CN107702305B - 一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法和装置，首先在墙壁上设置进风口和排风口，在进风口处连接送风口，在送风口的正下方设置导流板，送风口的风经导流板导流使空气扩散至工作区，导流板尺寸大于送风口尺寸；送风口采用条缝形组合风口，组合风口的竖截面呈下凹的多边形，组合风口设于墙壁的中间位置；调整送风口的形状和送风量，形成均匀的送风速度。本发明可实现送风沿墙壁由上至下送至导流板处，经其导流作用使空气扩散至工作区，达到置换通风的气流组织效果，提高了人员活动区域的空气质量，降低空调计算负荷，达到节能效果；还可以改善传统混合通风方式的室内空气品质，提高建筑物的热舒适性。

Description

一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法及装置

技术领域

本发明属于暖通空调领域，具体涉及一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法及装置。

背景技术

“气流组织”形式是影响建筑室内通风、空调效果的重要因素，决定着送入室内新鲜空气、冷热量、湿度以及室内污染物浓度的分布。合理的气流组织应该是在消耗较少能源的基础上，有效改善室内空气品质，创建舒适的热湿环境，同时能够有效消除吹风感。气流组织的模式分为两种：以稀释原理为基础的传统混合通风；以浮力控制为动力的近代置换通风，如图1所示。传统的混合通风通常安装在房间顶部，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(工作区)，至今仍然广泛使用；但混合通风的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。

与混合式通风相比，置换式通风的基本思想是利用送风来置换室内已经存在的空气，而不是与其混合；特点是送风口一般位于建筑空间下部一侧，现有的送风装置的送风由散流器送出后直接进入工作区，因此新鲜空气和冷量能够有效被人员利用，室内空气品质和通风效率较高。但是由于系统送风速度相对较低(0.1～0.3m/s)，送风温度与室内环境温度差值相对较小(2～4℃)，如果以较高速度的冷风直吹人体将造成局部热不舒适，并且容易将流动形式由活塞流转换为混合式流动，削弱通风效果。

发明内容

针对现有的送风方法及装置的缺陷和不足，本发明提供了一种适用于可变工作区竖壁贴附式送风方法及装置，可以使气流达到较好的分层效果，新鲜空气直接进入人体呼吸区，又避免了分层空调安装不方便的弊端。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法，包括：从设于墙壁上方的送风口送出的风，经送风口下方的导流板导流后，以辐射流动方式扩散流动至工作区，然后经导流板下方墙壁上的排风口排出。

进一步的，通过调整送风口的形状使得送风速度均匀。

进一步的，通过调整流板距离地面的高度来调整送风速度，所述的送风速度u₀与导流板距离地面的高度h的关系为：u₀＝4*h^-1.5，h∈[1.1,1.8]。

一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，包括设置在墙壁上的进风口和排风口，与进风口连接的送风口，还包括导流板，所述的导流板设于墙壁上，所述的导流板位于送风口正下方，所述的导流板沿水平方向的面积大于送风口的面积；

所述的排风口设置在导流板所在水平面下方的墙壁上；

所述的送风口包括多个条缝形送风口，所述的多个条缝形送风口依次连接形成组合风口，所述的组合风口呈下凹的多边形。

进一步的，所述的组合风口设于墙壁中间。

进一步的，所述的相邻的条缝形送风口之间的夹角可调。

进一步的，所述的组合风口包括第一风口、第二风口、第三风口、第四风口和第五风口，所述的第三风口水平设置，所述的第一风口和第五风口对称设置，所述的第二风口和第四风口对称设置。

进一步的，所述的第一风口和第二风口之间的夹角为20～30°，所述的第二风口和第三风口之间的夹角为45～55°，所述的第三风口和第四风口间的夹角为20°～30°，所述的第四风口和第五风口之间的夹角为45°～55°。

进一步的，所述的导流板为方形，导流板的宽度为0.4～0.6m。

进一步的，所述的导流板与墙壁接触的侧面为平面，其余侧面为曲线状；曲线满足摆线的参数方程，即x＝r(θ-sinθ)，y＝r(1-cosθ)，其中r＝0.1，θ∈(0,π)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明可实现送风沿墙壁由上至下送至导流板处，经其导流作用使空气扩散至工作区，达到置换通风的气流组织效果，一方面可以提高人员活动区域的空气质量，降低空调计算负荷，达到节能效果；另一方面还可以改善传统混合通风方式的室内空气品质，提高建筑物的热舒适性。

(2)本发明的送风口选用多边形(或曲线)形状，送风口的形状可变，通过调整送风口的形状和送风量，形成均匀的送风速度。

附图说明

图1为现有的传统混合通风(a)和置换通风(b)气流组织模式。

图2为本发明布置的模型图，(a)侧视图，(b)正视图。

图3为本发明送风口的正视图。

图4为本发明送风口和水平条缝型送风口射流主体段断面速度分布图。

图5为导流板宽度为0.2时直线导流板形成的的速度等值线图。

图6为导流板宽度为0.4时直线导流板形成的速度等值线图(a)及空气龄分布图(b)。

图7为导流板宽度为0.6时直线导流板形成的速度等值线图(a)及空气龄分布图(b)。

图8为特定曲线导流板形成的速度等值线图(a)及空气龄分布图(b)。

图9送风速度不满足给定公式形成的气流组织速度分布。

附图中各标号的含义：1-墙壁，3-排风口，4-送风口，5-导流板；(4-1)-第一风口，(4-2)-第二风口，(4-3)-第三风口，(4-4)-第四风口，(4-5)-第五风口。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

工作区是建筑空间的一部分，是建筑内部人员经常停留的地方，在这个区域范围内，人员的姿势一般在站姿和坐姿之间变动，因此，本发明中的“变工作区”是指人员在站立和坐下时经常停留的区域。

本发明的贴附气流组织的解释：当气流从送风口射出后，如果受到一侧墙壁的约束并最终速度平行于这个表面就产生了贴壁射流，气流的形状便是贴附射流组织。

本发明中适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法和装置，即该方法通过在送风口下方的墙壁上设置导流板，使送风经导流板导流后扩散至工作区，确保人员活动区域的空气质量。

送风气流从条缝送风口送出时，由于靠近送风口处的竖直墙壁的存在，射流轴线在此处用于卷吸的室内空气量远远小于射流轴线另一侧区域，射流的卷吸将造成靠近墙壁区域形成一个低压区，进而射流主体两侧产生的压力差将驱使射流向靠近送风口处的墙壁偏转，与壁面形成贴附。这种射流偏离初始的流动方向，而与邻近壁面形成贴附并沿其流动的现象称为康达效应。基于以上考虑，本发明的思路是：在送风口下方设置导流板5，使射流主体沿壁面向下流动，接近导流板时逆压梯度增加，射流主体与竖直壁面分离，撞击角落区域后方向转为水平向，然后与水平导流板5形成贴附，以辐射流动方式沿地板向前延伸扩散流动，直接将新风送入工作人员呼吸区，如图2所示，以此来提高工作区的送风品质。

针对上述思路，本发明给出一种适用于可变工作区竖壁贴附式送风方法，包括：从送风口送出的风经送风口下方的导流板导流后，以辐射流动方式扩散流动至工作区，然后经导流板下方墙壁上的排风口排出。

进一步的，可通过调整流板距离地面的高度来调整送风速度，送风口的送风速度u₀与导流板距离地面的高度h的关系为：u₀＝4*h^-1.5，h∈[1.1,1.8]。

本发明还给出一种送风装置，该装置用于使可变工作区形成竖壁贴附式送风，该装置包括设置在墙壁1上的进风口和排风口3，与进风口1连通的送风口4，以及设置于送风口4正下方的导流板5，其中，导流板沿水平面方向的面积大于送风口4的面积；排风口3设置在导流板5所在水平面下方的墙壁1上；送风口4的出风方向垂直向下，送风口4包括多个条缝形送风口，多个条缝形送风口依次连接形成组合风口，该组合风口的竖截面呈下凹的曲线或多边形状，组合风口设于墙壁中间。

一般在进风口处设置静压箱，静压箱作为一种将动压转化为静压的装置，它能够稳定气流，降低气流噪声，在静压箱下壁设置送风口，气流从进风口进入静压箱处理后从送风口送出，送风口的出风方向为竖直向下。

进一步的，送风口包括多个条缝形送风口，多个条缝形送风口依次连接形成组合风口，组合风口的竖截面为多边形状，两相邻边之间的夹角可调，如图3所示。

具体的，组合风口包括第一风口、第二风口、第三风口、第四风口和第五风口，第三风口水平设置，第一风口和第五风口对称设置，第二风口和第四风口对称设置,该组合风口的形状为五边形，该五边形关于第三风口对称。

优选的，第一风口和第二风口之间的夹角为20～30°，第二风口和第三风口之间的夹角为45～55°，第三风口和第四风口间的夹角为20°～30°，第四风口和第五风口之间的夹角为45°～55°。

可选的，导流板5距离地面的距离为1.1～1.7m。

可选的，导流板5为方形，导流板的宽度为0.4～0.6m。如果导流板宽度小于0.4m，气流无法形成贴附效果；当导流板宽度大于0.6m时，延长了了气流贴附长度，增加了流动阻力，并且占据更大的室内空间。

可选的，导流板5圆弧状，其中，导流板与墙壁接触的侧面为平面，其余侧面为曲线状；所述的曲线满足摆线的参数方程，即x＝r(θ-sinθ)，y＝r(1-cosθ)，其中r＝0.1，θ∈(0,π)。

优选的，送风口4最好紧贴墙壁。

进一步的，排风口3位置位于房间上部时，送风会在呼吸区形成漩涡。为了消除漩涡，将排风口3设置在导流板所在水平面下方的墙壁1上，在下部排风口的诱导下，射流主体向前延伸扩散的能力有所增强，工作区附近速度分布均匀性有所提高。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

本实施例选择房间尺寸：3.6×2.75×4.2m；送风口选择由五个条缝型风口组成的组合分口，如图4所示，每个风口的尺寸均为：长0.5m×宽0.05m，送风口4距墙壁的距离与送风口宽度的比值为2～5：1。排风口尺寸：长0.6m×宽0.4m，导流板长度为4.2m，导流板宽度是0.4m，导流板布置高度为1.1m，送风速度为3.5m/s。

对于送风口的形状，α＝20°～30°，β＝45°～55°时，其中，α表示第一风口和第二风口间的夹角、第四风口和第五风口间的夹角，β表示第二风口和第三风口间的夹角、第三风口和第四风口间的夹角；送风速度为3.5m/s时，第一风口，第二风口，第四风口、第五风口的流量相同且第三风口的流量为第一风口流量的3/4时，气流的速度分布如图4中的虚线所示。图6为本实施例参数下的导流板形成的速度等值线图(a)及空气龄分布图(b)，可以看出，送风气流均可沿导流板形成有效贴附，新鲜空气直接送到人体呼吸区，房间内人体周围的平均空气龄在300～375s间。由于新鲜空气可以直接送到人体呼吸区，有效提高了送风气流的利用效率。

为了与现有的水平条缝型送风口送风效果进行比较，本发明对α＝β(即五个风口均水平设置)时的送风效果进行测试，送风速度为3.5m/s时，气流的速度分布如图4中的实线所示；本发明使用标准差R来评价送风速度的均匀性，其中标准差是指各数据偏离平均数的距离的平均数，反映一个数据集的离散程度。标准差越大，表明送风速度变化就越大，越不均匀。从图4可以看出，本发明的送风口的送风速度的标准差仅为普通风口的1/4，送风均匀性大幅提高。而一般的条缝型送风口的送风速度分布是不均匀的。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：导流板的宽度为0.2m。

结果如图5所示，送风气流在导流板上不能形成有效贴附，会直接降落至地面，在地面上贴附前进，因此导流板宽度应该大于0.2m。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：导流板宽度为0.6m；

如图7所示，当导流板宽度为0.6m时，所形成的气流组织分布形式与案例1相似，送风气流均可沿导流板形成有效贴附，新鲜空气直接送到人体呼吸区，房间内人体周围的平均空气龄在300～375s间。由于新鲜空气可以直接送到人体呼吸区，有效提高了送风气流的利用效率，相对于传统混合通风和置换通风等送风方式，该形式对改善人体周围空气的空气质量更加节能有效。故建议，当导流板宽度在0.4m以上时，可根据需求尽量取较小宽度，节约室内空间。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：导流板形状为曲线形状，曲线满足摆线的参数方程，即x＝r(θ-sinθ)，y＝r(1-cosθ)，其中r＝0.1，θ∈(0,π)。

本实施例的速度云图和空气龄分布图如图8所示，呼吸区空气龄约为200～300s。与实施例1相比较而言，两者的速度分布相差不大，但采用该曲线的导流板形成的送风空气龄更小，工作区的空气更新鲜。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于：送风口的送风速度为2m/s；即送风速度小于通过关系式u₀＝4*h^-1.5计算得到的数据，本实施例的速度等值线图如图9所示，工作区送风速度较小，无法满足工作人员的需求；如果送风速度大于上述关系式计算得到的风速，又容易造成吹风感以及能源的浪费。

综合以上数据，可以看出当导流板采用方形板时，宽度优选0.4m～0.6m。如果宽度小于0.4m，气流无法形成贴附效果；当导流板大于0.6m时，不利于气流的扩散，送风效果较差；如果采用曲面导流板，满足实施例4中的方程的导流板能够在工作区形成较好的送风品质；送风射流速度越大，呼吸区速度越大，空气龄越小。表明采用该发明送风方法时，应在不产生吹风感的情况下采用较大的送风速度，从而保证空气的清新度。

Claims (9)

1.一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法，其特征在于：包括：从设于墙壁上方的送风口送出的风，经过送风口下方的导流板导流后，以辐射流动方式扩散流动至工作区，然后经导流板下方墙壁上的排风口排出；

可通过调整导流板距离地面的高度来调整送风速度，所述的送风口的送风速度u₀与导流板距离地面的高度h的关系为：u₀＝4*h^-1.5，h∈[1.1,1.8]。

2.如权利要求1所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障方法，其特征在于：通过调整送风口的形状使得送风速度均匀。

3.一种适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，包括设置在墙壁(1)上的进风口和排风口(3)，与进风口连接的送风口(4)，其特征在于：还包括导流板(5)，所述的导流板(5)设于墙壁(1)上，所述的导流板(5)位于送风口(4)正下方，所述的导流板(5)沿水平面方向的面积大于送风口的面积；

所述的排风口(3)设置在导流板所在水平面下方的墙壁(1)上；

所述的送风口(4)包括多个条缝形送风口，所述的多个条缝形送风口依次连接形成组合风口，所述的组合风口呈下凹的多边形。

4.如权利要求3所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，其特征在于：所述的组合风口设于墙壁(1)中间。

5.如权利要求3所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，其特征在于：相邻的条缝形送风口之间的夹角可调。

6.如权利要求4所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，其特征在于：所述的组合风口包括第一风口(4-1)、第二风口(4-2)、第三风口(4-3)、第四风口(4-4)和第五风口(4-5)，所述的第三风口(4-3)水平设置，所述的第一风口(4-1)和第五风口(4-5)对称设置，所述的第二风口(4-2)和第四风口(4-4)对称设置。

7.如权利要求6所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，其特征在于：所述的第一风口(4-1)和第二风口(4-2)之间的夹角为20～30°，所述的第二风口(4-2)和第三风口(4-3)之间的夹角为45～55°，所述的第三风口(4-3)和第四风口(4-4)间的夹角为20°～30°，所述的第四风口(4-4)和第五风口(4-5)之间的夹角为45°～55°。

8.如权利要求3所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，其特征在于：所述的导流板(5)为方形，导流板的宽度为0.4～0.6m。

9.如权利要求3所述的适用于变工作区贴附气流组织环境保障装置，其特征在于：所述的导流板(5)与墙壁接触的侧面为平面，其余侧面为曲线状；曲线满足摆线的参数方程，即x＝r(θ-sinθ)，y＝r(1-cosθ)，其中r＝0.1，θ∈(0,π)。