環(huán)境建筑學(xué)第6章氣流分布與室內(nèi)環(huán)境(第1講).ppt

1,第六章氣流分布與室內(nèi)環(huán)境,清華大學(xué)建筑學(xué)院建筑技術(shù)科學(xué)系,2,第1講通風(fēng)有效性的評(píng)價(jià)方法,3,氣流分布與熱濕環(huán)境和空氣品質(zhì)的關(guān)系,廣義上講，受控對(duì)象所需要的熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)都是通過(guò)合適的氣流分布形成的（不論是自然對(duì)流，還是強(qiáng)制通風(fēng)）狹義的氣流分布指的是上（下、側(cè)、中）送上（下、側(cè)、中）回或置換送風(fēng)、個(gè)性化送風(fēng)等具體的送回風(fēng)形式；而廣義的氣流分布，是指一定的送風(fēng)口形式和送風(fēng)參數(shù)所帶來(lái)的室內(nèi)氣流相關(guān)參數(shù)分布(AirDistribution)。,4,理想的氣流分布形式,兩種典型的理想氣流分布是均勻混合和活塞流動(dòng)均勻混合：室內(nèi)各種參數(shù)都完全一樣（空間各處均存在理想的攪拌裝置：攪拌但不帶入熱量等）活塞流動(dòng)：送入的空氣完全占有原來(lái)空氣的位置，二者不發(fā)生質(zhì)量和能量交換實(shí)際情況都不是均勻混合和活塞流動(dòng)，因此不同的氣流分布會(huì)形成完全不同的熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì),5,均勻混合時(shí)的室內(nèi)參數(shù),已知房間體積V(m3)，送風(fēng)量Q(m3/s)，單位體積余熱量（顯熱）q(W/m3)、余濕量W(g/m3s)、污染源S(g/m3s)；送風(fēng)溫度ti、絕對(duì)濕度di、污染物濃度Ci,房間的溫度、濕度和污染物濃度由源強(qiáng)度和名義時(shí)間常數(shù)（換氣次數(shù)的倒數(shù)）確定，與源的具體位置無(wú)關(guān),6,活塞流動(dòng)時(shí)的室內(nèi)參數(shù),已知房間體積V(m3)，送風(fēng)量Q(m3/s)，單位體積余熱量（顯熱）q(W/m3)、余濕量W(g/m3s)、污染源S(g/m3s)；送風(fēng)溫度ti、絕對(duì)濕度di、污染物濃度Ci房間的溫度、濕度和污染物濃度在經(jīng)過(guò)源之前等于送風(fēng)參數(shù)，經(jīng)過(guò)源之后等于均勻混合后的參數(shù)，即由源強(qiáng)度和名義時(shí)間常數(shù)（換氣次數(shù)的倒數(shù)）確定,7,實(shí)際氣流分布形式,三種典型的送風(fēng)形式：混合通風(fēng)、置換通風(fēng)、個(gè)性化送風(fēng),8,實(shí)際送風(fēng)的氣流形式,幾種典型的氣流形式：上送上回、上送下回、下送下回、側(cè)送上下回,9,實(shí)際氣流的評(píng)價(jià)方法,實(shí)際的氣流分布都不會(huì)是理想的氣流形式，空間各處的參數(shù)是不均勻的，且受送回風(fēng)形式（風(fēng)口位置、類(lèi)型和數(shù)量，風(fēng)量）、送風(fēng)參數(shù)、污染源的強(qiáng)度和位置影響，因此需要對(duì)實(shí)際氣流分布好壞進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法根據(jù)通風(fēng)氣流的目的，氣流分布的評(píng)價(jià)分為三個(gè)方面通風(fēng)有效性排污有效性能量利用有效性與熱舒適,10,通風(fēng)有效性評(píng)價(jià)的三個(gè)方面,空氣齡換氣效率可及性,11,1空氣齡(AirAge),最早于20世紀(jì)80年代由Sandberg提出。空氣齡是指送風(fēng)到達(dá)房間某點(diǎn)的時(shí)間。在房間內(nèi)污染源分布均勻且送風(fēng)為全新風(fēng)時(shí)，某點(diǎn)的空氣齡越小，說(shuō)明該點(diǎn)的空氣越新鮮，空氣品質(zhì)就越好。,12,與空氣齡相關(guān)的兩個(gè)參數(shù),殘余時(shí)間(Residuallifetime)空氣從當(dāng)前位置到離開(kāi)房間的時(shí)間駐留時(shí)間(Residencetime)空氣離開(kāi)房間時(shí)空氣齡,13,空氣齡、殘余時(shí)間和駐留時(shí)間示意圖,14,空氣齡的頻率分布函數(shù)和累積分布函數(shù),從統(tǒng)計(jì)角度來(lái)看，房間中某一點(diǎn)的空氣由不同的空氣微團(tuán)組成，這些微團(tuán)的年齡各不相同。因此該點(diǎn)所有微團(tuán)的空氣年齡存在一個(gè)頻率分布函數(shù)f()和累計(jì)分布函數(shù)F(),15,空氣齡與頻率分布函數(shù)和累積分布函數(shù)的關(guān)系,16,幾處典型的空氣齡或時(shí)間,出口處的空氣齡出口這一點(diǎn)的空氣齡平均駐留時(shí)間出口空氣駐留時(shí)間的質(zhì)量平均房間平均空氣齡房間各點(diǎn)空氣齡的體平均,17,示蹤氣體,利用示蹤氣體研究建筑物空氣分布與滲透特性是通風(fēng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的重要手段。示蹤氣體的目的是準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)室內(nèi)空氣流動(dòng)特性，因此必須具有被動(dòng)特性，即能夠完全跟隨空氣流動(dòng)。同時(shí)，作為在實(shí)驗(yàn)研究中的氣體，必須具有可測(cè)性，即能夠使用現(xiàn)有儀器比較方便地測(cè)量出氣體的濃度。另外，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的示蹤氣體需要具有穩(wěn)定性，一般情況下不與空氣及其他物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，以及無(wú)毒性等。常見(jiàn)的示蹤氣體包括甲烷、SF6、二氧化碳等。,18,示蹤氣體的常見(jiàn)釋放方法,脈沖法（pulsemethod）：在釋放點(diǎn)釋放少量的示蹤氣體，記錄測(cè)量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程。上升法（step-upmethod）：在釋放點(diǎn)連續(xù)釋放固定強(qiáng)度源的示蹤氣體，記錄測(cè)量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程。下降法（或衰減法）（step-downordecaymethod）：房間中示蹤氣體的濃度達(dá)到平衡狀態(tài)后，停止釋放示蹤氣體，記錄測(cè)量點(diǎn)處示蹤氣體濃度隨時(shí)間的變化過(guò)程。,19,脈沖法測(cè)空氣齡,在通風(fēng)房間的入口釋放少量示蹤氣體，記錄被測(cè)點(diǎn)的濃度變化過(guò)程頻率分布函數(shù)空氣齡公式,Q為送風(fēng)量；m為脈沖法釋放的示蹤氣體的質(zhì)量,20,上升法測(cè)空氣齡,在房間入口處恒定釋放示蹤氣體，記錄被測(cè)點(diǎn)的濃度隨時(shí)間變化情況累積分布函數(shù)空氣齡公式,為上升法中示蹤氣體的釋放速率。,21,下降法測(cè)空氣齡,待通風(fēng)房間各點(diǎn)濃度平衡后，停止示蹤氣體加入，測(cè)量被測(cè)點(diǎn)的濃度變化過(guò)程累積分布函數(shù)空氣齡公式,22,2換氣效率,對(duì)于理想“活塞流”的通風(fēng)條件，房間的換氣效率最高。此時(shí)，房間的平均空氣齡最小，它和出口處的空氣齡、房間的名義時(shí)間常數(shù)存在以下的關(guān)系：,23,換氣效率的定義及含義,定義實(shí)際通風(fēng)條件下房間平均空氣齡與活塞流下的比值為換氣效率（該值不大于1），它反映了新鮮空氣置換原有空氣的快慢與活塞通風(fēng)下置換快慢的比較,24,常見(jiàn)送回風(fēng)形式的換氣效率,25,房間平均空氣齡的測(cè)量方法,脈沖法上升法下降法,其中Ce()是出口處的濃度,26,以下降法為例證明平均空氣齡公式（1）,27,以下降法為例證明平均空氣齡公式（2）,28,空間各點(diǎn)的換氣效率,空間各點(diǎn)的換氣效率空間各點(diǎn)的換氣效率可以大于1，反映了新鮮空氣替換原有空氣的有效程度,29,3送風(fēng)可及性,傳統(tǒng)的氣流組織評(píng)價(jià)指標(biāo)，如空氣齡和換氣效率，均反映的是穩(wěn)態(tài)情況近年來(lái)的恐怖襲擊和反恐通風(fēng)，以及SARS期間有害病毒傳播的范圍，使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注有限時(shí)間內(nèi)送風(fēng)的有效性,30,送風(fēng)可及性的定義,在流場(chǎng)不變的條件下，假設(shè)某送風(fēng)口的空氣含有示蹤氣體（其余風(fēng)口不含示蹤氣體，房間內(nèi)部也無(wú)源），且濃度為Cs,i，則該送風(fēng)口對(duì)空間任一位置在時(shí)間時(shí)的可及性定義為,31,可及性的物理意義,可及性是流場(chǎng)自身的特性，與示蹤氣體無(wú)關(guān)可及性反映了在一定時(shí)間內(nèi)，各風(fēng)口送風(fēng)到達(dá)空間各點(diǎn)的相對(duì)程度單一風(fēng)口經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，空間各點(diǎn)的可及性均為1多個(gè)風(fēng)口經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，在空間各點(diǎn)的可及性和為1,32,送風(fēng)可及性的性質(zhì),33,送風(fēng)污染物濃度的表達(dá)式,當(dāng)房間初始濃度均勻時(shí)，若已知各入口的送風(fēng)濃度且無(wú)內(nèi)部源時(shí)，各點(diǎn)從開(kāi)始時(shí)刻到目前的時(shí)平均濃度可表達(dá)為：,34,穩(wěn)態(tài)送風(fēng)可及性,穩(wěn)態(tài)時(shí)的送風(fēng)可及性反映了空間各點(diǎn)的空氣有多少來(lái)自這個(gè)風(fēng)口，有多少來(lái)自那個(gè)風(fēng)口根據(jù)送風(fēng)可及性的大小，可以確定各風(fēng)口對(duì)空間各處的影響程度，從而可更有針對(duì)性地調(diào)節(jié)各送風(fēng)口的參數(shù)來(lái)改變空間各處的值,35,小結(jié),可以用空氣齡、換氣效率和送風(fēng)可及性三種指標(biāo)評(píng)價(jià)某種通風(fēng)形式的通風(fēng)效率空氣齡可以用示蹤氣體方法測(cè)量，有三種釋放示蹤氣體的方法換氣效率中的房間平均空氣齡可以通過(guò)測(cè)量房間排風(fēng)處的示蹤氣體濃度變化過(guò)程而得到可及性反映了各送風(fēng)口的空氣在給定時(shí)間到達(dá)空間各處的有效程度,36,思考題,試分析采用示蹤氣體測(cè)量空氣齡的三種釋放方法的優(yōu)缺點(diǎn)：（1）脈沖法；（2）上升法；（3）下降法（或衰減法）試推導(dǎo)均勻混合通風(fēng)時(shí)空氣齡、駐留時(shí)間、換氣效率、可及性的表達(dá)式證明送風(fēng)可及性在單個(gè)送風(fēng)口的通風(fēng)房間中具有下列基本性質(zhì)：As(x,y,z,t)是t的單調(diào)遞增函數(shù)。,