CN109059273B - 适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括间隔套设在多边形柱体外与多边形柱体形状一致的筒体，在筒体的上端设置有上盖板，筒体上部开有出风口；位于筒体下部的柱体上设置有水平托板，集尘板由板架和嵌放在板架内侧的冷却板和外侧的活性炭板组成，由筒体侧壁和活性炭板围成的环形腔室构成热气流通道；在集尘板下方的多边形筒体内，分别以多边形柱体的每条边长为长轴水平设置有半椭圆形热源，靠近半椭圆形热源的筒体上开设有进风口，进风口上依次设置有滤网和引风机。本发明结构简单，实用，可用于由多边形柱支撑的高大室内空间，与室内柱体进行合理结合，“因地制宜”，大大节约了占地面积，使得室内气流组织更加合理。

Description

适用于多边形立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多边形立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起支撑作用的圆柱或断面呈正方形、矩形或五边形、六边形等的多边形柱，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。PM_2.5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多边形立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多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括环绕多边形柱体设置的暖风装置，所述暖风装置包括间隔套设在所述多边形柱体外与所述多边形柱体形状一致的多边形筒体，所述多边形筒体的高度为0.5~2米，在所述多边形筒体的上端设置有上盖板，所述上盖板或靠近上盖板位置处的多边形筒体上开设有出风口；位于所述多边形筒体下部的多边形柱体上设置有承托集尘板的水平托板，所述集尘板由板架和嵌放在所述板架内侧的冷却板和外侧的活性炭板组成，贴附于所述多边形柱体侧壁上的所述冷却板为通过连接水管与外部制冷设备相连通的盘管结构；由所述多边形筒体侧壁和活性炭板围成的环形腔室构成热气流通道；在所述集尘板下方的多边形筒体内，分别以多边形柱体的每条边长为长轴水平设置有半椭圆形热源，靠近所述半椭圆形热源的多边形筒体上开设有进风口，所述进风口上依次设置有滤网和引风机。

为提高热气流的净化效果，所述集尘板由自上而下依次叠置的上部集尘板、中部集尘加强板和下部集尘板组成，所述上部集尘板、中部集尘加强板和下部集尘板的冷却板温度及活性炭板的表面粗糙度均不同。

本发明的上部集尘板、中部集尘加强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，该坐标系的原点为集尘板面向多边形筒体外壁的最外沿底边某点，正

轴为垂直于此底边指向天花板方向，集尘板的高度为/>

，将集尘板沿x轴正方向划分成n（n≥10且为整数）个高度相等的等面积多边形环状区域，每个多边形环状区域的高度为/>

，第1个多边形环状区域范围坐标/>

,第i个多边形环状区域范围坐标/>

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且为整数),此时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，提取每个多边形环状区域表面沉积的颗粒物数量N_i(

且为整数)；

第四步，取

对应的区域为集尘加强区，该集尘加强区对应中部集尘加强板，x坐标小于集尘加强区下限的区域为低部集尘区，对应下部集尘板，x坐标大于集尘加强区上限的区域为高部集尘区，对应上部集尘板。

为保证集尘效果，所述上部集尘板的活性炭板表面的粗糙度为30~50μm，中部集尘加强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℃，中部集尘加强板的冷却板温度为7~8℃

为方便拆装，所述多边形筒体为由多片拼接而成的分体式结构。

为便于清洗，所述上部集尘板的活性炭板、中部集尘加强板的活性炭板和下部集尘板的活性炭板均由多片拼装组成。

为提高热气流的贴壁效果，所述多边形筒体侧壁和活性炭板之间的距离为15~35cm。

为在保证加热效果的前提下使其结构更加紧凑，所述半椭圆形热源中心处的宽度为10~30cm。

本发明的优点在于结构简单，实用，可用于由断面呈三角形、矩形、五边形、六边形等支撑柱的高大室内空间，与室内柱体进行合理结合，“因地制宜”，大大节约了占地面积，由于支撑柱体一般分布较为均匀，使得室内气流组织更加合理。

实际安装时，可将其安装在支撑柱体下部，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，不会吹起地面集尘，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PM_2.5）脱除效率高；嵌放在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；同时将中部集尘加强板（集尘强化区）的冷却板温度的设定的较低，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中其中一边集尘板的示意图。

图3是图2中A-A向剖视图。

图4是图1中热源的示意图。

具体实施方式

本发明的暖风装置适用于安装在高大空间建筑内设置的断面为三角形、四边形（包括正方形和长方形）、五边形等起支撑作用的柱体上。

下面以在方柱上安装本发明的暖风装置为例进行详细说明，以便于本领域技术人员的理解和实施。

如图1所示，本发明所述的具备空气净化功能的暖风装置，包括环绕方柱1设置的暖风装置，该暖风装置包括间隔套设在方柱1外与所述方柱1形状一致的正方形筒体2，正方形筒体2的高度一般设计为0.5~2米，为方便安装，正方形筒体2由四片拼接而成（如果是五边形柱时，可以由五片拼接而成，以此类推），在正方形筒体2的上端设置有上盖板，在靠近上盖板位置处的正方形筒体2上开设有出风口3（实际制作时，在出风口3处可以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）；位于正方形筒体2下部的方柱1上设置有承托集尘板4的水平托板，集尘板4由板架4.1和嵌放在板架内侧的冷却板4.2和外侧的活性炭板4.3组成，如图3、4所示，贴附于正方形筒体2侧壁上的冷却板4.2为通过连接水管与外部制冷设备相连通的盘管结构；由正方形筒体2侧壁和活性炭4.3板围成的宽度为15~35cm的环形腔室5构成了热气流通道；在集尘板下方的正方形筒体2内，分别以正方形柱体的每条边长为长轴水平设置有半椭圆形热源6（可采用电热板），如图4所示，为保证对冷空气的加热效果以及颗粒物的沉集效果，实际制作时，为保证其结构更加紧凑，半椭圆形热源中心处的最大宽度可在10~30cm范围内调整，靠近半椭圆形热源6的正方形筒体上开设有进风口（进风口可以对称开设两个），进风口上依次设置有滤网7和引风机8。

为提高集尘板的集尘效果，本发明的集尘板4由自上而下依次叠置的上部集尘板、中部集尘加强板和下部集尘板组成，如图2、3所示，上部集尘板、中部集尘加强板和下部集尘板的冷却板温度及活性炭板的表面粗糙度均不同：上部集尘板的活性炭板表面的粗糙度一般设计为30~50μm，中部集尘加强板的活性炭板表面的粗糙度＞100μm，下部集尘板的活性炭板表面的粗糙度为50~100μm；与其对应的，所述上部和下部集尘板的冷却板温度为18~20℃，中部集尘加强板的冷却板温度为7~8℃。

实际制作时，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，从中部集尘加强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，以降低制冷设备的投资；也可以仅在中部集尘加强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。

经过热源加热后的空气从热气流通道经过时，在热泳力的作用下，表面粗糙的活性炭板不仅可以吸附热空气中的颗粒物，还可有效去除热空气中的甲醛等气体污染物，保证从出风口3吹出暖风的清洁度，达到良好的空气净化效果。

同时本发明将上部集尘板的活性炭板、中部集尘加强板的活性炭板和下部集尘板的活性炭板均设计为由多片拼装组成，当使用一段时间，活性炭板上会吸附一定量的污染物，这时可将正方形筒体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，保证了颗粒物及装修污染物如甲醛等的清除效果。

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、中部集尘加强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，该坐标系的原点为集尘板面向正方形筒体外壁的最外沿底边某点，正

轴为垂直于此底边指向天花板方向，集尘板的高度为/>

，将集尘板沿x轴正方向划分成n（n≥10且为整数）个高度相等的等面积方形环状区域，每个方形环状区域的高度为/>

，第1个方形环状区域范围坐标/>

,第i个方形环状区域范围坐标

(/>

且为整数),此时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，提取每个方形环状区域表面沉积的颗粒物数量N_i(

且为整数)；

第四步，取

对应的区域为集尘加强区，该集尘加强区对应中部集尘加强板，x坐标小于集尘加强区下限的区域为低部集尘区，对应下部集尘板，x坐标大于集尘加强区上限的区域为高部集尘区，对应上部集尘板。

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边长1米的方柱1上，出风口中轴线高度为1.47m，出风口风速是3m/s，热源的功率为2000W，铺设的半椭圆形电热板长度L为1米，中心处的宽度H为25cm；集尘板高度为1.45m。集尘加强区、低部集尘区和高部集尘区的划分按照上述方法进行，其中，将集尘板沿x方向划分成10个高度相等的等面积方形环状区域，每个方形环状区域的高度为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。每个方形环状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，故本实施例不设置下部集尘区，上部集尘区的x坐标范围为/>

。

将集尘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。并在冷却板内通入冷冻水，使加强区冷却板温度达到7℃，高部冷却板温度达到18℃。经计算，采用此暖风装置的2.5μm颗粒脱除率达81.03%，，与已有技术相比，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，不会吹起地面集尘，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 (5)

1.一种适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，包括环绕多边形柱体设置的暖风装置，其特征在于：所述暖风装置包括间隔套设在所述多边形柱体外与所述多边形柱体形状一致的多边形筒体，所述多边形筒体的高度为0.5~2米，在所述多边形筒体的上端设置有上盖板，所述上盖板或靠近上盖板位置处的多边形筒体上开设有出风口；位于所述多边形筒体下部的多边形柱体上设置有承托集尘板的水平托板，所述集尘板由板架和嵌放在所述板架内侧的冷却板和外侧的活性炭板组成，贴附于所述多边形柱体侧壁上的所述冷却板为通过连接水管与外部制冷设备相连通的盘管结构；由所述多边形筒体侧壁和活性炭板围成的环形腔室构成热气流通道；在所述集尘板下方的多边形筒体内，分别以多边形柱体的每条边长为长轴水平设置有半椭圆形热源，靠近所述半椭圆形热源的多边形筒体上开设有进风口，所述进风口上依次设置有滤网和引风机；

所述集尘板由自上而下依次叠置的上部集尘板、中部集尘加强板和下部集尘板组成，所述上部集尘板、中部集尘加强板和下部集尘板的冷却板温度及活性炭板的表面粗糙度均不同；

所述上部集尘板、中部集尘加强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，该坐标系的原点为集尘板面向多边形筒体外壁的最外沿底边某点，正

轴为垂直于此底边指向天花板方向，集尘板的高度为/>

，将集尘板沿x轴正方向划分成n（n≥10且为整数）个高度相等的等面积多边形环状区域，每个多边形环状区域的高度为/>

，第1个多边形环状区域范围坐标/>

,第i个多边形环状区域范围坐标/>

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且为整数),此时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，提取每个多边形环状区域表面沉积的颗粒物数量N_i(

且为整数)；

第四步，取

对应的区域为集尘加强区，该集尘加强区对应中部集尘加强板，x坐标小于集尘加强区下限的区域为低部集尘区，对应下部集尘板，x坐标大于集尘加强区上限的区域为高部集尘区，对应上部集尘板；

所述上部集尘板外侧的活性炭板表面的粗糙度为30~50μm，中部集尘加强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；所述上部集尘板和所述下部集尘板的冷却板温度为18~20℃，中部集尘加强板的冷却板温度为7~8℃。

2.根据权利要求1所述的适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述多边形筒体为由多片拼接而成的分体式结构。

3.根据权利要求1所述的适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述上部集尘板的活性炭板、中部集尘加强板的活性炭板和下部集尘板的活性炭板均由多片拼装组成。

4.根据权利要求1所述的适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述多边形筒体侧壁和活性炭板之间的距离为15~35cm。

5.根据权利要求1所述的适用于多边形立柱的具备空气净化功能的暖风装置，其特征在于：所述半椭圆形热源中心处的宽度为10~30cm。

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