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1、关于空调建筑空气计算管理论文 摘要：本文分析了空调建筑空气幕实际承受的作用压差指出目前国内现有的空气幕设计计算方法均只考虑总作用压差中的12项存在严重误差阐明空气幕总作用压差应全面计算热压、风压、机械压及平衡压并对各压差组成项的影响因素和计算进行了讨论提出了总作用压差的具体计算方法 关键词：空调空气幕作用压差 不设空气幕的空调建筑大门在5Pa正压作用下每平方米面积外泄的冷量相当于三百多平方米建筑所耗冷量因此人员出入频繁的大门口要设计安装空气幕但相当多的空调建筑空气幕实际未能起到应有作用究其原因从根本上说是目前使用的空气幕设计计算方法不当造成的其中空气幕作用压差计算不当是最主要的问题空气幕是一种
2、平面射流平面射流在两侧压力不平衡时产生弯曲偏向压力较小一侧对空气幕而言弯曲达到一定程度后就失去封闭作用因而空气幕必须具有足够的抗弯能力以抵抗相应的作用压差因此空气幕作用压差是空气幕设计后一个最重要的条件参数其确定是空气幕计算的第一步也是最重要的一步但是国内对于空气幕总作用压差空竟由几部分组成只计算某一部分会有多大误差没有清楚的认识和明确的把握目前国内广泛应用的几种计算方法均是计算单一热压或单一风压作用下的空气幕的虽然人们已认识到这是不合理的但是目前还未有成熟的符合我国实际情况的方法1从而造成空气幕计算结果偏小的后果为此有必要对空调建筑的空气幕作用压差进行全面深入的分析以便正确确定空气幕作用压差
3、 建筑内外空气总作用压差的形成建立在建筑物空气质量平衡的基础上人们早已认识到它与热压ph及风压pw有关但这并非全部对建筑物空气流动的原因进行全面分析可知还有两项对总作用压差有重大影响的部分目前未引起足够注意首先是建筑物特别是空调建筑内机械送风和排风量不平衡导致的室内外空气压差称为机械压pm如空调建筑保持的正压其次是建筑物自然渗透发生变化引起的室内外空气压差变化称为平衡压pe实际建筑物内外交外压差即部作用压差pz是这四个因素综合作用的结果可用其代数和表示即 pz=pw+ph+pmpe时 （1）1风压pm 室外空气以一定速度流动碰到建筑物后速度降低转化为静压而形成风压pw可用下式表示： （2）式中
4、Cw建筑风压系数或称空气动力系数用以表达动压转化为静压的程度； w室外空气密度kg/m3. vw室外风速m/s. Cw是建筑物在风场中相对于风向的形状和方位的函数在有关的手册和专著中可查到表1给出了长方形建筑的风压系 数可以大致上了解风压系数的分布情况室外风速vw一般采用国家建筑气象参数标准中给出的季节最大频率和风向的数据这种数据是在地面以上10m高度获得的实际上由于地形、高度和树木及其他建筑遮挡的原因一般建筑表面附近的风速往往低于气象参数标准给出的室外风速而10m以上的风速则高于此数： 长方形建筑的风压系数Cw表1 建筑方位垂直偏斜 迎风面0.950.70 侧面0.4 背风面0.150.50
5、 （3）其中k=0.110.14非高层建筑可不考虑此问题 现有以自然通风计算法为基础的空气幕计算方法认为只要不是迎风面为避免复杂计算可忽略风压仅计算热压引起的空气流动2这种方法对以增大通风量业排除余热为目标的工业建筑通风是有好处的因为它能加大计算的安全系数但对以减小通过大门风量为目标的空调建筑空气幕设计是不合适的因为不能充分考虑可能的最大压力会造成计算结果偏小使得空过空气幕的风量增加从而加大冷热量的消耗由表1可知即使不是迎风面风压系数仍有相当数值另外对于空调建筑物由于夏季冷气的流动方向是由内而外背风面负压加剧这种流动因而空气幕计算中不论迎风在还是背风面风压都不应忽略 2热压ph 室内外空气温度
6、不同而产生密度差使同一高度上承受的气柱压力不同导致空气从冷侧向热侧流动的压力称为热压热压用以下公式表式： （4）式中Ch热压系数；Ch是建筑物内部纵向隔断状况的函数对高大厂房之类无内部纵向隔断的场合等于1.0； 各层楼之间的楼梯间和电梯间均有门隔断的现代建筑Ch是等于0.653 其余根据内部纵向隔断程度在此区间取值； ch分别是冷、热侧空气密度kg/m3； Hh分别是大门高度建筑物最高排风点高度m； HZ空气幕作用下中和面高度由地面起算m； q,分别是空气幕效率和空气幕作用下大门的流量系数； Fm大门面积m2； Fp与大门处空气流动方向相反的空气流动总净面积m2； Fm与大门处空气流动方向相同
7、的空气流动总净面积m2； 由于现代空调建筑都采用铝合金门窗气密性高其缝隙的F值在105大大小于一般工业厂房的103水平所以二楼以上的一般房间几乎没有渗透应将注意力集中于大门、屋顶排风口等处 中和面主度HZ主要与建筑高度、进排风面积比等因素有关对一般建筑物为建筑高度的0.40.7倍而建筑气密性好的建筑在设有带空气幕的开敞大门时可能超出此范围 3机械压pm 为防止未经处理的空气无组织流入室内空调建筑往往通过送风量大于排风量的方式保持室内正压这种由送风和排风量的不平衡造成的室内外交困压差称为机械压机械压与风压、热压叠加使室内外压差增大根据我国暖通空调设计规范规定空调房间的正压不应大于50Pa一般空调
8、房间按5Pa正压设计实际上由于设计和设备情况的不同空调房间的正压从0到50Pa甚至更大有一个很大的分布范围 机械的大小于送排风量之差及外围护结构上的开孔或缝隙面积有关可按下式计算： （6）式中Cm机械压系数当排风量大于进风量Cm=1；否则Cm=1； 进排风平均空气密度kg/m3; Lj、Lp分别是进风量排风量m3/s； Fi进排风总净面积m2含设有空气幕的敞开大门在内有效大门面积按下式计算： （7）q空气幕效率系数 在没有确切的排风量数据时上式中的Lj、Lp也可以用建筑物总的送风机和排风机容量代替但因送排风管道阻力可能不同会产生一定误差 4平衡压pe 当风压、热压、机械压共同作用建立起室内外空
9、气压差后空气在此压差作用下将从围护结构上的孔洞和缝隙向压力较小一侧渗透使得压差逐渐下降直至进出建筑物的空气量平衡形成一个新的稳定的总作用压差为止这种建筑物为保持空气渗入和渗出量平衡而产生的压差变化称不平衡压平衡压与风压、热压、机械压的大小和围护结构的气密性有关可在后三项之和的030%之间4必须通过整个建筑物的空气质量平衡计算才可算出： （8）式中I表示迎风面o表示背风面风压与计算点方位有关热压与计算点的高度有关可用计算机采用叠代法计算不便要用上述方法计算时也可采用以下结果偏大的公式近似计算5： （9）式中分别是迎风面、背风面的风压用式（1）计算； FF分别是空气幕作用下迎风面、背风面的总开口（
10、缝隙）净面积策m2 其中设空气幕的大门面积按式（7）计算 5各压差成分对总作用压差的影响及比例 如上所述建筑物内外空气总作用压差p是风压、热压、机械压和平衡压四个因素综合作用的结果可否忽略某些因素只计算其中的12项呢以下通过一个例子来考察 【例】某空调建筑总高27m内设直接采光的中庭中庭顶部设有排风口面积总计0.4m2大门们地迎风面宽B=4.4m高H=2.5m单层铝合金窗窗缝总长L=2000m；其他门处于背风面是经常关闭的门缝总长L=30m；室内温度tn=26=1.181kg/m3室外夏季空调计算温度tw=35=1.146kg/m3；室外平均风速1.6m/s；室内新风量为9.8m3/s机械排风
11、量为8m3/s计算空气幕总作用压差并比较热压、风压、机械压、平衡压各部分相对大小 【解】根据pz=pw+ph+pmpe由式（2）（9）分别计算出风压、热压、机械压、平衡压的数值列于表2计算细节说明如下： 计算例表2 压差组成热压ph风压pw设备压pm平衡压pe总压差pz 计算值（Pa）0.751.391.700.541.59 比例0.470.871.070.341 （1）设计算对象近似矩形建筑查得迎风面风压系数Cw=0.95背风面风压系数Cw=0.15不考虑风速沿高度的变化 （2）车间建筑设计对称除大门以外迎见面和背风面的其他空气流动面积（缝隙面积）分布均匀可认为相等 （3）由9表3.23推得
12、铝合金窗窗缝F3.2105由5表44门缝F=0.01 （4）取空气幕效率q=0.8据4空气幕射流角30可用侧送空气幕的大门流量系数值查5表43得=0.425则包含空气幕的大门的迎风面空气流动面积F和北风面空气流动面积F分别为： F=4.42.5(10.8)0.245+20003.20105/3=0.56m2 F=300.01+20003.201052/3+0.40.64=0.3+0.043+0.256=0.599 (5)考虑到空调送排风系统管道的复杂计算热压时不计机械送排风开口的影响 分析表2数据可看出： （1）由于总作用压差是代数和因而有可能出某项压差绝对值大于总压差的现象 （2）夏季空调建
13、筑热压所占比例很小其原因首先是因为空调内外温差较小如果按冬季空调室内20室外10时经试算热压将达2.93Pa其绝对值大于总压差其次现代空调建筑门窗气密性大大提高使得中和面高度降低热压减少若按一般双层钢窗流量系数F=0.0014计经试算热压可达6.91Pa其绝对值亦大于总压差由此可知对夏季密闭良好的空调建筑仅计算单一热压来确定空调建筑空气幕时计算结果将偏小本例中小50%以上其他情况下偏小程度与风速、温差、排风比和密闭程度有关 （3）设备压所占比例相当大本例中空调建筑为保持正压而设置的风机设备造成的压力绝对值比总作用压差还大若忽略不计将造成重大误差 （4）风压所占比例较高娄室外风速较高时风压绝对值有大于总作用压差的可能但由于平衡压也随风速增大且与风压方向相反部分抵消了风压的作用故若用单一风压计算空气幕将有偏大和偏小两种可能其偏离程度与风速、温差、排风比和密闭程度有关 6结论 1目前国内使用的空气幕设计方法未全面考虑空调建筑空气幕所实际随的压力采用单一热压或风压做计算压差计算结果严重偏小不宜用于空调建筑物空气幕计算 2空调建筑空气幕总作用压差应综合考虑热压、风压、机械压及平衡压按式（1）（9）计算 参考文献 1秦红空气幕现有设计计算方法应用与扩展分析年全国暖通空调制冷年学术年会论文集 2孙一坚简明通风设计手册北京：中国建筑工业出版社1999
