室内气流组织均匀性与有效性的研究

　　【摘要】本文以武汉科技大学暖通实验室为研究对象，对上送上回夏季空调系统现状的室内气流组织进行现场测试，并对室内气流组织的均匀性与有效性进行研究，并对其现有的空调系统气流组织、温度场和速度场与气流组织进行了模拟，从而室内气流组织进行评价。根据实验结果对室内的气流组织进行分析，得出结论，并提出改进措施。
　　
　　【关键词】室内气流组织，均匀性，有效性，温度，风速，风量
　　
　　
　　0引言
　　保持一个良好的建筑室内环境，既有利于人体健康，又能提高工作效率，同时，将室内舒适条件维持在一个适宜的水平上，对降低建筑物能耗也具有重大意义。所以良好的流场及通风条件也就成了我们首要解决的问题。在暖通空调系统中，室内气流组织的合理性，对空调的效果和能耗有重大的影响，寻求合理的气流组织形式以满足节能和舒适性的需要变得越来越重要。
　　本文以实验室为研究对象，通过对测定的数据采集，利用科学的数据处理方法，算出室内空气分布特性指标、速度不均匀系数、温度不均匀系数、能量利用系数等参数，对室内气流组织的均匀性与有效性进行评价，并找出合理的气流组织形式。
　　
　　1研究对象概况
　　本文以武汉科技大学暖通实验室为研究对象，房间尺寸为3.74m×3.75m×2.94m。空调系统采用无回风管道的上送上回的送风方式，送风口安装在房间天花板的中部，尺寸为60cm×18cm。在房间后墙的中下部有一个排风口，尺寸为18cm×18cm。穿房间的风管尺寸为76cm×48cm，壁厚为2.5cm。靠近左墙有一推拉门，门的尺寸为1.4m×2m。右墙边有一推拉窗，窗的尺寸为1.36m×0.52m，离地高度为1.0m。整个中央空调系统的额定风量为6000㎥/h。实验室的示意图如图1所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图1房间示意图
　　2测试内容
　　2.1空调系统风量测定
　　测量断面一般应考虑设在气流均匀、稳定的管段上，离弯头、三通等产生涡流的局部构件有一定的距离。一般要求按气流方向，在局部构件之后4~5倍管径、在局部构件之前1.5~2倍管径的直管道上选择测定断面。
　　在风管内利用等面积布点法，根据现场的测试条件，合理的选择测定。本实验由于
　　实验仪器长度的限定，风管长为76cm,宽为48cm,选取6个测定，具体位置如表1所示。
　　
　　测定编号 1 2 3 4 5 6
　　离右端面距离(mm) 65 145 225 305 385 465
　　表1管道测定位置
　　
　　2.2室内各点温度、风速的测定
　　人的活动区在2m以下，所以在0.5m高度上布置6个测点，在1.2m高度布置7个测定，在1.8m高度布置7个测点。一共有20个温度、速度测定。在送风口附近布置一个测定。各测定的具体位置坐标如表2所示。
　　
　　表2速度与温度测定位置
　　测定编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
　　X(m) 0.6 0.6 1.8 3.0 3.0 0.6 0.6 0.6 0.6 1.8 
　　Y(m) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 
　　Z(m) 0.6 3.1 1.8 3.1 1.8 3.1 0.6 1.8 3.1 1.8 
　　测定编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 A
　　X(m) 3.0 3.0 3.0 0.6 0.6 0.6 1.8 3.0 3.0 3.0 1.5
　　Y(m) 1.2 1.2 1.2 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 2.7
　　Z(m) 3.1 1.8 0.6 0.6 1.8 3.1 1.8 3.1 1.8 1.6 1.9
　　
　　2.3测量仪器与装置
　　风管内风量的测定使用毕托管和热线风速仪。实验中风速和空气温度分别采用热线式风速仪（测试范围：风速VL0.1～4.99m/s，VH5～50m/s；温度0～99.9℃；测试精度：风速±2％FS，温度±1℃）。
　　2.4数据采集与记录
　　风管风量测量的数据记录如表3所示。
　　
　　表3风量测试数据记录表
　　测定编号 1 2 3 4 5 6
　　温度（℃） 29.5 30.0 30.1 30.6 29.8 31.1
　　动压（Pa） 16 18 14 18 19 18
　　风速（m/s） 5.25 5.35 5.15 5.45 5.85 5.45
　　
　　室内各测定的温度、风速的数据记录如表4所示。
　　表4室内参数
　　测定编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
　　风速（m/s) 0.08 0.28 0.18 0.13 0.13 0.09 0.08 0.04 0.12 0.13 
　　温度（℃） 31.5 28.3 28.4 29.0 28.2 28.2 29.6 29.1 29.5 28.6 
　　测定编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 A
　　风速（m/s) 0.12 0.18 0.17 0.02 0.22 0.22 0.07 0.16 0.17 0.27 4.85
　　温度（℃） 29.0 28.4 27.9 29.3 28.4 29.1 28.2 29.0 27.9 27.9 26.2
　　
　　3数据处理
　　3.1风管风量的计算
　　3.1.1风管截面积风管尺寸为0.76m×0.48m,壁厚0.025m
　　(1)
　　3．1.2平均风速
　　温度℃(2)
　　查资料得空气密度为=1.165㎏/㎥
　　(3)
　　3.1.3送风量
　　㎥/h (4)
　　3.2室内新风量的计算
　　3.2.1送风口的面积
　　 (5)
　　3.2.2送风量
　　 (6)
　　
　　4空调区气流性能的评价计算
　　4.1空气分布特性指标（ADPI）
　　有效温度差与室内风速的关系
　　式中：ΔET——有效温度差；
　　——工作区点的空气温度和给定室内温度（℃）（℃）
　　 ——工作区点的空气流速（m/s）
　　测定编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
　　ΔET 3.04 -1.70 -0.83 0.15 -0.65 -1.25 1.13 0.94 0.73 -0.25
　　测定编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
　　ΔET 0.23 -0.63 -0.75 1.30 -1.14 -0.44 -0.19 -0.08 -0.75 -1.22
　　表5各测点的ΔET
　　
　　当ΔET为-1.7~+1.1之间大多数人感到舒适。
　　100％
　　由上表知满足的测点数为16个，不满足的4个。
　　(7)
　　4.2不均匀系数
　　算术平均值℃ (8)
　　m/s (9)
　　均方根偏差 (10)
　　 (11)
　　温度不均匀系数 (12)
　　速度不均匀系数 (13)
　　4.3投入能量利用系数
　　能量利用系数
　　式中：——分别为工作区平均温度，排风温度和送风温度。
　　 (14)
　　4.4换气次数
　　换气次数次/h (15)
　　
　　5计算结果分析
　　5.1空调机组的额定送风量为6000㎥/h，通过用毕托管测定的实际送风量为5957㎥/h，说明系统在高风速运行是系统的工作比较稳定。
　　5.2空气分布特性指标ADPI=80%，也就是说在室内会有80%的人对室内的环境表示满意，说明室内的气流组织还比较合理。
　　5.3温度不均匀系数为，速度不均匀系数为，两者都比较小，说明室内的气流比较均匀。
　　5.4投入能量利用系数，，说明送风吸收部分余热达到室内温度，且能控制工作区的温度，而排风温度可以高于室内温度，经济性好。
　　5.5房间的换气次数较大，房间通风情况很好。
　　
　　6结论
　　本文通过对武汉科技大学暖通实验室的风管风量、室内各点的温度、速度等参数的测定，计算评价指标参数，研究室内气流组织的均匀性与有效性，从而对其评价。得出的结论是：实验室内的上送上回夏季空调系统能满足工作区舒适性要求，室内气流比较稳定，气流组织设计合理。
　　由于房间的换气次数大，新风量大，所以系统的能耗比较大。在不影响室内气流组织的合理性情况下，可以适当的减少风量。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]朱颖心.建筑环境学（第二版）[M]，北京：中国建筑工业出版社，2005.
　　[2]李俊红,邹志军.室内流场与温度场的实验测定及数值模拟[C].上海：上海理工大学，2005.
　　[3]黄翔.空调工程[M]，北京：机械工业出版社，2006、4.
　　[4]蔡芬.气流组织对室内空气品质影响的数值模拟硕士论文[D].武汉：华中科技大学，2005.
　　[5]李荆.通风、空调系统几种重要性能指标调试方法的探[EB/OL].
　　[6]董玉平.高大空间建筑气流组织CFD模拟研究[D].天津：天津大学，2004.

《室内气流组织均匀性与有效性的研究》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 室内气流组织均匀性与有效性的研究

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-15480