CN104930635A - 一种方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，包括进风管和壳体，还包括变截面进风道；所述壳体为上端封闭的回形筒体，该筒体的四边长度相等；壳体套在所应用的方柱体外且壳体的内筒内壁紧贴方柱体的外壁；所述进风管安装在变截面进风道的上端，进风管与变截面进风道相连通；进风管的中轴线与壳体的中轴线垂直相交；所述变截面进风道为筒状，其位于壳体的上半部分之内且其下端口与壳体相连通。本发明能够改善建筑室内空气品质和人员热舒适性与健康，该均流装置适用于包含方柱结构，采用回形条缝风口实现贴附送风的建筑通风空调系统。

Description

一种方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置

技术领域

本发明涉及一种变截面均匀送风装置，特别涉及一种应用于方柱壁面贴附式送风的均流装置，该装置适用于民用及工业建筑，地铁、水电站等特殊建筑空间的通风空调系统。

背景技术

在出风口初动量一定的前提下，贴附射流送风模式能够将处理后的空气送至较远的区域，拓展送风在建筑空间内的作用范围。同时，已有研究还表明贴附射流能够有效减少直接送风对工作区人员带来的“吹风感”。因此，贴附射流通风模式在建筑通风、空调系统中得到了广泛的应用。

目前，混合通风模式下的顶板贴附射流应用较为广泛。但这种送风方式下，人员工作区往往位于回风或排风回境中，卫生条件较差，送风效率也相对较低。为了克服这种贴附射流形式存在的问题，国内外研究学者提出了基于侧墙竖直壁面贴附的上置置换通风模式以及顶板贴附射流模式。其中，基于侧墙竖直壁面贴附的上置置换通风模式中，贴附墙面须为无热流影响的内墙，且墙面应平整光滑、无障碍物影响等，这使得该模式的应用受到限制；另外，该模式要求送风与侧墙分离、转弯进入工作区后，沿地面向前有足够的延伸扩散能力，尽可能覆盖房间绝大部分区域。而顶板贴附射流模式要求送风基本能与顶板形成完全贴附、到达对面墙壁，然后转弯进入工作区；因此，上述两种模式只能应用于办公室、酒店客房等进深较小的建筑。而对于商场、地铁车站等大空间建筑，顶板贴附射流模式送风未达到对面墙壁前就会与顶板脱落，提前进入工作区；而基于侧墙贴附的上置置换通风转弯后沿地面延伸能力有限，不能覆盖大空间的绝大部分区域。

因此在大空间中，上述两种送风模式均不能达到设计效果。鉴于此，研发一种可有效消除上述送风方式弊端，并适用于大空间建筑的贴附送风模式就尤为必要。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或者不足，本发明的目的在于，提出一种方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，以形成基于方柱壁面贴附的通风模式，解决上述现有技术中存在的受到应用限制以及不适用于大空间建筑的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案予以解决：

一种方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，包括进风管和壳体，还包括变截面进风道；所述壳体为上端封闭的回形筒体，该筒体的四边长度相等；壳体套在所应用的方柱体外且壳体的内筒内壁紧贴方柱体的外壁；所述进风管安装在变截面进风道的上端，进风管与变截面进风道相连通；进风管的中轴线与壳体的中轴线垂直相交；所述变截面进风道为筒状，其位于壳体的上半部分之内且其下端口与壳体相连通。

进一步的，所述变截面进风道的横截面为水平轴对称的多边形，该多边形的每个边与其对应的壳体的侧边或侧边的平行线均形成楔形区域。

进一步的，所述变截面进风道的横截面为六边形，每个边与其对应的壳体的侧边或侧边的平行线均形成楔形区域；在变截面进风道的一侧沿进风方向的3个楔形区域的角度依次为14°～18°、9°～15°、6°～11°；在变截面进风道的另一侧的3个楔形区域的角度依次为14°～18°、9°～15°、6°～11°。

进一步的，所述变截面进风道和壳体的外筒外壁上附有一消声保温层。

进一步的，所述壳体的中部设置有一回形孔板，所述回形孔板上均匀分布有多个通孔。

进一步的，所述回形孔板上通孔的孔径为1～3mm；回形孔板开孔率为20％～30％。

进一步的，所述壳体顶面内筒内壁与回形孔板之间均流区域高度为150～250mm。

进一步的，所述壳体的下端一周沿水平方向向壳体的中轴线方向延展形成一回形导流弧板，回形导流弧板由设计为一体的水平段、弧段和竖直段组成；且所述回形导流弧板与壳体的内筒外壁之间留有一定的缝隙，形成一回形条缝出风口。

进一步的，所述回形孔板距回形条缝出风口的竖直距离为出风段，出风段包括出风区域和导流段；出风区域范围为150～250mm；导流段范围为50～100mm。

进一步的，所述回形条缝出风口的水平宽度为20～80mm。

本发明的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置能够用于方柱壁面贴附式送风。通过引入渐缩截面楔形进风道，实现了沿方柱4个壁面方向进风区域的等压降均匀进风，以此保证回形条缝风口任意点处的出风压力相等，从而实现回形条缝风口的均匀出风，能够较好地适应于大空间建筑。本发明提高了回形条缝出风口的出风均匀效果，方向竖直向下，与周围环境空气较少混合，提升方柱面贴附送风的有效性，适用于大空间建筑，且不受应用限制。

附图说明

图1是本发明结构和空气流向的俯视图及正视图；其中，图1(a)为横截面图，图1(b)为竖切面图；

图2是变截面进风道的横截面结构示意图；

图3是基于方柱壁面贴附式均匀送风模式气流组织示意图；

图4是回形条缝出风口断面出风均匀性分析实验测点选取图；

图5是送风速度1.0m/s时采用本发明的均流装置与传统中空壳体静压箱回形条缝风口断面中轴线速度分布曲线比较图；

图6是送风速度1.5m/s时采用本发明的均流装置与传统中空壳体静压箱回形条缝风口断面中轴线速度分布曲线比较图；

图7是送风速度2.0m/s时采用本发明的均流装置与传统中空壳体静压箱回形条缝风口断面中轴线速度分布曲线比较图；

图8是实施例一中的尺寸示意图。其中，图8(a)为横截面图，图8(b)为竖切面图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

基于建筑结构承重的要求，大多数建筑中都存在方柱。它们位于建筑内部、分布均匀、表面光滑且往往没有障碍物遮挡。如果能将贴附射流与这类柱体相结合，不但满足上述要求、外形美观，还能减少建筑类型、建筑高度对送风模式的影响。本发明的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，用于解决当前贴附射流送风模式存在的受到应用限制以及不适用于大空间建筑的问题。

本发明的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置的结构如图1所示，包括进风管2、变截面进风道3和壳体4，其中，所述壳体4为上端封闭的回形筒体，该筒体的四边长度相等；壳体4套在所应用的方柱体6外且壳体4的内筒内壁紧贴方柱体6的外壁7。

所述进风管2为一矩形风管，进风管2的一端连接风机，另一端安装在变截面进风道3的上端，进风管2与变截面进风道3相连通；进风管2的中轴线与壳体4的中轴线垂直相交。

如图2所示，所述变截面进风道3为筒状，其位于壳体4的上半部分之内且其下端口与壳体4相连通；其横截面为水平轴对称的多边形，该多边形的每个边与其对应的壳体4的侧边或者与侧边的平行线均形成楔形区域；楔形区域的斜边与侧边或者与侧边的平行线的夹角越小，进风湍流度越大，风道内压力损失增大，不利于壳体4的均匀进风；反之，夹角越大，风道内单位长度的压降过大，导致壳体4的进风不均匀；上述变截面进风道3的设计使得进风气流在沿变截面进风道3流动的过程中，流动截面不断变窄，但压降始终近似相同，运动过程中的压降完全由动压来补偿，保证沿方柱4个壁面方向变截面进风道3内任意一点的静压相等，从而实现送风均匀的进入壳体4内部。

可选的，所述变截面进风道的横截面为六边形。经实验验证，在变截面进风道3的一侧沿进风方向的3个楔形区域31、32、33的角度依次为14°～18°、9°～15°、6°～11°；则在变截面进风道3的另一侧的3个楔形区域34、35、36的角度依次为14°～18°、9°～15°、6°～11°。

上述方式能够适用于方柱壁面贴附式均匀送风，解决了现有技术中的应用限制以及不适用于大空间建筑的问题。

可选的，所述变截面进风道3和壳体4的外筒外壁上附有一消声保温层10；所述消声保温层10采用一定厚度的玻璃棉毡、聚乙烯泡沫或其他具有消声功能的材料。由此，能够减少变截面进风道3和壳体4内空气流动撞击与湍动带来的震荡及啸叫噪声的同时，隔绝渐缩截面楔形进风区域3和壳体4内空气与周围环境的换热，起到良好的保温作用。

可选的，所述壳体4的中部设置有一回形孔板9，所述回形孔板9上均匀分布有多个通孔，回形孔板9的设置减小了气流的湍动性，同时起到消声的作用。在降低噪音的同时，实现送风动压转换为静压，静压主导作用下的出风均匀性更好，较好满足了均流装置的出风要求。

可选的，回形孔板9上通孔的孔径实际应用中为1～3mm。可选的，回形孔板9开孔率为20％～30％。经研究发现，在相同的开孔率下，孔径越小、出风均匀性越好，但送风经过孔板时阻力越大，反之规律相反；相同的孔径下，开孔率越大，出风均匀性越好、阻力越小，但孔板制作工艺要求较高、造价增加，并且开孔率增加到50％以上时，孔板有效性将降低。相同的孔径下，开孔率越小，出风均匀性降低、阻力增大，但孔板便于制作和安装固定。

壳体4顶面内筒内壁与回形孔板9之间的空间为送风由变截面进风道3进入壳体4后的均流区域，能够进一步将送风动压转换为静压，实现送风均匀的通过回形孔板9。壳体4顶面内筒内壁与回形孔板9之间均流区域高度越大，送风越能均匀的通过回形孔板9，但造价增高、美观性降低，反之规律相反。经过试验探索验证，壳体4顶面内筒内壁与回形孔板9之间均流区域高度是150～250mm。

可选的，壳体4的下端一周沿水平方向向壳体4的中轴线方向延展形成一回形导流弧板8，回形导流弧板8由设计为一体的水平段、弧段和竖直段组成；且所述回形导流弧板8与壳体4的内筒外壁之间留有一定的缝隙，形成一回形条缝出风口5。回形孔板9与壳体4底面之间为出风区域，壳体4内的风在回形导流弧板8的阻挡和导流的作用下，出风区域内各个方向的气流顺序进入回形条缝出风口5，并沿方柱外壁面7竖直向下送出并扩散，逐渐进入人员工作区。

回形孔板9距回形条缝出风口4的竖直距离为出风段，出风段包括出风区域和导流段；出风段高度越大，出风角度越能满足设计要求，但造价增高、美观性降低，反之规律相反。出风区域是指回形孔板9距回形导流弧板8的水平段的竖直距离，经过试验探索验证，该距离取150～250mm；导流段是指回形导流弧板8的水平段距回形条缝出风口4的竖直距离，经过试验探索验证，该距离取50～100mm；因此出风段的范围为200～350mm。

可选的，所述回形条缝出风口5的水平宽度主要与出风速度、出风口断面均匀性，出风口湍流度有关。相同出风量下，水平宽度越小，出风速度越大、出风断面均匀性越好，但出风口湍流度越高、能量耗散增加，反之规律相反。经过试验探索验证，回形条缝出风口5水平宽度的合适范围为20～80mm。

可选的，圆弧是所有形状导流弧中应用最多、导流效果最好的形式，大量的出现在通风空调系统的弯头、三通等局部阻力构件之中。同时考虑到出风竖直向下的要求，所述的回形导流弧板8的弧段为圆的1/4弧段。

本发明的装置在制作时，其各部件的所有连接处均采用玻璃胶密封缝隙，以防止变截面进风道3和壳体4内的空气由回形条缝出风口5之外的其他部位向外渗透。

本发明的原理如下：

如图3所示，是采用本发明的方柱壁面贴附式送风模式气流组织示意图。由风机送出的高速气流由进风管2的进风口1处进入，进而水平进入变截面进风道3上部，高速气流如图1、2中虚线箭头所示，分左右两个方向沿变截面进风道3的楔形区域的风道运动，运动过程中的能力损失完全由动压来补偿，以此保证变截面进风道3内任一点的静压相等，从而实现送风在静压的作用下均匀的向下进入壳体4内部由壳体4顶面内筒内壁与回形孔板9之间的空间所形成的均流区域；随着后续空气不断涌入，均流区域内压力逐渐升高，均流区域内空气在压力作用下穿过回形孔板9进入出风区域，动压几乎全部转变为静压，气流均匀性得到有效提升；然后均匀性较好的空气沿回形导流弧板8由回形条缝出风口5竖直向下送出；送风贴附于方柱体6的外壁面7向下流动，在康达效应的作用下与方柱外壁面7形成贴附。此后射流主体沿外壁面7向下流动，接近地面时逆压梯度增加，射流主体与方柱体6分离，撞击柱角后方向转为水平，然后与地面形成贴附，以扇形辐射流动方式沿地板向前延伸扩散流动。

由于方柱壁面对射流主体的“挟持作用”，能够有效减少送风与周围空气的混合，将更多新鲜空气和冷/热量分区、均匀下送至工作区。因此，与混合通风方式相比，方柱壁面贴附射流送风模式的送风效率较高、室内空气品质较优，且在工作区形成类似置换通风的气流组织，有效提升人员热舒适性。与置换通风方式相比，该送风模式风口上置，能够有效减少对工作区有效空间的占用，且更加美观。同时，贴附射流模式能够减少冷风直吹人体造成的“吹风感”，且动量送风模式能够适用于送热风工况。

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例1

根据实际使用情况建立回形等截面均流装置实验模型，如图8所示，以边长1000mm的方柱为应用对象，变截面进风道3各个楔形截面高度均为600mm，沿进风口中轴线将变截面进风道3划分为上下对称的六个楔形区域：其中，第一楔形区域31和第四楔形区域34的长度均为600mm(300+(1000-400)/2)、进口宽度均为500mm、末端宽度均为300mm；第二楔形区域32和第五楔形区域35的长度均为1400mm(300+1000+100)、进口宽度均为300mm、末端宽度均为100mm；第三楔形区域33和第六楔形区域36的长度均为600mm(100+1000/2)、进口宽度均为100mm、末端宽度均为50mm；在变截面进风道3的一侧沿进风方向的第一、第二、第三楔形区域31、32、33的角度依次为17°、10°、6°；则在变截面进风道3的另一侧的第四、第五、第六楔形区域34、35、36的角度依次为17°、10°、6°；壳体4的直径1600mm，总高度480mm(其中壳体4顶面内筒内壁与回形孔板9之间均流区域高度200mm，回形孔板9与壳体4底面之间的出风区域高度200mm，回形导流弧板8与出风口5间导流段的高度为80mm，共计480mm)；回形孔板9宽度为300mm，开孔率为25.6％，水平安装在壳体4中部；回形导流弧板8的水平段宽度为250mm；弧段为直径60mm圆的1/4段，弧段下连接50mm高的竖直段；导流段的高度为80mm；进风口宽×高为400×200mm²，回形条缝出风口宽度为50mm，出风速度为1.0m/s。

贴附用方柱，变截面进风道3、壳体4、回形孔板9、回形导流弧板8、进风口1、进风管均采用厚度为2.0mm的镀锌钢板制作，消声材料采用玻璃棉毡，厚度为10mm，紧贴附在变截面楔形进风道和均流装置壳体内侧壁。

为了验证本发明方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置出风的均匀性，需知道回形条缝出风口断面速度分布情况。为此以200mm为间隔，在回形条缝出风口断面中轴线上均匀选取了20个测点，如图4中黑色实心点所示。同时为了与传统中空壳体静压箱装置风口出风均匀性进行比较，在相同参数设置条件，相同出风边界条件，相同实验测试方法下，进一步测试了传统中空壳体静压箱装置出风口断面中轴线上的速度分布，采用散点图形式在图5中标示。

图5中的黑色实心点表示1.0m/s时发明均流装置回形条缝出风口断面中轴线20个测点处的速度值，空心点表示对应测点位置传统中空壳体静压箱装置的速度分布。黑色横向实线表示出风口应该有的设计值，即要求的1.0m/s的送风速度。通过测试得到的散点值和设计要求的横线值的偏差，来进行发明均流装置和传统静压箱装置送风准确性的判定。

设计送风速度1.0m/s时，采用本发明均流装置时，回形风口中轴线20个测点处的速度大小基本相同，分布在0.99-1.25m/s范围内，与设计速度最大相差25.0％，平均偏差为15.8％，送风性能较好的满足了实际要求；采用传统中空壳体静压箱装置时，回形风口中轴线20个测点处的速度大小差值相对较大，分布在0.77-1.99范围内，与设计速度最大相差99.0％，平均偏差为27.9％。因此，就设计出风准确性来说，设计送风速度1.0m/s时，采用本发明均流装置时，实际出风速度与设计风速平均偏差由27.9％降低到了15.8％，准确性提升76.6％。

同时利用风口均匀性计算公式和沿回形条缝风口出风断面中轴线上20个测点处的风速值，计算得到采用本发明楔形变截面均流装置后，设计送风速度为1.0m/s时，回形条缝出风口不均匀性为6.9％，传统中空壳体静压箱装置出风口不均匀性为34.7％，前者相对后者出风均匀性提升402.9％。

实施例2

设计送风速度1.5m/s时，采用本发明均流装置时，回形风口中轴线20个测点处的速度大小基本相同，分布在1.42-1.78m/s范围内，与设计速度最大相差18.7％，平均偏差为11.8％，送风性能较好的满足了实际要求；采用传统中空壳体静压箱装置时，回形风口中轴线20个测点处的速度大小差值相对较大，分布在1.06-3.18m/s范围内，与设计速度最大相差112.0％，平均偏差为29.9％。因此，就设计出风准确性来说，设计送风速度1.5m/s时，采用本发明均流装置时，实际出风速度与设计风速平均偏差由29.9％降低到了11.8％，准确性提升153.4％。

回形条缝风口出风均匀性方面，采用本发明楔形变截面均流装置，设计送风速度为1.5m/s时，回形条缝出风口不均匀性为6.6％，传统中空壳体静压箱装置出风口不均匀性为38.8％，前者相对后者出风均匀性提升487.9％。

实施例3

设计送风速度2.0m/s时，采用本发明均流装置时，回形风口中轴线20个测点处的速度大小基本相同，分布在1.90-2.27m/s范围内，与设计速度最大相差13.5％，平均偏差为8.1％，送风性能较好的满足了实际要求；采用传统中空壳体静压箱装置时，回形风口中轴线20个测点处的速度大小差值相对较大，分布在1.26-3.94m/s范围内，与设计速度最大相差97.0％，平均偏差为31.4％。因此，就设计出风准确性来说，设计送风速度2.0m/s时，采用本发明均流装置时，实际出风速度与设计风速平均偏差由31.2％降低到了8.1％，准确性提升287.7％。

回形条缝风口出风均匀性方面，采用本发明楔形变截面均流装置，设计送风速度为2.0m/s时，回形条缝出风口不均匀性为5.6％，传统中空壳体静压箱装置出风口不均匀性为39.1％，前者相对后者出风均匀性提升598.2％。

综上所示，出风准确性方面，送风速度越高，采用本发明楔形变截面均流装置时，出风准确性越好，同时相对传统中空壳体静压箱装置出风准确性提升越多；出风均匀性方面，送风速度越高，采用本发明楔形变截面均流装置时，出风均匀性越好，并且相对传统中空壳体静压箱装置，均流装置在均匀性提升方面效果越好。

Claims (10)

1.一种方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，包括进风管和壳体，其特征在于，还包括变截面进风道；所述壳体为上端封闭的回形筒体，该筒体的四边长度相等；壳体套在所应用的方柱体外且壳体的内筒内壁紧贴方柱体的外壁；所述进风管安装在变截面进风道的上端，进风管与变截面进风道相连通；进风管的中轴线与壳体的中轴线垂直相交；所述变截面进风道为筒状，其位于壳体的上半部分之内且其下端口与壳体相连通。

2.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述变截面进风道的横截面为水平轴对称的多边形，该多边形的每个边与其对应的壳体的侧边或侧边的平行线均形成楔形区域。

3.如权利要求2所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述变截面进风道的横截面为六边形，每个边与其对应的壳体4的侧边或侧边的平行线均形成楔形区域；在变截面进风道的一侧沿进风方向的3个楔形区域的角度依次为14°～18°、9°～15°、6°～11°；在变截面进风道的另一侧的3个楔形区域的角度依次为14°～18°、9°～15°、6°～11°。

4.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述变截面进风道和壳体的外筒外壁上附有一消声保温层。

5.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述壳体的中部设置有一回形孔板，所述回形孔板上均匀分布有多个通孔。

6.如权利要求5所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述回形孔板上通孔的孔径为1～3mm；回形孔板开孔率为20％～30％。

7.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述壳体顶面内筒内壁与回形孔板之间均流区域高度为150～250mm。

8.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述壳体的下端一周沿水平方向向壳体的中轴线方向延展形成一回形导流弧板，回形导流弧板由设计为一体的水平段、弧段和竖直段组成；且所述回形导流弧板与壳体的内筒外壁之间留有一定的缝隙，形成一回形条缝出风口。

9.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述回形孔板距回形条缝出风口的竖直距离为出风段，出风段包括出风区域和导流段；出风区域范围为150～250mm；导流段范围为50～100mm。

10.如权利要求1所述的方柱壁面贴附式均匀送风用变截面均流装置，其特征在于，所述回形条缝出风口的水平宽度为20～80mm。