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1、第六章 气流分布与室内 环境清华大学 建筑学院建筑技术科学系1第1讲 通风有效性的评价方法2气流分布与热湿环境和 空气品质的关系B 广义上讲，受控对象所需要的热湿环境和室内空 气品质都是通过合适的气流分布形成的（不论是 自然对流，还是强制通风）B狭义的气流分布指的是上（下、侧、中）送上（ 下、侧、中）回或置换送风、个性化送风等具体 的送回风形式；而广义的气流分布，是指一定的 送风口形式和送风参数所带来的室内气流相关参 数分布(Air Distribution)。3理想的气流分布形式B两种典型的理想气流分布是均匀混合和活塞 流动J均匀混合：室内各种参数都完全一样（空间各处 均存在理想的搅拌装置：
2、搅拌但不带入热量等）J活塞流动：送入的空气完全占有原来空气的位置 ，二者不发生质量和能量交换B实际情况都不是均匀混合和活塞流动，因此 不同的气流分布会形成完全不同的热湿环境 和室内空气品质4均匀混合时的室内参数已知房间体积V(m3)，送风量Q(m3/s)，单位体积余热量（显热）q(W/m3)、余湿量W(g/m3s)、污染源S(g/m3s)；送风温度ti、绝对湿度di、污染物浓度Ci 房间的温度、湿度和污染 物浓度由源强度和名义时 间常数（换气次数的倒数 ）确定，与源的具体位置 无关5活塞流动时的室内参数B已知房间体积V(m3)，送风量Q(m3/s)，单位 体积余热量（显热）q(W/m3)、余湿
3、量 W(g/m3s)、污染源S(g/m3s)；送风温度ti、绝 对湿度di、污染物浓度CiB房间的温度、湿度和污染物浓度在经过源之 前等于送风参数，经过源之后等于均匀混合 后的参数，即由源强度和名义时间常数（换 气次数的倒数）确定6实际气流分布形式B三种典型的送风形式 ：混合通风、置换通 风、个性化送风7实际送风的气流形式几种典型的气流形式：上送上回、上送下回、下送下回、侧送上下回8实际气流的评价方法B实际的气流分布都不会是理想的气流形式， 空间各处的参数是不均匀的，且受送回风形 式（风口位置、类型和数量，风量）、送风 参数、污染源的强度和位置影响，因此需要 对实际气流分布好坏进行评价的方法B
4、根据通风气流的目的，气流分布的评价分为 三个方面J通风有效性J排污有效性J能量利用有效性与热舒适 9通风有效性评价的三个方面B空气龄B换气效率B可及性101 空气龄(Air Age)B最早于20世纪80年代 由Sandberg提出。空 气龄是指送风到达房 间某点的时间。B在房间内污染源分布 均匀且送风为全新风 时，某点的空气龄越 小，说明该点的空气 越新鲜，空气品质就 越好。11与空气龄相关的两个参数B残余时间(Residual lifetime)J空气从当前位置到离开房间的时间 B驻留时间(Residence time )J空气离开房间时空气龄 12空气龄、残余时间和驻 留时间示意图点P进口
5、出口进口出口r1pr13空气龄的频率分布函数 和累积分布函数B从统计角度来看，房间中某一点的空气 由不同的空气微团组成，这些微团的年 龄各不相同。因此该点所有微团的空气 年龄存在一个频率分布函数f()和累计分布函数F() 14空气龄与频率分布函数 和累积分布函数的关系15几处典型的空气龄或时间B出口处的空气龄J出口这一点的空气龄B平均驻留时间J出口空气驻留时间的质量平均B房间平均空气龄J房间各点空气龄的体平均16示踪气体B利用示踪气体研究建筑物空气分布与渗透特性是 通风实验测量的重要手段。 B示踪气体的目的是准确标识室内空气流动特性， 因此必须具有被动特性，即能够完全跟随空气流 动。同时，作为
6、在实验研究中的气体，必须具有 可测性，即能够使用现有仪器比较方便地测量出 气体的浓度。另外，实验中应用的示踪气体需要 具有稳定性，一般情况下不与空气及其他物质发 生物理或化学反应，以及无毒性等。 B常见的示踪气体包括甲烷、SF6、二氧化碳等。 17示踪气体的常见释放方法B脉冲法（pulse method）：在释放点释放少量 的示踪气体，记录测量点处示踪气体浓度随时 间的变化过程。 B上升法（step-up method）：在释放点连续释放 固定强度源的示踪气体，记录测量点处示踪气 体浓度随时间的变化过程。 B下降法（或衰减法）（step-down or decay method）：房间中示踪气
7、体的浓度达到平衡状 态后，停止释放示踪气体，记录测量点处示踪 气体浓度随时间的变化过程。 18脉冲法测空气龄B在通风房间的入口释放少量示踪气体，记录 被测点的浓度变化过程B频率分布函数B空气龄公式 QQ为送风量；为送风量；mm为脉冲法释放的示踪气体的质量为脉冲法释放的示踪气体的质量 19上升法测空气龄B在房间入口处恒定释放示踪气体，记录被测 点的浓度随时间变化情况B累积分布函数B空气龄公式为上升法中示踪气体的释放速率。为上升法中示踪气体的释放速率。 20下降法测空气龄B待通风房间各点浓度 平衡后，停止示踪气 体加入，测量被测点 的浓度变化过程B累积分布函数B空气龄公式212 换气效率B对于理想
8、“活塞流”的通风条件，房间 的换气效率最高。此时，房间的平均空 气龄最小，它和出口处的空气龄、房间 的名义时间常数存在以下的关系 ：22换气效率的定义及含义B定义实际通风条件下房间平均空气龄与 活塞流下的比值为换气效率（该值不大 于1），它反映了新鲜空气置换原有空 气的快慢与活塞通风下置换快慢的比较23常见送回风形式的换气 效率a100(a)近似活塞流a50100(b)下送上回a50(d)上送上回a50(c)顶送上回24房间平均空气龄的测量方法脉冲法上升法下降法其中Ce()是出口处的浓度25以下降法为例证明平均空 气龄公式（1）26以下降法为例证明平均 空气龄公式（2）27空间各点的换气效率B
9、空间各点的换气效率B空间各点的换气效率可以大于1，反映了新 鲜空气替换原有空气的有效程度283 送风可及性B传统的气流组织评价指标，如空气龄和 换气效率，均反映的是稳态情况B近年来的恐怖袭击和反恐通风，以及 SARS期间有害病毒传播的范围，使人们 越来越关注有限时间内送风的有效性29送风可及性的定义B在流场不变的条件下，假设某送风口的 空气含有示踪气体（其余风口不含示踪 气体，房间内部也无源），且浓度为 Cs,i，则该送风口对空间任一位置在时 间时的可及性定义为30可及性的物理意义B可及性是流场自身的特性，与示踪气 体无关 B可及性反映了在一定时间内，各风口 送风到达空间各点的相对程度 B单一
10、风口经过足够长时间后，空间各 点的可及性均为1 B多个风口经过足够长时间后，在空间 各点的可及性和为131送风可及性的性质32送风污染物浓度的表达式B当房间初始浓度均匀时，若已知各入口 的送风浓度且无内部源时，各点从开始 时刻到目前的时平均浓度可表达为：33稳态送风可及性B稳态时的送风可及性反映了空间各点的 空气有多少来自这个风口，有多少来自 那个风口B根据送风可及性的大小，可以确定各风 口对空间各处的影响程度，从而可更有 针对性地调节各送风口的参数来改变空 间各处的值34小结B可以用空气龄、换气效率和送风可及性三种 指标评价某种通风形式的通风效率B空气龄可以用示踪气体方法测量，有三种释 放示踪气体的方法B换气效率中的房间平均空气龄可以通过测量 房间排风处的示踪气体浓度变化过程而得到B可及性反映了各送风口的空气在给定时间到 达空间各处的有效程度35思考题B试分析采用示踪气体测量空气龄的三种释放 方法的优缺点：（1）脉冲法；（2）上升法 ；（3）下降法（或衰减法） B试推导均匀混合通风时空气龄、驻留时间、 换气效率、可及性的表达式B证明送风可及性在单个送风口的通风房间中 具有下列基本性质：As(x, y, z, t)是t的单调递增函数。36
