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

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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)有效性的評價方法,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，受控對象所需要的熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)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(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：送入的空氣完全占有原來空氣的位置，二者不發(fā)生質(zhì)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(nèi)空氣品質(zhì),5,均勻混合時的室內(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(guān),6,活塞流動時的室內(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)過源之前等于送風(fēng)參數(shù)，經(jīng)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(fēng)形式：混合通風(fēng)、置換通風(fēng)、個性化送風(fēng),8,實際送風(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(fēng)形式（風(fēng)口位置、類型和數(shù)量，風(fēng)量）、送風(fēng)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(jìn)行評價的方法根據(jù)通風(fēng)氣流的目的，氣流分布的評價分為三個方面通風(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(jì)80年代由Sandberg提出。空氣齡是指送風(fēng)到達(dá)房間某點的時間。在房間內(nèi)污染源分布均勻且送風(fēng)為全新風(fēng)時，某點的空氣齡越小，說明該點的空氣越新鮮，空氣品質(zhì)就越好。,12,與空氣齡相關(guān)的兩個參數(shù),殘余時間(Residuallifetime)空氣從當(dāng)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(guān)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(zhì)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(fēng)實驗測量的重要手段。示蹤氣體的目的是準(zhǔn)確標(biāo)識室內(nèi)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(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(dá)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(fēng)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(fēng)量；m為脈沖法釋放的示蹤氣體的質(zhì)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(fēng)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(fēng)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(guān)系：,,,,23,換氣效率的定義及含義,定義實際通風(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,常見送回風(fēng)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(fēng)可及性,傳統(tǒng)的氣流組織評價指標(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，使人們越來越關(guān)注有限時間內(nèi)送風(fēng)的有效性,,30,送風(fēng)可及性的定義,在流場不變的條件下，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)部也無源），且濃度為Cs,i，則該送風(fēng)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(guān)可及性反映了在一定時間內(nèi)，各風(fēng)口送風(fēng)到達(dá)空間各點的相對程度單一風(fēng)口經(jīng)過足夠長時間后，空間各點的可及性均為1多個風(fēng)口經(jīng)過足夠長時間后，在空間各點的可及性和為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，若已知各入口的送風(fēng)濃度且無內(nèi)部源時，各點從開始時刻到目前的時平均濃度可表達(dá)為：,,34,穩(wěn)態(tài)送風(fēng)可及性,穩(wěn)態(tài)時的送風(fēng)可及性反映了空間各點的空氣有多少來自這個風(fēng)口，有多少來自那個風(fēng)口根據(jù)送風(fēng)可及性的大小，可以確定各風(fēng)口對空間各處的影響程度，從而可更有針對性地調(diào)節(jié)各送風(fēng)口的參數(shù)來改變空間各處的值,,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)評價某種通風(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(fēng)處的示蹤氣體濃度變化過程而得到可及性反映了各送風(fēng)口的空氣在給定時間到達(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(dǎo)均勻混合通風(fēng)時空氣齡、駐留時間、換氣效率、可及性的表達(dá)式證明送風(fēng)可及性在單個送風(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)。,,,,