CN102200332A - 一种适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，该在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面中部以上位置设置有送风口，该送风口紧贴胶囊旅馆独立空间入口正对壁面竖直向上送风，当送风气流从送风口射出后，气流与胶囊旅馆独立空间的围护结构产生撞击，撞击后的气流仍然沿胶囊旅馆独立空间的壁面流动，气流最终以低速进入人体呼吸区，形成气流对撞式送风口。本发明解决了小空间内近距离送风产生的吹风感和新风不足的问题，适用于近距离送风，舒适度要求较高的小空间空调场合，避免了因通风产生的吹风感和因新鲜空气不足产生的憋闷感，保证了送风舒适性，还能达到节省使用空间、节能的效果。

Description

一种适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法

技术领域

本发明涉及一种送风方法，具体涉及一种基于射流撞击原理适用于胶囊旅馆的送风方法。本发明特别适用于胶囊旅馆这样的小空间室内通风系统。

背景技术

1979年2月1号，世界上的第一家胶囊旅馆在大阪开业，胶囊旅馆大多只有在繁忙的都市地区才有，因为日本可怕的加班文化，促使了胶囊旅馆的诞生。这种旅馆是几十个整齐撂起来的“胶囊”，每个胶囊“盛放”一个顾客。近两年中国胶囊旅馆在各大城市蓬勃发展起来，每个“胶囊”的宽度和高度约110厘米，长约220厘米，体积约2.7立方米，人均使用面积约3平方米。“胶囊”没有门，住户可拉上入口处的布帘作遮挡。难以否认，封闭式的单间"胶囊"容易造成人们与世隔绝的不安和时间感的丧失，特别容易因通风不畅引起憋闷、头晕、恶心等症状。为了缓解被密封的心理压力和憋闷等不舒适感，提供一个舒适、高效的送风方法是十分必要的。

室内通风、空调系统的重要环节就是探讨采用何种送风气流组织模式的问题，气流组织的模式分为两种：

（1）以稀释原理为基础的传统混合通风；

（2）以浮力控制为动力的近代置换通风。

混合通风的特点是速度高、动量大和紊流送风，因在建筑空间上容易布置，不占有下部建筑空间，至今仍然广泛使用。工作区一般处于回风或者排风环境中，通风效率、卫生条件相对较差。胶囊旅馆空间很小高度约为120厘米，人均使用面积仅3平方米有别于常规空调空间，如选用传统的混合通风，必然会因此引起局部风速过大，气流分布不均匀，大大增加了对旅客产生吹风感的机率。

置换通风可使建筑空间得到较好的空气品质、较高的通风效率，并可提升通风空调区域的热舒适性。下置式置换通风是夏季空调应用最为广泛的置换通风形式，送风口布置在房间下部，气流以类似层流的活塞流的状态缓慢向前移动，由于送风温度低于室内空气温度，送风在重力作用下先蔓延至整个地板表面，随后在后继送风推动和室内热源产生热对流气流的卷吸作用下，由下至上流动形成室内空气运动的主导气流，最后由房间上部排出室外。由于新鲜清洁空气直接送入工作区，先经过人体，这样就可以保证人体处于一个相对清洁的空气环境中，从而有效地提高了工作区的空气品质，同时房间下部工作区温度接近送风温度，上部非工作区温度接近排风温度，因此通风效率相对较高。置换通风通常采用底部侧送风的气流组织方式，由于胶囊旅馆空间极其有限，下部是旅客休息的床铺，在下部布置风口是不可行的，在一定程度上阻碍了置换通风在胶囊旅馆中的推广应用。

胶囊旅馆现有的通风装置主要是以下两种形式（1）排气扇；（2）分体式空调。依靠排气扇来排出“胶囊”内的空气，吸入外部的新鲜空气。通过分体式空调来提供冷风或暖风，新风依靠入口处的竹帘渗透进入“胶囊”。这两种方法都无法提供给在“胶囊”内休息的旅客一个舒适的室内热环境和足够的新鲜空气。

经专利检索发现：“射流撞击式空调送风方法”（专利号200410021511.8）公开了一种射流撞击式空调送风方法，送风口为可调节百叶风口，气流送出后与障碍物产生撞击，撞击后射流绕流通过障碍物。该发明的送风方法试用于工位空调，属于个性送风的一种，它能够保证工作区域人体处于低速送风状态中，但使用时，需要将其布置在与人体较近的位置，通过与周围挡板撞击反射给人体，撞击后的射流具有脉动特性。该方式经撞击后直接发射进入工作区无法形成稳定的送风气流，不适合用于休息的胶囊旅馆独立空间内的气流环境要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，解决小空间内近距离送风产生的吹风感和新风不足的问题，提供一种适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，该方法能够使送风速度快速衰减和新风及时到达呼吸区，避免了因通风产生的吹风感和因新鲜空气不足产生的憋闷感。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面中部以上位置设置有送风口，该送风口紧贴胶囊旅馆独立空间入口正对壁面竖直向上送风，所述的送风口下方连接有送风管道构成的室内送风装置，送风管道与室外送风管道相连，当送风气流从送风口射出后，气流与胶囊旅馆独立空间的围护结构产生撞击，撞击后的气流仍然沿胶囊旅馆独立空间的壁面流动，气流最终以低速进入人体呼吸区，形成气流对撞式送风。

本发明还具有以下技术特点：

所述的送风口与胶囊旅馆独立空间入口正对壁面的顶部距离小于1/2胶囊旅馆独立空间入口正对壁面的高度，送风口下方连接的送风管道的底部至少设置在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面中上方。

所述的送风口的射流送风速度为0～3.0m/s。

本发明的与现有技术相比解决了小空间内近距离送风产生的吹风感和新风不足的问题，使送风速度快速衰减和新风及时到达呼吸区，避免了因通风产生的吹风感和因新鲜空气不足产生的憋闷感。胶囊旅馆空间狭小（2.2m×1.1m×1.2m），传统的分体空调占据空间较大。同时送风口离人体很近直吹人体，极易造成吹风感，空间热舒适性很差。采用本发明的送风方法其送风口没有直对人体，而是经过与围护结构的三次撞击后进入呼吸区，这样就能避免吹风感的产生，同时能将新风及时的送入呼吸区。新风由送风口送出，撞击壁面并贴附于壁面继续流动，这样能够避免新风与室内空气的混合，直接将新风送入呼吸区，减少了送风量，达到节能效果。

本发明适用于近距离送风，舒适度要求较高的空调场合，能够提高送风的舒适性和室内空气品质，如小空间空调系统，特别是胶囊旅馆的空调送风，可以保证新风及时到达呼吸区，同时又不会产生吹风感，保证了送风舒适性，还能达到节省使用空间、节能的效果。

附图说明

图1 为本发明适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法示意图；

图2 为本发明适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法剖面示意图；

图3 为本发明实施例1情况下送风口截面速度等值线分布图；其中图中各数字分别表示：1 送风口，2 送风管道，3 “胶囊”独立空间上壁面，4、5 “胶囊”独立空间侧壁面，6 “胶囊”独立空间底部壁面，7 “胶囊”独立空间入口正对壁面。

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明中在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面中部以上位置设置有送风口，该送风口紧贴胶囊旅馆独立空间入口正对壁面竖直向上送风，，射流与胶囊独立空间上壁面撞击，由于空气的积聚和墙脚效应的作用，会产生一个逆压梯度。因此会导致射流的主体部分从竖直壁面上分离，然后改变运动方向沿水平壁面向两侧运动。在靠近水平壁面处送风射流的流速大静压小，而远离水平壁面处静压大，由于压差的作用进而导致送风射流贴附于水平壁面，形成贴附效应。当射流到达墙角处，会产生二次撞击，射流由水平运动转变为贴附于侧壁面竖直向下运动，气流最终以低速、均匀的状态进入休息区域。

参见图1-2，本发明的适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面7中部以上位置设置有送风口1，该送风口1紧贴胶囊旅馆独立空间入口正对壁面7竖直向上送风，送风口1下方连接有送风管道2构成室内送风装置，送风管道2与室外送风管道相连。在实际生活使用中，送风口1的大小应根据风量要求和空间实际大小来计算。当送风气流从送风口1射出后，气流与胶囊旅馆独立空间的围护结构产生撞击，首先，射流与“胶囊”独立空间上壁面3进行撞击，撞击消耗了射流的动能，加快了速度衰减。射流经撞击后沿“胶囊”独立空间上壁面3扩散，当扩散气流到达“胶囊”独立空间两个侧壁面（4，5）时，又会在“胶囊”独立空间侧壁面（4，5）与“胶囊”独立空间上壁面3的拐角处进行二次撞击。二次撞击继续消耗射流的动能，进一步加快了速度衰减，降低射流速度。撞击过后射流会在康达效应（Coanda Effect）的作用下贴附在两侧壁（4，5）继续向下运动。由于胶囊旅馆高度仅为120cm，所以在到达“胶囊”独立空间底部壁面6之前射流会一直贴附在独立空间侧壁面（4，5），不会提前脱落进入呼吸区导致不舒适感。当射流由壁面到达“胶囊”独立空间底部壁面6时又会进行第三次撞击，这时的射流速度已经衰减到了很小，完全不会再产生吹风感，并能在“胶囊”独立空间底部壁面6使人体处于低速均匀的“空气湖”中。同时射流在康达效应的作用下，贴附在“胶囊”独立空间两侧壁（4，5）向下输送，减少其与室内空气的混合，将新鲜空气最大限度的下送至人的呼吸区。

送风口1与胶囊旅馆独立空间入口正对壁面7的顶部距离小于1/2胶囊旅馆独立空间入口正对壁面7的高度，以免阻碍出风。送风口1下方连接的送风管道2的底部至少设置在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面7中上方。以免旅客平躺时送风管道2触碰旅客头部。送风口1的射流送风速度为0～3.0m/s。送风口设置在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面7中上部位置，是胶囊旅馆中很少被用到的空间，从而不会占据有限的使用空间。该送风方法在运行时呼吸区接近于送风环境，有利于人体健康，能够提高舒适度；该送风方法将新风直接送至呼吸区，减少了送风量，达到节能效果。

以下是发明人给出的实施例。

实施例1

“胶囊”旅馆的尺寸为长220cm×宽110cm×高120cm；送风管道2尺寸为长10cm×宽10cm×高20cm； 送风口1尺寸为长10cm×宽10cm；送风口1离胶囊上壁面3的距离为20cm；送风口1的出风速度为1m/s，送风温度为23℃，环境温度为25℃；

为了验证本发明送风方法的送风效果和室内空气流动情况，在此选用Launder及Spalding等提出的一种平均湍流能量模型即标准k -ε双方程湍流模型求解方程组。

标准k -ε模型是由湍动能（k）方程和湍动能耗散率（ε）方程来确定μi的两方程模型。

采用k -ε模型来求解湍流对流换热问题时，控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程及k、ε方程与式①。在这一方程组中引入了三个系数（C1、C2、C3）及三个常数（σκ、σε、στ）。在今年发表的文献中，关于这6个经验常数的取值已经比较一致，其值在表1中给出，其中与温度场有关的湍流Pr数

与时均形式能量方程的广义扩散系数有②关系：

这里

是由分子扩散所造成的，而

则是由湍流脉动所造成的。在旺盛湍流区，分子扩散部分可以略而不计。

表1   模型中的常系数取值

采用有限体积法对上述控制方程进行离散，离散格式选用二阶迎风格式，引入出风边界条件并采用SIMPLE算法对离散方程进行求解，当速度项和压力项残差值均小于10^-3，同时温度和组分的残差值均小于10^-6时，控制方程组收敛，此时即可得到室内空气流动情况。

“胶囊”旅馆空间内旅客呼吸的空气是否清洁和新鲜，会直接影响到舒适感和人体的健康。空气龄正可以较好地反映这两个特性的参数。空气龄是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间τ。空气从进风口进入室内后的流动过程中，不断掺混污染物，空气的清洁程度和新鲜程度不断下降。因此，空气龄小，预示着到达该处的空气可能掺混的污染物少。用空气龄作为判断通风效果的参数比传统的换气次数更有意义。

空气龄的数值计算方法是根据示踪气体的质量守恒方程，得到其质量浓度输运方程，然后根据示踪气体法，可以推导出空气龄的输运方程：

式中：分别为x，y，z三个坐标轴方向的速度；

为扩散系数。从上式中可以看出空气龄与流动和扩散系数有关。方程形式与连续性方程、动量方程、湍流模型方程相同。有了空气龄输运方程，就可以采用数值计算方法对空气龄进行求解。

图3为实施例1情况下的风口截面处速度等值线分布图；由图可以明显看出射流从风口送出后上壁面撞击，然后沿上壁面继续流动再与侧壁面撞击，继续沿侧壁面下送至底部形成速度均匀的空气湖。每次撞击都消耗了射流动能减小的送风速度。当送风速度为1m/s时，呼吸区风速仅为0.1m/s，完全保证的送风舒适性，不会引起吹风感。经计算在送风速度为1m/s的情况下，呼吸区空气龄约为240s，空气更新速度快，保证了人体对新风量的需求。

实施例2

其他与实施例1相同，改变送风速度为2m/s，则呼吸区风速约为0.3m/s，不会引起吹风感。由于送风速度增大，送风量的增多，空气更新速度比实施例1快，呼吸区空气龄约为120s，新风量更加充足。

实施例3

其他与实施例1相同，改变送风速度为3m/s，则呼吸区风速约为0.4m/s，呼吸区空气龄约为100s。

综合以上数据，可以得出以下结论：送风射流速度越大，“胶囊”空间底部呼吸区速度越大，空气龄越小；反之，射流送风速度越小呼吸区空气龄越大。表明采用该发明送风方法时，应在不产生吹风感的情况下尽量采用较大的送风速度，从而保证空气的清新度;当射流与壁面发生撞击后，速度衰减加快，进一步表明采用该发明的送风方法可以加大送风速度的衰减，有利于提高人体舒适性。

Claims (3)

1.一种适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，其特征在于：在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面（7）中部以上位置设置有送风口（1），该送风口（1）紧贴胶囊旅馆独立空间入口正对壁面（7）竖直向上送风，所述的送风口（1）下方连接有送风管道（2）构成的室内送风装置，送风管道（2）与室外送风管道相连，当送风气流从送风口（1）射出后，气流与胶囊旅馆独立空间的围护结构产生撞击，撞击后的气流仍然沿胶囊旅馆独立空间的壁面流动，气流最终以低速进入人体呼吸区。

2.如权利要求1所述的适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，其特征在于：所述的送风口（1）与胶囊旅馆独立空间入口正对壁面（7）的顶部距离小于1/2胶囊旅馆独立空间入口正对壁面（7）的高度，送风口（1）下方连接的送风管道（2）的底部至少设置在胶囊旅馆独立空间入口正对壁面（7）中上方。

3.如权利要求1所述的适用于胶囊旅馆的射流撞击式送风方法，其特征在于：所述的送风口（1）的射流送风速度为0～3.0m/s。

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