CN108917171A - 适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括套设在圆柱外的环形筒体，在筒体底部的圆柱上设置有环形托板；在环形托板上贴壁设置有环形集尘板，环形集尘板由板架和嵌放在板架上的冷却板和活性炭板组成；位于环形筒体下方的圆柱上固定设置有环形加热通道，环形加热通道的进风口处设置有滤网和引风机，加热通道的出风口通过开设在环形托板上的通风孔与热风通道相连通；在环形筒体上方设置有上盖板，靠近上盖板位置处的环形筒体侧壁上开设有多个出风口。本发明结构简单，实用，可用于有圆柱支撑的高大室内空间，与室内圆柱进行合理结合，“因地制宜”，大大节约了占地面积，由于圆柱一般分布较为均匀，使得室内气流组织更加合理。

Description

适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置
技术领域
本发明涉及大型商场等高大空间环境使用的暖风装置，尤其是涉及一种适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置。
背景技术
暖风装置是为室内提供热量的一种重要设备。冬季采用暖风装置对房间供暖时,由于被加热空气的浮升力的影响,暖风装置提供的暖风具有向房间上部积聚的趋势。传统暖风装置的送风口一般设置在房间的上部，这样使得大量热量聚集在室内上部空间，不能得到良好利用，造成能源浪费，而且人员工作活动区往往位于回风或排风环境中，卫生条件差，送风效率也低。随着城市的发展，高大室内空间（如各类大型商业活动中心、商场等）愈发增多。对于这些高大室内空间，上述问题尤为严重。高大空间需要供暖的范围仅是下部的人员活动区域，而上部区域无需供暖。但是在空气热浮力作用下,房间上部的空气温度过高,由此造成的无效供暖能耗往往很高。而且上热下冷的温度分布与人体热舒适所需的温度分布相悖，达不到良好的供暖效果。大部分高大空间建筑内都设置有圆柱、方柱、矩形柱、多边形柱等起支撑作用的柱体，它们位于建筑物内部、分布均匀且一般无遮挡物。如果能将暖风装置与这类柱体相结合，进行低位送风，不但可以使送风更均匀、卫生条件更好，而且能够节约能源，更好地满足人体热舒适要求。
人们在使用暖风装置时除了对节能和舒适度方面有一定要求外，还非常关注送入空气的品质。全球每年约210万人死于颗粒物浓度的上升。PM2.5浓度一天或两天中平均增加10μg/m³，总死亡率会分别升高1.1%和2.3%。沉积到呼吸道的颗粒会引起肺气肿、哮喘、尘肺等多种疾病，所以可吸入颗粒物已被列为人类一级致癌物。因此，暖风装置具备空气净化功能十分必要。然而，现有的悬浮颗粒脱除技术往往对小颗粒的去除率较低，而小颗粒是对人体危害最为严重的一类颗粒物质。近壁热源上方竖直壁面处的“Black Magic Dust”现象为小颗粒的脱除提供了新思路。所谓“Black Magic Dust”是指在室内墙壁表面，短时间内就出现大量污迹的现象。近壁热源自身散发热量且距壁面较近，使得其上方形成高速、高温区域，颗粒更易于后方竖壁沉积。近年来，虽有一些利用此种现象进行除尘的方法，但技术尚不成熟且未对集尘区域进行细化分区、着重加强等处理，而且涉及的装置大都功能较为单一，除尘原理不够明确，使得成本较高、能耗较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于大型建筑物内支撑圆柱的具备空气净化功能的暖风装置。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括环绕圆柱设置的暖风装置，所述暖风装置包括间隔套设在所述圆柱外高度0.5~2米的环形筒体，在所述环形筒体底部的圆柱上贴壁设置有环形托板，所述环形托板的外边沿延伸至所述环形筒体外上翻形成挡边；在所述环形托板上贴壁设置有环形集尘板，所述环形集尘板由板架和嵌放在所述板架上的内侧冷却板和外侧活性炭板组成；由所述环形筒体和环形集尘板围成的环形空腔构成热风通道；位于环形筒体下方的所述圆柱上固定设置有环形加热通道，所述环形加热通道的进风口处依次设置有滤网和引风机，所述加热通道的出风口通过开设在所述环形托板上的通风孔与所述热风通道相连通；在所述环形筒体上方设置有上盖板，所述上盖板或靠近上盖板位置处的环形筒体侧壁上均衡开设有多个出风口。
由于加热通道要环绕所述圆柱设置，故加热通道可由多块电热板拼接而成，在所述电热板外设置有保温护板；与所述加热通道相连通的热风通道底部进风口处设置有热风导流板。
所述环形集尘板的内侧冷却板为带有进出水口的盘管结构。
为达到最佳的集尘效果，所述环形集尘板由自上而下依次叠置的上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板组成，所述上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板的内侧冷却板温度不同，外侧活性炭板表面的粗糙度不同。
所述上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板的高度设定方法为：
第一步，建立一个一维坐标系，该坐标系的原点为环形集尘板外侧壁最外沿底边某点，正轴为垂直于此底边指向天花板方向，环形集尘板的总高度为，将环形集尘板沿x轴正方向划分成n（n≥10且为整数）个高度相等的等面积圆环区域，每个圆环区域的高度为，第1个圆环区域范围坐标,第i个圆环区域范围坐标(且为整数),此时环形集尘板视为表面粗糙度均一的光滑竖板；
第二步，利用FLUENT计算软件模拟暖风装置的流场、温度场和颗粒物运动轨迹；
第三步，在所模拟的颗粒物运动轨迹中，提取每个圆环区域表面沉积的颗粒物数量Ni(且为整数)；
第四步，取对应的区域为中部集尘板的区域，x坐标小于中部集尘板下限的区域为下部集尘板的区域，x坐标大于中部集尘板上限的区域为上部集尘板的区域。
所述上部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度为30~50μm，中部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度＞100μm，下部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度为50~100μm；所述上部和下部集尘板的冷却板温度为18~20℃，中部集尘板的冷却板温度为7~8℃。
为方便安装，所述环形筒体可由2~4片弧形板拼接而成的分体式结构。
为方便清洗，所述上部集尘板外侧的活性炭板、中部集尘板外侧的活性炭板和下部集尘板外侧的活性炭板均由多片拼装组成。
为保证空气中小颗粒的去除效果，所述环形筒体和活性炭板之间的距离为15~35cm。
本发明的优点在于结构简单，实用，可用于有圆柱支撑的高大室内空间，与室内圆柱进行合理结合，“因地制宜”，大大节约了占地面积，由于圆柱一般分布较为均匀，使得室内气流组织更加合理。
实际安装时，可将其安装在支撑圆柱下部，以实现低位送风，直接将暖风送入人员活动区域，由于出风口不贴附地面，不会吹起地面积尘，使得送入室内的暖风卫生条件较好，提高了送风效率和空气品质；此种低位送风还可实现室内下部暖、上部冷的温度分布，与人体热舒适所需的垂直温度分布一致，可使人们获得更好的供暖体验；将暖风从人员活动区域送入，可提高暖风的利用率，避免热空气一送入室内即积聚到空间的上部区域，节约无效供暖能耗，具有良好的节能效益。
本发明利用近壁热源上部形成高速、高温区域的特点进行除尘，可获得良好的颗粒脱除效果，尤其是对于对人体危害最大的小颗粒（如PM2.5）脱除效率高；嵌放在环形集尘板板架上的活性炭板不仅可以吸附颗粒物，还可有效去除空气中的甲醛等气体污染物，达到良好的空气净化效果；本发明根据颗粒沉积概率的大小科学地将集尘板划分为不同的区域，有针对性地在不同区域设置表面粗糙度不同的活性炭板，沉积概率大的区域采用表面粗糙度大的活性炭板，可有的放矢地强化颗粒收集效果，同时节资节材，避免设置均一粗糙度造成的材料浪费和空气流动阻力增大的问题；将中部集尘板内侧冷却板的温度设定的较低，保证了热风通道内空气和集尘板之间的温差，实现了良好的颗粒沉积效果，将上下部冷却板的温度设定的较高，可使用天然冷源提供的温度较高的冷冻水，更加节能环保。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中环形集尘板的展开图。
图3是图2A-A向剖视放大图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括环绕建筑物支撑圆柱1设置的暖风装置，该暖风装置包括间隔套设在圆柱1外高度0.5~2米的环形筒体2，为方便维修和安装，环形筒体2可采用2~4片弧形板拼接而成；在环形筒体2底部的圆柱上贴壁设置有环形托板3，环形托板3的外边沿延伸至环形筒体2外上翻形成挡边，以对环形筒体2及内部部件进行可靠承托；在环形托板3上贴壁设置有环形集尘板4，环形集尘板4由板架4.1和嵌放在板架4.1上的内侧冷却板4.2和外侧活性炭板4.3组成；由环形筒体2和环形集尘板4围成的环形空腔构成热风通道5；位于环形筒体2下方的圆柱1上固定设置有环形加热通道6，环形加热通道6的进风口处依次设置有滤网和引风机7，加热通道6的出风口通过开设在环形托板3上的通风孔与热风通道6相连通；在环形筒体2上方设置有上盖板8，上盖板8或靠近上盖板位置处的环形筒体2侧壁上均衡开设有多个出风口（出风口处可安装百叶窗结构的风向角度调整板，必要时还可以选择关闭部分出风口，实现定向送风）。
实际制作时，加热通道6可采用多块电热板拼接而成；为提高空气加热效果并防止加热通道灼伤人员，在电热板外还可设置保温护板；为保证进入热风通道5内热空气的贴壁效果，与加热通道6相连通的热风通道5底部进风口处设置有热风导流板9。
本发明所用的环形集尘板由自上而下依次叠置的上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板组成（特殊情况下，也可以不设置上部集尘板或下部集尘板），且将上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板的内侧冷却板温度及外侧的活性炭板表面的粗糙度设计的均不同：由于中部集尘板为积尘加强区，即颗粒污染物沉积概率最大的区域，故此本发明将中部集尘板内侧冷却板的温度设计的最低（如为7℃），同时将其外侧活性炭板表面的粗糙度设计的最大（＞100μm），增大热空气和活性炭板之间的温差，强化热泳力，以使更多颗粒物沉积在活性炭板表面；将上部和下部集尘板内侧冷却板的温度设定的略高（如为18℃），而将上部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度设计为30~50μm，下部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度为50~100μm，在满足吸尘及吸附污染物的基础上，还能减小空气流动阻力。
工作时，表面粗糙的活性炭板不仅可以吸附空气中的颗粒物，还可有效去除空气中的甲醛等气体污染物，达到良好的空气净化效果；为便于拆装清洗活性炭板上的颗粒粉尘及有害物质，上部集尘板外侧的活性炭板、中部集尘板外侧的活性炭板和下部集尘板外侧的活性炭板均由多片拼装组成，如图2、3所示，当使用一段时间，活性炭板上吸附一定量的污染物时，可将环形筒体2拆除，将活性炭板从板架4.1上取下进行清洗、暴晒，然后再安装上去，非常方便。为保证颗粒物及污染物的清除效果，环形筒体和活性炭板之间的距离（即热风通道5的宽度）为15~35cm即可
实际制作时，内侧冷却板4.2可采用带有进出水口的盘管结构，其进出水口通过连接水管与外部制冷设备相连接，通过制冷设备将水温降低，以达到冷却板所要求的实际温度；由于上部和下部集尘板内侧冷却板的温度较高，为节约能源，降低能耗，从中部集尘板的冷却盘管中流出的冷水可直接通入上部和下部集尘板内侧的冷却盘管中，然后再回流至制冷装置，可降低制冷设备的投资；也可以仅在中部集尘板内侧的冷却盘管中通入制冷设备制得的温度较低的冷冻水，而在上部和下部集尘板内侧的冷却盘管中通入天然冷源提供的温度较高的水（如自来水），不仅节能环保，还可提高制冷设备的性能系数。
为保证对热气流中颗粒物的净化效果，本发明对上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板的高度设定采用以下方法确定：
第一步，建立一个一维坐标系，该坐标系的原点为环形集尘板外侧壁最外沿底边某点，正轴为垂直于此底边指向天花板方向，环形集尘板的总高度为，将环形集尘板沿x轴正方向划分成n（n≥10且为整数）个高度相等的等面积圆环区域，每个圆环区域的高度为，第1个圆环区域范围坐标,第i个圆环区域范围坐标(且为整数),此时环形集尘板视为表面粗糙度均一的光滑竖板；
第二步，利用FLUENT计算软件模拟暖风装置的流场、温度场和颗粒物运动轨迹；
第三步，在所模拟的颗粒物运动轨迹中，提取每个圆环区域表面沉积的颗粒物数量Ni(且为整数)；
第四步，取对应的区域为中部集尘板的区域，x坐标小于中部集尘板下限的区域为下部集尘板的区域，x坐标大于中部集尘板上限的区域为上部集尘板的区域。
例如，按本发明方法制造的一台具备空气净化功能的暖风装置，其高度为1.5米，将其贴着地面固定安装在直径1米的圆柱上，出风口中轴线高度为1.47m。设定出风口风速是3m/s，环形加热通道6的功率为2000W，环形集尘板4的高度为1.45m。集尘加强区、低部集尘区和高部集尘区（中部集尘板、下部集尘板和上部集尘板）的划分按照上述方法进行，其中，将环形集尘板4沿x方向划分成10个高度相等的等面积圆环区域，每个圆环区域的高度为0.145m。采用FLUENT计算软件中的离散相模型对颗粒相进行计算，共追踪4000个粒径为2.5μm的单分散球形颗粒物的运动轨迹。每个圆环区域表面沉积的颗粒物数量的计算结果如下：
计算得出，则第1、2、3板块符合，则集尘加强区的x坐标范围为，因不存在x坐标小于集尘加强区下限的区域，故可以不设置下部集尘板，上部集尘板的x坐标范围为。
将加强区活性炭板的表面粗糙度设置为110μm，上部活性炭板表面粗糙度设置为50μm。并在加强区冷却板内通入7℃的冷冻水，上部冷却板内通入供水温度为18℃的冷冻水。经计算，采用此暖风装置的2.5μm颗粒脱除率达80.38%，，与现有技术相比，其小颗粒脱除能力达到了较高水平。出风口中轴线高度为1.47m，位于人体的呼吸区，直接将暖风送至人员活动区域，避免暖风在室内空间流动后被污染，且出风口不贴附地面，不会吹起地面积尘，使得送入暖风卫生条件较好，提高了送风效率和空气品质，同时节约无效供暖能耗。

Claims (9)

1.一种适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括环绕圆柱（1）设置的暖风装置，其特征在于：所述暖风装置包括间隔套设在所述圆柱（1）外高度0.5~2米的环形筒体（2），在所述环形筒体（2）底部的圆柱上贴壁设置有环形托板（3），所述环形托板（3）的外边沿延伸至所述环形筒体（2）外上翻形成挡边；在所述环形托板（3）上贴壁设置有环形集尘板（4），所述环形集尘板（4）由板架（4.1）和嵌放在所述板架（4.1）上的内侧冷却板（4.2）和外侧活性炭板（4.3）组成；由所述环形筒体（2）和环形集尘板（4）围成的环形空腔构成热风通道（5）；位于环形筒体（2）下方的所述圆柱（1）上固定设置有环形加热通道（6），所述环形加热通道（6）的进风口处依次设置有滤网和引风机（7），所述加热通道（6）的出风口通过开设在所述环形托板（3）上的通风孔与所述热风通道（6）相连通；在所述环形筒体（2）上方设置有上盖板（8），所述上盖板（8）或靠近上盖板位置处的环形筒体（2）侧壁上均衡开设有多个出风口。
2.根据权利要求1所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述加热通道（6）由多块电热板拼接而成，在所述电热板外设置有保温护板；与所述加热通道（6）相连通的热风通道（5）底部进风口处设置有热风导流板（9）。
3.根据权利要求1所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述环形集尘板的内侧冷却板（4.2）为带有进出水口的盘管结构。
4.根据权利要求1或3所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述环形集尘板由自上而下依次叠置的上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板组成，所述上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板的内侧冷却板温度不同，外侧活性炭板表面的粗糙度不同。
5.根据权利要求4所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述上部集尘板、中部集尘板和下部集尘板的高度设定方法为：
第一步，建立一个一维坐标系，该坐标系的原点为环形集尘板外侧壁最外沿底边某点，正轴为垂直于此底边指向天花板方向，环形集尘板的总高度为，将环形集尘板沿x轴正方向划分成n（n≥10且为整数）个高度相等的等面积圆环区域，每个圆环区域的高度为，第1个圆环区域范围坐标,第i个圆环区域范围坐标(且为整数),此时环形集尘板视为表面粗糙度均一的光滑竖板；
第二步，利用FLUENT计算软件模拟暖风装置的流场、温度场和颗粒物运动轨迹；
第三步，在所模拟的颗粒物运动轨迹中，提取每个圆环区域表面沉积的颗粒物数量Ni(且为整数)；
第四步，取对应的区域为中部集尘板的区域，x坐标小于中部集尘板下限的区域为下部集尘板的区域，x坐标大于中部集尘板上限的区域为上部集尘板的区域。
6.根据权利要求4或5所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述上部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度为30~50μm，中部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度＞100μm，下部集尘板外侧活性炭板表面的粗糙度为50~100μm；所述上部和下部集尘板的冷却板温度为18~20℃，中部集尘板的冷却板温度为7~8℃。
7.根据权利要求1所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述环形筒体（2）为由2~4片弧形板拼接而成的分体式结构。
8.根据权利要求4所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述上部集尘板外侧的活性炭板、中部集尘板外侧的活性炭板和下部集尘板外侧的活性炭板均由多片拼装组成。
9.根据权利要求1所述的适用于圆柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述环形筒体（2）和活性炭板（4.3）之间的距离为15~35cm。
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