送风温差,即室内工作区温度tr与送风温度ts之差,℃;Tr=273+tr,
K;
g--重力加速度,m/s2。
Ar数愈小,射流贴附长度愈长;Ar愈大,贴附射程愈短。
射流贴附长度 表10-2 Ar(×10) 0.2 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 9.0 11 x/d0 80 51 40 35 32 30 28 26 23 21 313 19 ⑹房间高度
在布置风口时,风口应尽量靠近顶棚,使射流贴附顶棚。另外,为了不使射流直接到达工作区,侧送风的房间高度H≮H′
H??h?0.07x?s?0.3 (10-12)
式中 h--工作区高度,1.8-2.0m;x和s见图9-12所示;0.3m为安全裕度。 2.气流组织设计要求
⑴气流组织设计时,要求射流贴附长度达到对面墙0.5m处;
⑵要求该处的射流温度与工作区温度之差为1℃左右;如果是恒温恒湿空调房间,应根据允许温度波动值来确定。
3.气流组织设计计算方法及计算步骤
(1)按允许的射流温度衰减值,求出射流最小相对射程x/do。对于舒适性空调,射流末端温差Δtx可取1℃左右。
(2)根据射流的实际长度和最小相对射程,计算风口允许的最大直径d0,max。从风口样本中预选风口的规格尺寸。对于非圆形的风口,按面积折算风口直径,即
d0?1.128A0 (10-13) (3)设定风口数量n,计算风口的出风速度,即
?Vv0? (10-14)
?A0n式中ψ为风口有效断面系数,可根据实际情况计算确定,或从风口样本上查找,对于双层百叶风口约为0.72-0.82。出口风速一般不宜大于5m/s。 (4)根据房间的宽度B和风口数计算出射流服务区断面为
A=BH/n (10-15)
A/d0,v0,max。如v0,max?v0,认为合适;如
v0,max?v0,则表明回流区平均风速超过了规定值。超过太多时,应重新设置风口数和风口尺寸。 (5)计算Ar,由表10-2确定射流贴附的射程x′,如x′≥x,认为设计合理,否则重新假设风口数和风口尺寸。重复上述计算。
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文献[7]、[8]。
由此可以计算射流自由度
10.4.2 散流器送风的计算
1.多层平行叶片和盘式散流器送风
多层平行叶片散流器的气流分布模式如图10-10(a)所示,送出的气流贴附于顶棚。
盘式散流器送出的气流扩散角大,接近平送流型。
图10-13 散流器平面布置图 (a)对称布置 (b)梅花形布置
1-柱 2-方形散流器 3-三面送风散流器
⑴散流器的布置原则
①要考虑建筑结构的特点,散流器平送方向不得有障碍物(如柱)。 ②一般按对称布置或梅花形布置(如图10-13所示)。
③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。 ⑵散流器射流的速度衰减方程
根据P.J杰克曼(P.J.Jackman)对圆形多层锥面和盘式散流器的实验结果,散流器射流的速度衰减方程为
vxKA1/2? (10-16) v0x?x0式中 x--以散流器中心为起点的射流水平距离,m; vx--在x处的最大风速,m/s; v0--散流器出口风速,m/s;
x0--平送射流原点与散流器中心的距离,多层锥面散流器取0.07m; A--散流器的有效流通面积,m2;
K--系数,多层锥面散流为1.4,盘式散流气为1.1。 室内平均风速vm(m/s)与房间大小、射流的射程有关,即
0.381rL (10-17) vm?221/2(L/4?H)式中 L--散流器服务区边长,m; H--房间净高,m;
r--射流射程与边长L之比。
rL--射程,即为散流器中心到风速为0.5m/s处的距离,通常把射程控制
在到房间(区域)边缘之75%。
式(10-17)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%。
⑶气流分布设计步骤 ①布置散流器;
②预选散流器;
③校核射流的射程和室内平均风速。 2.流线型散流器送风
流线型散流器送风的空气分布见图10-10(b)。
⑴混合层的高度hm
为了使工作区位于向下的流动气流中,在布置散流器密度时,要使混合层的高度hm不得延伸到工作区,即
H-hm≥工作区高度 (10-18)
1hm?(L?2d0) (10-19)
2tg?式中 H--房间的净高,m;工作区高度按工艺要求确定,一般为1.8-2m;L--散流器的中心距,m;d0--散流器颈部直径,m;θ--散流器射流边缘与中心线的夹角,取决于散流器叶片的竖向间距,查风口样本或手册。 ⑵射流轴心速度衰减的规律
vz0.6? (Z?4d时) (10-20) vZ/d0式中 v--散流器颈部的风速,m/s;Z--从散流器出口算起的射程,m;vz--距风口Z处的轴心速度,m/s。 ⑶射流的温度衰减规律
?tzCz? (10-21) ?tsZ/d0式中 Δts为送风温差,℃;Δtz--射程Z处的射流温度与工作区温度之差;Cz--实验系数。
10.4.3 条形散流器送风
图lO-14为双条缝散流器平送风的气流分布模式。散流器可采用图10-4(d)的可调式散流器或固定叶片散流器。