建筑環(huán)境學之通風與氣流組織組織設(shè)計概述

03四月2024建筑環(huán)境學之通風與氣流組織組織設(shè)計概述02四月2024建筑環(huán)境學之通風與氣流組織組織設(shè)計概述1氣流組織對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的意義氣流組織的定義狹義：機械通風的送回風的搭配形式廣義：一定的送風口形式和送風參數(shù)所帶來的室內(nèi)氣流分布(AirDistribution)送風參數(shù)：風量、風速的大小和方向以及風溫、濕度、污染物濃度等氣流組織的重要性：保證室內(nèi)熱濕環(huán)境和保證空氣品質(zhì)氣流組織對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的意義氣流組織的定義2本章內(nèi)容室內(nèi)空氣環(huán)境營造方法室內(nèi)空氣環(huán)境的評價指標主要評價指標的測量方法本章內(nèi)容室內(nèi)空氣環(huán)境營造方法3室內(nèi)空氣環(huán)境營造方法室內(nèi)空氣環(huán)境營造方法4室內(nèi)空氣環(huán)境的基本要求滿足室內(nèi)人員對新鮮空氣的需求保證主觀感受的滿意度保證室內(nèi)人員的熱舒適保證溫濕度、風速要求保證室內(nèi)污染物不超標各種污染物需要被稀釋和移除室內(nèi)空氣環(huán)境的基本要求滿足室內(nèi)人員對新鮮空氣的需求5室內(nèi)空氣環(huán)境營造的方法通風基本考慮單一參數(shù)控制，如溫度，污染物濃度等空氣調(diào)節(jié)多參數(shù)控制：調(diào)節(jié)溫度、濕度、流速、潔凈度、空氣成分、氣味等污染嚴重：直流式系統(tǒng)（即機械通風系統(tǒng)）污染不很嚴重：部分回風系統(tǒng)室內(nèi)空氣環(huán)境營造的方法通風6通風是最基本的方法功能對污染物與熱污染進行移除通風的方式自然通風機械通風稀釋法（均勻混合）置換法（活塞置換）局部保障法（個性化送風）通風是最基本的方法功能7自然通風利用自然的手段（熱壓、風壓等）來促使空氣流動而進行的通風換氣方式優(yōu)點不消耗動力或消耗很少的動力，節(jié)能可以用充足的新鮮空氣保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)不需要專用機房，不需要專門維護可以帶來較寬的舒適范圍局限性受建筑設(shè)計限制，難以控制總通風量難以保證新風在室內(nèi)得到合理的分布室外污染嚴重（包括噪聲）時不適用氣候條件不適合時不適用往往需要居住者進行通風口的調(diào)節(jié)自然通風利用自然的手段（熱壓、風壓等）來促使空氣流動而進行8基本原理：只要建筑開口兩側(cè)存在壓力差

P，就會有空氣流過開口。流過的風速為：驅(qū)動力

壓差熱壓：溫差引起的空氣密度差導致建筑開口內(nèi)外的壓差風壓：室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開口處的壓差自然通風的分類熱壓通風風壓通風風壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風自然通風

P基本原理：只要建筑開口兩側(cè)存在壓力差P，就會有空氣流過開9熱壓通風h

w

nba熱壓通風hwnba10熱壓通風的基本概念余壓熱壓通風的基本概念余壓11多層建筑的熱壓引起的自然通風余壓多層建筑的熱壓引起的自然通風余壓12風壓作用下的自然通風風壓作用下的自然通風13風壓作用下的自然通風Pf往往采用CFD或風洞模型實驗的方法求取K值。風壓系數(shù)風壓作用下的自然通風Pf往往采用CFD或風洞模型14風洞模型實驗風洞模型實驗15風壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風風壓和熱壓的聯(lián)合作用下的自然通風16常見的自然通風的形式中庭通風風井通風單面通風穿堂風Crossventilation常見的自然通風的形式中庭通風風井通風單面通風穿堂風17機械通風利用機械手段（風機、風扇等）產(chǎn)生壓力差來實現(xiàn)空氣流動的方式優(yōu)點：可控制性強可通過調(diào)整通風設(shè)備控制風量可通過調(diào)整風口、風量等控制室內(nèi)氣流分布局限性：成本高需要消耗能源初投資和運行費都比較高需要維護管理設(shè)備需要占據(jù)空間，并可能帶來噪聲機械通風利用機械手段（風機、風扇等）產(chǎn)生壓力差來實現(xiàn)空氣流動18機械通風氣流組織形式混合通風：稀釋法追求均勻的室內(nèi)環(huán)境混合后的空氣可能已被污染置換通風：置換法保證人員呼吸區(qū)的環(huán)境要求下送風，新鮮氣流先送入工作區(qū)個性化送風：局部保障法滿足不同個體的特殊性要求工位送風，獨立可調(diào)機械通風氣流組織形式混合通風：稀釋法19機械通風的氣流組織形式三種典型的送風形式混合通風置換通風個性化送風機械通風的氣流組織形式三種典型的送風形式20Fanger教授的比方：混合通風置換通風或個體送風Fanger教授的比方：混合通風置換通風21混合通風的氣流形式上送上回上送下回下送下回側(cè)送上下回混合通風的氣流形式上送上回上送下回下送下回側(cè)送上下回22兩種典型的理想氣流分布均勻混合：氣流充分混合，各處參數(shù)完全一樣活塞流動實際情況都不是均勻混合和活塞流動，而要復雜得多理想的氣流分布形式兩種典型的理想氣流分布理想的氣流分布形式23室內(nèi)空氣環(huán)境的評價指標通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境理想稀釋與置換時的描述參數(shù)送風有效性的描述參數(shù)污染物排除有效性的描述參數(shù)空氣擴散性能與均勻指標室內(nèi)空氣環(huán)境的評價指標通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境24通風量與IAQ的關(guān)系一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境通風量與IAQ的關(guān)系一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境25通風量與IAQ的關(guān)系美國(歐洲)對學校，辦公室的最新研究表明新風量與SBS之間有著一定的關(guān)系，當新風量小于36m3/h人時，SBS問題變得顯著。關(guān)于人體代謝污染的問題，第一印象(FirstImpression)使80%的人能夠滿意的最小新風量是27m3/h人，對于已適應了室內(nèi)環(huán)境的90%的人能夠滿足的最小新風量只需9m3/h人。一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境通風量與IAQ的關(guān)系美國(歐洲)對學校，辦公室的最新研究26新風通風換氣量常用民用建筑新風量范圍以坐為主、少吸煙、久逗留場所實際上，人體在靜坐至重勞動狀態(tài)，肺通氣量為：11.6~80.4L/min人，即0.7~4.8m3/h人(實際為一半)一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境新風通風換氣量常用民用建筑新風量范圍實際上，人體在27新風通風換氣量決定因素室內(nèi)污染物允許濃度室外污染物濃度室內(nèi)污染物發(fā)生量：發(fā)生量已知否？？？室內(nèi)污染物產(chǎn)生對換氣量的要求人體代謝生物污染：以CO2濃度或臭氣強度指數(shù)為指標確定換氣量消除煙臭的要求根據(jù)吸煙量確定污染物發(fā)生量：VOC等微量產(chǎn)生的污染難以監(jiān)測，通風量的確定仍然是需要研究的問題。一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境新風通風換氣量決定因素一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境28通風換氣量的評價指標換氣次數(shù)ACH(次/h)反映了房間通風量的大小空間的名義時間常數(shù)(s)換氣次數(shù)的倒數(shù)，用于評價空間稀釋情況的好壞一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境通風量(m3/h)房間的容積(m3)通風換氣量的評價指標換氣次數(shù)ACH(次/h)一.通風29氣流分布與室內(nèi)環(huán)境的關(guān)系總新風量滿足要求，是否意味著IAQ一定滿足要求？向室內(nèi)引入的新風是否都進入了呼吸區(qū)？室內(nèi)空氣更新的快慢如何？室內(nèi)污染物被轉(zhuǎn)移出去的速度如何？室內(nèi)空氣參數(shù)分布是否滿足要求？氣流組織包含的內(nèi)容風速分布（風速場或流場）溫度分布（溫度場）濕度分布（濕度場）污染物濃度分布（污染物濃度場，IAQ）一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境氣流分布與室內(nèi)環(huán)境的關(guān)系總新風量滿足要求，是否意味著IAQ30室內(nèi)空氣環(huán)境的描述參數(shù)如果室內(nèi)空氣均勻混合或者是理想活塞流，就可以用集總的參數(shù)對房間的通風效果進行總體評價實際環(huán)境通風氣流組織評價的三類參數(shù)描述送風有效性的參數(shù)，主要反映送風能否有效到達考察區(qū)域以及到達該區(qū)域的空氣新鮮程度，如：空氣齡、換氣效率、送風可及性描述污染物排除有效性的參數(shù)，主要反映污染物到達考察區(qū)域的程度以及到達該區(qū)域所需要的時間，如：污染物含量和排空時間、排污效率與余熱排除效率、污染物年齡、污染源可及性與熱舒適關(guān)系密切的有關(guān)參數(shù)，如：不均勻系數(shù)

、空氣擴散性能指標(ADPI)

一.通風量、氣流分布與室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)空氣環(huán)境的描述參數(shù)如果室內(nèi)空氣均勻混合或者是理想活塞流，31全面通風的基本微分方程式

（均勻混合時的稀釋方程）質(zhì)平衡式：

QCSd

+Md

-QCd

=VdC在通風量Q一定、室內(nèi)初始濃度為C1的時候，求C2與通風時間的關(guān)系：穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)系式：MQ,CsCVC二.理想稀釋與置換時的描述參數(shù)或全面通風的基本微分方程式

（均勻混合時的稀釋方程）質(zhì)平衡式：32活塞流動時的室內(nèi)參數(shù)特征房間的溫度、濕度和污染物濃度在經(jīng)過源之前等于送風參數(shù)經(jīng)過源之后等于均勻混合后的參數(shù)，污染源僅影響下游濃度描述參數(shù)換氣次數(shù)名義時間常數(shù)二.理想稀釋與置換時的描述參數(shù)斷面流速流道總長度活塞流動時的室內(nèi)參數(shù)特征二.理想稀釋與置換時的描述參數(shù)斷331.空氣齡Airage最早于20世紀80年代由Sandberg提出。空氣齡是指送風到達房間某點的時間。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。如果某點的空氣年齡為

的空氣微團在某點空氣中所占的比例分布即概率分布f(

)，有累計分布函數(shù)則某點的平均空氣齡為P

P三.送風有效性的描述參數(shù)1.空氣齡Airage最早于20世紀80年代由San34與空氣齡相關(guān)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

rl駐留時間(Residencetime)空氣離開房間時空氣齡

r也稱作“換氣時間”置換室內(nèi)全部現(xiàn)存空氣的時間

三.送風有效性的描述參數(shù)與空氣齡相關(guān)的兩個參數(shù)殘余時間(Residuallifet35房間平均空氣齡等于房間各點空氣齡的體平均典型流型的空氣齡活塞流：

r=e=n

p

＝e

/2=

n

/2

均勻混合流：到處空氣齡都一樣

p

＝e非完全混合流：入口空氣年齡最年輕，出口年齡最老——如果沒有滯留區(qū)的話幾處典型的空氣齡P

PCe

e三.送風有效性的描述參數(shù)房間平均空氣齡幾處典型的空氣齡PPCee三.送風有效362.換氣效率—不涉及污染源的位置理論上最短的換氣時間是多少？

“理想活塞流”的換氣效率最高，房間的平均空氣齡最小換氣效率的定義活塞流的平均空氣齡與實際通風條件下房間平均空氣齡的比值為換氣效率（<1），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值三.送風有效性的描述參數(shù)2.換氣效率—不涉及污染源的位置理論上最短的換氣時間是多37空間各點的換氣效率的定義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2.換氣效率—不涉及污染源的位置三.送風有效性的描述參數(shù)空間各點的換氣效率的定義2.換氣效率—不涉及污染源的位置38常見送回風形式的換氣效率三.送風有效性的描述參數(shù)常見送回風形式的換氣效率三.送風有效性的描述參數(shù)393.送風可及性

AccessibilityofSupplyAir:ASA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)情況需要反映送風在任意時刻到達室內(nèi)各點的能力，考慮有限時間內(nèi)送風的有效性定義在流場不變的條件下，假設(shè)送風口的空氣含有濃度為Cs的指示劑氣體，房間內(nèi)部無源，則該送風口在歷時T后對空間位置i的可及性為送風到達i點的百分比三.送風有效性的描述參數(shù)3.送風可及性

AccessibilityofSupp40不同時刻的送風可及性發(fā)展情況（深色區(qū)域內(nèi)ASA大于0.5）三.送風有效性的描述參數(shù)不同時刻的送風可及性發(fā)展情況（深色區(qū)域內(nèi)ASA大于0.5）三41可及性的物理意義可及性是流場自身的特性，與送風有無指示劑無關(guān)可及性反映了在經(jīng)歷了一定時間后，各風口送風到達空間各點的相對程度單一風口經(jīng)過足夠長時間后，空間各點的可及性均為1多個風口經(jīng)過足夠長時間后，在空間各點的可及性和為1三.送風有效性的描述參數(shù)可及性的物理意義可及性是流場自身的特性，與送風有無指示劑無421.排污效率：涉及污染源的位置排污效率充分混合流

＝1活塞流均勻污染源

＝2如果污染源在出口呢？污染源在入口呢？余熱排除效率用得熱代替污染物，溫度代替污染物濃度平均排污效率局部排污效率PCe,teCs,ts四.污染物排除有效性的描述參數(shù)1.排污效率：涉及污染源的位置排污效率平均排污效率局部排污432.污染物含量與排空時間室內(nèi)污染物總M()在

時間內(nèi)產(chǎn)生的污染物與排風口排出的污染物總量之差，取決于通風形式（例如：新風存在短路則室內(nèi)污染物總量變大）穩(wěn)定條件下排空時間：反映一定的氣流組織排除污染物的能力四.污染物排除有效性的描述參數(shù)污染源散發(fā)速率2.污染物含量與排空時間室內(nèi)污染物總M()四.污染443.污染物年齡與污染源可及性污染物年齡——年齡越短，污染得越快污染物微團的污染物年齡的概率分布函數(shù)A(

)與累計分布函數(shù)B(

)室內(nèi)某一點的污染物年齡

cont是指該點所有污染物微團的污染物年齡的平均值污染源可及性評價污染源在優(yōu)先時段內(nèi)對室內(nèi)環(huán)境的影響假定送風不含有污染物四.污染物排除有效性的描述參數(shù)穩(wěn)態(tài)排風污染物平均濃度3.污染物年齡與污染源可及性污染物年齡——年齡越短，污染45不均勻系數(shù)反映氣流溫度場和速度場的不均勻程度。t均方根偏差溫度不均勻系數(shù)五.空氣擴散性能與均勻性指標速度不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)反映氣流溫度場和速度場的不均勻程度。t均方根偏差46空氣擴散性能指標ADPI

(AirDiffusionPerformanceIndex)定義空間內(nèi)滿足規(guī)定風速和溫度要求的測點數(shù)與總測點數(shù)之比ADPI的值越大，說明感到舒適的人群比例越大。在一般情況下，應使ADPI≥80％

有效溫差五.空氣擴散性能與均勻性指標空氣擴散性能指標ADPI

(AirDiffusionP47氣流組織的測量與計算方法蹤氣體實驗法測換氣次數(shù)測空氣齡測換氣效率氣流組織的測量與計算方法蹤氣體實驗法481.示蹤氣體試驗法是研究建筑物空氣分布與滲透特性的重要手段示蹤氣體的目的是準確標識室內(nèi)空氣流動特性，必須具有如下特點能夠完全跟隨空氣流動具有可測性具有穩(wěn)定性，一般情況下不發(fā)生物理或化學反應無毒性常見的示蹤氣體包括甲烷、SF6、二氧化碳等。1.示蹤氣體試驗法是研究建筑物空氣分布與滲透特性的重要手段49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）(st