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

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1,第六章氣流分布與室內環(huán)境,清華大學建筑學院建筑技術科學系,2,第1講通風有效性的評價方法,3,氣流分布與熱濕環(huán)境和空氣品質的關系,廣義上講，受控對象所需要的熱濕環(huán)境和室內空氣品質都是通過合適的氣流分布形成的（不論是自然對流，還是強制通風）狹義的氣流分布指的是上（下、側、中）送上（下、側、中）回或置換送風、個性化送風等具體的送回風形式；而廣義的氣流分布，是指一定的送風口形式和送風參數(shù)所帶來的室內氣流相關參數(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均勻混合：室內各種參數(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：送入的空氣完全占有原來空氣的位置，二者不發(fā)生質量和能量交換實際情況都不是均勻混合和活塞流動，因此不同的氣流分布會形成完全不同的熱濕環(huán)境和室內空氣品質,5,均勻混合時的室內參數(shù),已知房間體積V(m3)，送風量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)；送風溫度ti、絕對濕度di、污染物濃度Ci,房間的溫度、濕度和污染物濃度由源強度和名義時間常數(shù)（換氣次數(shù)的倒數(shù)）確定，與源的具體位置無關,6,活塞流動時的室內參數(shù),已知房間體積V(m3)，送風量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)；送風溫度ti、絕對濕度di、污染物濃度Ci房間的溫度、濕度和污染物濃度在經過源之前等于送風參數(shù)，經過源之后等于均勻混合后的參數(shù)，即由源強度和名義時間常數(shù)（換氣次數(shù)的倒數(shù)）確定,7,實際氣流分布形式,三種典型的送風形式：混合通風、置換通風、個性化送風,8,實際送風的氣流形式,幾種典型的氣流形式：上送上回、上送下回、下送下回、側送上下回,9,實際氣流的評價方法,實際的氣流分布都不會是理想的氣流形式，空間各處的參數(shù)是不均勻的，且受送回風形式（風口位置、類型和數(shù)量，風量）、送風參數(shù)、污染源的強度和位置影響，因此需要對實際氣流分布好壞進行評價的方法根據(jù)通風氣流的目的，氣流分布的評價分為三個方面通風有效性排污有效性能量利用有效性與熱舒適,10,通風有效性評價的三個方面,空氣齡換氣效率可及性,11,1空氣齡(AirAge),最早于20世紀80年代由Sandberg提出?？諝恺g是指送風到達房間某點的時間。在房間內污染源分布均勻且送風為全新風時，某點的空氣齡越小，說明該點的空氣越新鮮，空氣品質就越好。,12,與空氣齡相關的兩個參數(shù),殘余時間(Residuallifetime)空氣從當前位置到離開房間的時間駐留時間(Residencetime)空氣離開房間時空氣齡,,,13,空氣齡、殘余時間和駐留時間示意圖,,14,空氣齡的頻率分布函數(shù)和累積分布函數(shù),從統(tǒng)計角度來看，房間中某一點的空氣由不同的空氣微團組成，這些微團的年齡各不相同。因此該點所有微團的空氣年齡存在一個頻率分布函數(shù)f(τ)和累計分布函數(shù)F(τ),,,,15,空氣齡與頻率分布函數(shù)和累積分布函數(shù)的關系,,,16,幾處典型的空氣齡或時間,出口處的空氣齡出口這一點的空氣齡平均駐留時間出口空氣駐留時間的質量平均房間平均空氣齡房間各點空氣齡的體平均,,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實驗測量的重要手段。示蹤氣體的目的是準確標識室內空氣流動特性，因此必須具有被動特性，即能夠完全跟隨空氣流動。同時，作為在實驗研究中的氣體，必須具有可測性，即能夠使用現(xiàn)有儀器比較方便地測量出氣體的濃度。另外，實驗中應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發(fā)生物理或化學反應，以及無毒性等。常見的示蹤氣體包括甲烷、SF6、二氧化碳等。,18,示蹤氣體的常見釋放方法,脈沖法（pulsemethod）：在釋放點釋放少量的示蹤氣體，記錄測量點處示蹤氣體濃度隨時間的變化過程。上升法（step-upmethod）：在釋放點連續(xù)釋放固定強度源的示蹤氣體，記錄測量點處示蹤氣體濃度隨時間的變化過程。下降法（或衰減法）（step-downordecaymethod）：房間中示蹤氣體的濃度達到平衡狀態(tài)后，停止釋放示蹤氣體，記錄測量點處示蹤氣體濃度隨時間的變化過程。,19,脈沖法測空氣齡,在通風房間的入口釋放少量示蹤氣體，記錄被測點的濃度變化過程頻率分布函數(shù)空氣齡公式,,,Q為送風量；m為脈沖法釋放的示蹤氣體的質量,20,上升法測空氣齡,在房間入口處恒定釋放示蹤氣體，記錄被測點的濃度隨時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,下降法測空氣齡,待通風房間各點濃度平衡后，停止示蹤氣體加入，測量被測點的濃度變化過程累積分布函數(shù)空氣齡公式,,,22,2換氣效率,對于理想“活塞流”的通風條件，房間的換氣效率最高。此時，房間的平均空氣齡最小，它和出口處的空氣齡、房間的名義時間常數(shù)存在以下的關系：,,,,23,換氣效率的定義及含義,定義實際通風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下置換快慢的比較,,,,24,常見送回風形式的換氣效率,,25,房間平均空氣齡的測量方法,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,空間各點的換氣效率,空間各點的換氣效率空間各點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送風可及性,傳統(tǒng)的氣流組織評價指標，如空氣齡和換氣效率，均反映的是穩(wěn)態(tài)情況近年來的恐怖襲擊和反恐通風，以及SARS期間有害病毒傳播的范圍，使人們越來越關注有限時間內送風的有效性,,30,送風可及性的定義,在流場不變的條件下，假設某送風口的空氣含有示蹤氣體（其余風口不含示蹤氣體，房間內部也無源），且濃度為Cs,i，則該送風口對空間任一位置在時間?時的可及性定義為,,,31,可及性的物理意義,可及性是流場自身的特性，與示蹤氣體無關可及性反映了在一定時間內，各風口送風到達空間各點的相對程度單一風口經過足夠長時間后，空間各點的可及性均為1多個風口經過足夠長時間后，在空間各點的可及性和為1,32,送風可及性的性質,,33,送風污染物濃度的表達式,當房間初始濃度均勻時，若已知各入口的送風濃度且無內部源時，各點從開始時刻到目前的時平均濃度可表達為：,,34,穩(wěn)態(tài)送風可及性,穩(wěn)態(tài)時的送風可及性反映了空間各點的空氣有多少來自這個風口，有多少來自那個風口根據(jù)送風可及性的大小，可以確定各風口對空間各處的影響程度，從而可更有針對性地調節(jié)各送風口的參數(shù)來改變空間各處的值,,35,小結,可以用空氣齡、換氣效率和送風可及性三種指標評價某種通風形式的通風效率空氣齡可以用示蹤氣體方法測量，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測量房間排風處的示蹤氣體濃度變化過程而得到可及性反映了各送風口的空氣在給定時間到達空間各處的有效程度,36,思考題,試分析采用示蹤氣體測量空氣齡的三種釋放方法的優(yōu)缺點：（1）脈沖法；（2）上升法；（3）下降法（或衰減法）試推導均勻混合通風時空氣齡、駐留時間、換氣效率、可及性的表達式證明送風可及性在單個送風口的通風房間中具有下列基本性質：As(x,y,z,t)是t的單調遞增函數(shù)。,,,,