CN108800410B - 一种适用于商业综合体的区域通风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于商业综合体的区域通风装置，包括送风口，所述送风口为以一水平曲线为底的类五边形，并以自身的中轴线对称设置；所述送风口的中轴线及斜向轴线上设置有挡板；所述挡板之间、以及挡板和送风口的边缘之间通过细丝连接。本发明的送风口不仅能有效形成五边形送风断面形状，满足活动区人员对新风量的需求，且速度分布较为均匀，能减小扩散到目标区域以外的风量，送风较为集中，降低能耗，且多个挡板的合理布置使送风气流在指定断面风速分布更为均匀，满足了人体舒适度要求，送风效果好。

Description

一种适用于商业综合体的区域通风装置

技术领域

本发明属于通风空调的技术领域，尤其涉及一种适用于商业综合体的区域通风装置。

背景技术

送风口是通风和空调系统的重要的组成部分，设计和选择正确的送风口不仅能满足人们的通风需求，还能提高人员的舒适度及空气的输送效率。常用的风口形式有单层活动百叶风口、双层活动百叶风口、孔板栅格风口、散流器、收缩喷口等。其中，送风气流从送风口中流出时一般形成紊流射流，射流从出风口以一定的速度流入空间介质内并发生扩散，如图1所示，由于射流边界与周围介质间存在动量交换，周围气流不断被卷入射流流体中，射流不断扩大，因而射流断面的速度从出流中心开始逐渐向周围衰减，并沿射程方向不断降低。结果，流量沿射程增加，射流直径不断加大，各断面上的总动量保持不变。空调中常用的射流段为主体段，也即紊流充分发展的区段。由多个相同的射流平行地在同一高度射出，所形成的气流叫多股平行射流。如图2所示，多股平行气流从风口出流后，在A点之前，每股射流单独发展，射流最大速度出现在射流的轴心上，汇合于A点之后，各股射流相互干扰，产生叠加，并汇成一片气流。风口各角就可看作是平行射流叠加后的效果。

在通风空调系统的设计中，设计人员按照相关规范、标准的要求把指定的送风风量送到某空间中，通常并不关心送风断面的形状以及送风的均匀性。这种无序的送风常常给人们造成困扰，如在夏季办公室中，由于送风口的选择及建筑空间内障碍物的遮挡，坐在送风口附近的工作人员被冷风吹得瑟瑟发抖，然而坐在办公室角落、冷空气覆盖不到的区域的工作人员却仍然感到闷热难耐。因此，有必要选择合理的送风口，形成所需的送风断面形状，有效覆盖通风区域内的活动人员，并尽量保证送风的均匀性。

现阶段的节能均流风口的设计较为复杂，如申请号：201710277785.0，名称为“一种转角可调的出风口”的专利，该专利通过马达和齿轮让使用者调节出风口转角，改变送风角度从而满足自己的舒适要求。又如申请号：201210037577.0，名称为“一种阻力非均匀分布式排风口”的专利通过调节栓和连接杆之间的铰链接，调整横向导流叶片和纵向导流叶片进行自由转动，以改善气流组织。再如申请号：201610284520.9，名称为“一种住宅侧墙式孔板送风口”的专利通过设置侧墙竖风道，风道内加设纵向隔板，使侧风道近似起到静压箱的作用，侧风道面向室内的一侧面板上均匀开设孔板送风口。

上述专利通过不同方式改善气流组织，但均未对目标区域的送风断面形状加以改善，且速度分布均匀有待进一步提高，送风效果不好。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种适用于商业综合体的区域通风装置，具备合理的送风口，形成所需的送风断面形状，有效覆盖通风区域内的活动人员，送风效果好，并保证送风的均匀性，更节能。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种适用于商业综合体的区域通风装置，包括送风口，所述送风口为以一水平曲线为底的类五边形，并以自身的中轴线对称设置；

所述送风口的中轴线及斜向轴线上设置有挡板；

所述挡板之间、以及挡板和送风口的边缘之间通过细丝连接。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述挡板为圆形且为多个，并关于所述中轴线对称。

在本发明的一个实施例中，所述送风口的高度为H，送风口的水平长度的一半L＝(0.95±0.05)H，送风口底边的曲线高度a＝2×(0.25±0.05)×L，送风口底边的曲线宽度的一半为b＝(0.15±0.05)×H。

可选的，所述送风口的右侧斜边的曲线满足如下关系式：

其中，y₁为x₁对应的纵坐标的值；

送风口的右侧竖边的曲线方程为：

x₂ ²+y₂ ²+10H·x₂-0.6H·y₂-25.09H²＝0(0.99H≤y₂≤H)

(2)

其中，x₂为y₂对应的横坐标的值；

送风口底边的右半部分的直线方程为：

y₃＝0 (b<x₃≤L) (3)

其中，y₃为x₃对应的纵坐标的值；

送风口底边的右半部分的曲线方程为：

4x₄ ²+y₄ ²-0.076H²＝0 (0<x₄≤b,0≤y₄≤a) (4)

其中，y₄为x₄对应的纵坐标的值。

其中，所述送风口的中轴线两边的斜向轴线的方程为：

y₅＝±0.63x₅+0.75H (5)

其中，-2L<x₅<2L，y₅为x₅对应的纵坐标的值。

具体地，所述挡板的半径r为挡板的个数为3个，挡板的圆心坐标值分别为(0,0.75H)、(0.31H,0.55H)、(-0.31H,0.55H)。

所述挡板的半径r为挡板的个数为2个，挡板的圆心坐标值为(0.65H,0.34H)、(-0.65H,0.34H)。

本发明的适用于商业综合体的区域通风装置还包括与所述送风口相连的导流板，用于引导气流沿送风方向运动。

由上，上述结构形式的送风口不仅能有效形成五边形送风断面形状，满足活动区人员对新风量的需求，且速度分布较为均匀，能减小扩散到目标区域以外的风量，送风较为集中，降低能耗。多个挡板的合理布置使送风气流在指定断面风速分布更为均匀，满足了人体舒适度要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为从送风口流出的射流流动的示意图；

图2为从送风口流出的多股平行射流叠加图；

图3为本发明优选实施例的商业综合体的区域通风装置的送风口的结构示意图；

图4为本发明优选实施例的送风口各边的方程及挡板所在的平面直角坐标系；

图5为本发明优选实施例的不同曲线、不同挡板位置的送风口在同一断面的送风效果对比图，其中：

图5a1-5a10为不同曲线、不同挡板位置的送风口在同一断面的示意图；图5b1-5b10为与5a1-5a10一一对应的断面的送风效果图；

图6为本发明优选实施例的送风口处的挡板的结构示意图；

图7为本发明优选实施例的送风口与普通五边形的送风口的实施效果对比图，其中：

图7a1～图7a3分别为距离普通五边形的送风口0.4米、0.5米、0.6米处的送风速度截面分布图；

图7b1～图7b3分别为距离本发明的送风口0.4米、0.5米、0.6米处的送风速度的截面分布图；

图8为本发明优选实施例的送风口与传统送风口的送风均匀性对比图；

图9为本发明优选实施例的适用于商业综合体的区域通风装置的应用场合及效果示意图，其中：

图9a为本发明的送风口应用于普通办公空间的示意图；

图9b为本发明的送风口应用于艺术造型的办公空间的示意图；

图9c为本发明的送风口作为个性化送风的侧视图；

图9d为本发明的送风口的送风效果图(考虑人员小范围活动)。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图3-4所示，本发明的适用于商业综合体的区域通风装置的送风口为以一水平曲线为底的类五边形10，并以自身的中轴线对称设置，另外，在送风口的中轴线及斜向轴线上设置挡板20，挡板20为圆形且有多个，并关于送风口的中轴线对称。由于普通的五边形风口会随着气流的扩散而逐渐变形，并不能有效满足拱形建筑空间对五边形送风断面的形状需求，本发明对普通的五边形风口进行改进，以能提供能满足人们需求的五边形送风断面，特别是提供一种可形成五边形送风断面的送风口。

另外，在送风口上设有挡板20，挡板20通过细丝30固定在送风口的斜向轴线上，并和送风口的边缘连接，细丝30足够细，其对送风口的空气流场影响可以忽略。

其中，本发明的关键是确定风口各边的方程式、圆形挡板所在轴线的关系式及圆形挡板的大小、数量及位置。

参见图1，从动量定理出发，经过计算得到圆形射流的轴线速度u_m计算公式为：

断面半径R计算公式为：

式中，r₀为射流喷口半径(m)；s为射流主体段任意截面到喷口的距离(m)；u₀为喷口出风速度(m/s)；α为送风口出风断面湍流系数。

其次，根据送风射流发展扩散规律确定风口各边的关系式，对以不同曲线方程作为边长、设有不同的圆形挡板的类五边形风口进行模拟计算，观察气流从五边形风口送出后的流型及扩散形状，寻找气流扩散规律，并不断调整与改进。以送风口底边的中点为原点O，以其水平边方向为x轴方向，以其垂线方向为y轴方向，建立平面直角坐标系XOY如图4所示。

图5a1-图5a10、图5b1-图5b10依次为遵循不同曲线方程及设置不同挡板的风口在同一房间同一断面的送风效果对比图。例如，房间的尺寸为10m×10m×5m(长×宽×高)，送风口安装于房间一侧的墙壁上，送风速度为0.5m/s。改变送风口参数，观察比对是否能形成五边形的送风断面。由于人能感知到的风速为0.2m/s以上，故速度流线图设定房间同一位置处风速0.2～0.5m/s的送风断面。

纵观图5a1-图5a10、图5b1-图5b10发现，送风口宽高比对送风口的形状有一定的影响；边长曲率过大，不利于送风气流与周围气流的掺混、扩散、发展为五边形；合理的挡板位置促使送风断面的速度分布更加均匀，如果条件允许，设置导流板，送风效果尤佳。经过反复的调整与实验，最终确定由式(1)～式(4)所确定的送风口的送风效果最佳，既能在断面形成五边形，又在高度上可以满足工作区人员的对新风量的需求，且气流分布较为均匀。

如图4所示，设所需的五边形送风口高为H，则风口垂直总高度H’为(1.05±0.15)H，送风口水平长度为2L＝2×(0.95±0.05)H，送风口底边的曲线的高度为a＝2×(0.25±0.05)×L，送风口底边的曲线的宽度为2b＝2×(0.15±0.05)×H，各边满足如下关系式(1)～(4)，各个参数的单位均为mm。

在图4所示的直角坐标系内中，送风口的右侧斜边11满足如下关系式：

其中，y₁为x₁对应的纵坐标的值；

送风口的右侧竖边12的曲线方程为：

x₂ ²+y₂ ²+10H·x₂-0.6H·y₂-25.09H²＝0(0.99H≤y₂≤H)

(2)

其中，x₂为y₂对应的横坐标的值；

送风口底边的右半部分的直线13的直线方程为：

y₃＝0 (b<x₃≤L) (3)

其中，y₃为x₃对应的纵坐标的值；

送风口底边的右半部分的曲线14的曲线方程为：

4x₄ ²+y₄ ²-0.076H²＝0 (0<x₄≤b,0≤y₄≤a) (4)

其中，y₄为x₄对应的纵坐标的值。

由于送风口各边关于送风口的中轴线对称，故左侧的各边的曲线方程不再赘述。

此外，本发明的通风装置为了提高送风均匀性，在送风口处设置圆形挡板20，该挡板20位于送风口的斜向轴线上时，可提高送风的均匀性。经过多次模拟和调整，确定斜向轴线的方程为y₅＝±0.63x₅+0.75H，分别表示送风口的中轴线两边的斜向轴线。其中，-2L<x₅<2L，y₅为x₅对应的纵坐标的值。

进一步，对挡板20的形状及位置进行计算模拟，得到：

如图6所示，圆形挡板20的半径r为挡板的个数为3个，圆形挡板20的圆心坐标参考值为(0,0.75H)、(0.31H,0.55H)、(-0.31H,0.55H)，或圆形挡板20的半径r为挡板20的个数为2个，圆形挡板20的圆心坐标参考值为(0.65H,0.34H)、(-0.65H,0.34H)，其中，挡板20的位置关于风口中轴线对称。

满足上述情况下的挡板，既能保证送风气流有效覆盖指定区域，又能令气流分布更加均匀。

本发明的送风口推荐设于墙体表面用于侧送风，风口的送风方向为水平方向，且在送风区域尽量减少障碍物对送风气流的阻碍。且若条件允许，在风口下方设置导流板，引导气流沿送风方向运动，送风效果尤佳。

具体实施例

如图3、图4所示，本实施例给出一种用作个性化送风的类五边形送风口，本发明的送风口为以一水平曲线为底的类五边形，该送风口的两个斜边及底边的曲线部分均符合上述关系式(1)～(4)，且送风口关于自身中轴线对称。送风口底边的水平长度为610mm，送风口的高度为330mm。可在距风口400mm～600mm的区间内有效形成高为320mm的五边形送风断面。

人体各部位对于吹风感的敏感性是不同的，人体的面部区域(包括脸、颈部和背部上部)是吹风感最敏感的区域。考虑到个性化送风口小型化的需求，发明所提的送风口主要对人体的头、颈及肩部进行送风。

依据国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》，18-60岁人群肩膀距头顶的高度约为320mm，肩宽为330～415mm，最大肩宽为383～486mm，因此确定送风高度为320m，为给人员留有一定的活动空间，送风气流设计保证能有效覆盖宽为620mm的区间，大于人员最大肩宽486mm。

此外，有关人体热舒适的研究发现，工作区内人体可接受的送风速度范围为0.1～0.55m/s。而我国现行的《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)第3.0.3条规定：人员活动区的风速，供冷工况时，宜采用0.2m/s～0.5m/s。综上，本实施例中的送风速度取0.5m/s。

当本发明的送风口设于工位前侧、个性化送风管末端作为侧送风口时，如图9所示，最佳的送风口安装高度为指定送风区域的中心位置，以保证气流充分发展。本实施例中，送风口中心的安装高度为350mm。送风口距人员500mm，考虑到工作区人员的活动需求及设计裕量，目标送风区间为距送风口400mm～600mm。

在本发明中，送风口上设有挡板20，挡板20通过细丝30固定在风口的斜向轴线上，细铁丝足够细，其对送风口的空气流场影响可以忽略。挡板20为圆形，挡板20共有5个，若以图4中平面直角坐标系中的坐标表示，中轴线上的圆形挡板20的坐标为(0，240)，右侧上方的挡板20的坐标为(100，180)，圆形挡板20的半径为35mm；右侧下方的圆形挡板20的坐标为(210，110)，圆形挡板20的半径为55mm，底边曲线部分a为90mm，b为45mm。

与普通五边形送风口的送风效果进行比较，本发明还对普通五边形送风口的送风效果进行对比测试，参数与上述实施例相同，仅是将送风口替换为普通五边形送风口。

相关研究结果表明，人体能感知到的风速为0.2m/s以上，因而在此只展示风速0.2～0.5m/s的送风断面的流线图。图7为实施例的送风口与普通五边形送风口的送风实施效果对比图。由图7a1～图7b3可知，两种送风口的送风速度均沿着房间的进深增加而不断衰减，均能将一定风量的0.2m/s-0.5m/s的气流送到指定区间。但通过对比图7中的图7a1和图7b1、图7a2和图7b2、图7a3和图7b3可以看出，普通五边形风口并不能形成五边形送风断面，其送风断面形状向半圆弧形发展，而本发明提出的送风口在人员活动区域均能形成较为良好的高为320mm的五边形送风断面，满足了活动区对送风形状的需求。此外，由于添加了送风挡板，送风口的有效送风断面面积由原先的0.083m²减小为0.062m²，送风量也由0.041m³/s减小为0.031m³/s，减小了25％。

速度均匀性指标可用于描述指定表面上速度的变化情况，最大值为1，计算式如下：

其中为i为该面上的测点数，为整个表面的速度平均值：

经计算可得，图7a1～图7a3的速度均匀性依次为0.869、0.872、0.890，图7b1～图7b3的速度均匀性依次为0.923、0.919、0.915，本发明的送风口的均匀性相较于前者依次提高了6.19％、5.43％、2.84％，如图8所示，本发明的送风口的均匀性有所改善。

本发明的送风口送风气流速度均位于使人感到舒适的0.2-0.5m/s的风速范围内，且能形成五边形送风断面，送风较为均匀，送风量更小。

本发明针对现有送风口送风效果的缺陷和不足，本发明提供了一种能有效形成五边形送风断面的送风口，解决现有的送风口气流扩散而变形为其他形状的问题，满足指定送风区域内的人员对送风断面形状的需求。且与现有送风口相比，本发明送风口气流分布更均匀，所需送风量也更小，更节能。并且通过上述具体的实施例的结果表明，本发明提出的送风口不仅能有效形成五边形送风断面形状，满足活动区人员对新风量的需求，且速度分布较为均匀，活动人员感觉舒适。

综上，本发明的适用于商业综合体的区域通风装置至少具有如下效果：

(1)本发明的送风口的送风区域比传统送风口要小，且能保证送风气流送到指定的区域并有效形成五边形，减小了扩散到目标区域以外的风量，送风较为集中，降低能耗。

(2)本发明的送风口的挡板减小了出风面积，当送风速度不变时送风风量随之减小，进而节省了冷量，节约了能源；此外，多个挡板的合理布置使送风气流在指定断面风速分布更为均匀，满足了人体舒适度要求。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于商业综合体的区域通风装置，包括送风口，其特征在于，

所述送风口为以一水平曲线为底的类五边形，并以自身的中轴线对称设置；

所述送风口的中轴线及斜向轴线上设置有挡板；

所述挡板之间、以及挡板和送风口的边缘之间通过细丝连接；

所述挡板为圆形且为多个，并关于所述中轴线对称；

所述送风口的高度为H，送风口的水平长度的一半L＝(0.95±0.05)H，送风口底边的曲线高度a＝2×(0.25±0.05)×L，送风口底边的曲线宽度的一半b＝(0.15±0.05)×H；

所述送风口的右侧斜边的曲线满足如下关系式：

其中，y₁为x₁对应的纵坐标的值；

送风口的右侧竖边的曲线方程为：

x₂ ²+y₂ ²+10H·x₂-0.6H·y₂-25.09H²＝0(0.99H≤y₂≤H) (2)

其中，x₂为y₂对应的横坐标的值；

送风口底边的右半部分的直线方程为：

y₃＝0(b＜x₃≤L) (3)

其中，y₃为x₃对应的纵坐标的值；

送风口底边的右半部分的曲线方程为：

4x₄ ²+y₄ ²-0.076H²＝0(0＜x₄≤b,0≤y₄≤a) (4)

其中，y₄为x₄对应的纵坐标的值；

所述送风口的中轴线两边的斜向轴线的方程为：

y₅＝±0.63x₅+0.75H (5)

其中，-2L＜x₅＜2L，y₅为x₅对应的纵坐标的值。

2.如权利要求1所述的适用于商业综合体的区域通风装置，其特征在于，所述挡板的半径r为挡板的个数为3个，挡板的圆心坐标值分别为(0,0.75H)、(0.31H,0.55H)、(-0.31H,0.55H)。

3.如权利要求1所述的适用于商业综合体的区域通风装置，其特征在于，所述挡板的半径r为挡板的个数为2个，挡板的圆心坐标值为(0.65H,0.34H)、(-0.65H,0.34H)。

4.如权利要求1至3任一项所述的适用于商业综合体的区域通风装置，其特征在于，还包括与所述送风口相连的导流板，用于引导气流沿送风方向运动。