CN112923542B - 一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置 - Google Patents

一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置，包括设置在方柱顶端四周的条形送风口，还包括包围在方柱柱体四周的分段式导流板，该分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，所述的分段式导流板至少包括一个弧形导流板，和两个直导流板，弧形导流板一端面沿方柱壁面四周贴附活动设置，用于将条形送风口贴附下来的气流通过弧形导流板的弧面实现导流，减少气流能量损失；两个直导流板串联，并与弧形导流板另一端面连接，用于实现将弧形导流板导流的气流实现定向转向。本发明可根据房间和人员的要求进行高度和角度进行调整，满足人员的舒适度要求，提高竖壁贴附通风的有效性，此装置受建筑限制要求很低，且不受应用限制。

Description

一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置
技术领域
本发明属于通风气流组织技术领域，涉及空调送风导流板装置，具体涉及一种柱体壁面贴附送风的可调节式导流板送风装置。
背景技术
2020年伊始，新型冠状病毒肺炎的爆发和全球蔓延使人们对建筑通风空调系统的气流组织有了新的认识，针对工作区或呼吸区进行精准目标送风的气流组织形式在建筑室内环境营造方面呈现出一定技术优势。合理的送风方法可以有效地改善室内的空气品质，在疫情期间也可以尽可能的降低空气的交叉污染带来的危害。
目前一些办公建筑的送风方式有顶板散流器下送风、侧面散流器侧送风。顶板散流器下送风和侧面散流器侧送风属于常见的混合通风模式，这种通风形式的特点是送风速度较高，造成了一定的能源浪费，同时人们呼入的空气也是送入的新风和室内原有污浊空气混合而成的，对人的健康也会造成一定的影响。但是由于送风口和回风口的布置位置简单，一般不占据建筑的下部空间(工作区)，至今仍然广泛使用。
但随着生活水平的提高，人们对室内工作环境的要求也日益提高，室内空气质量的优劣也直接影响人员的工作效率、身体健康。利用贴附通风加导流板送风能有效改善室内空气品质，创建舒适的热湿环境，尽量减少疫情期间空气的交叉污染。
发明内容
基于两种气流组织形式中，本发明所提出的一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置，在某种程度上既具有混合通风送风口容易布置、不占用工作区有效空间之优点，又具备置换式通风室内空气品质高、能源消耗较小之优点。本发明中，将导流板与竖壁贴附的条缝型送风口科学结合，既可以创造呼吸区送风的新型气流组织形式，又可以提高室内通风效率及室内人员的热舒适性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，包括设置在方柱顶端四周的条形送风口，还包括包围在方柱柱体四周的分段式导流板，该分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，所述的分段式导流板至少包括一个弧形导流板，和两个直导流板，弧形导流板一端面沿方柱壁面四周贴附活动设置，用于将条形送风口贴附下来的气流通过弧形导流板的弧面实现导流，减少气流能量损失；两个直导流板串联，并与弧形导流板另一端面连接，用于实现将弧形导流板导流的气流实现定向转向。
进一步地，所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，通过滑块将每个分段式导流板中的弧形导流板连接成一体，且能够沿方柱柱体壁面上下移动。
所述的滑块上还设置有丝杆，丝杆与方柱柱体四周壁面贴合，滑块能够沿丝杆长度方向往复移动。
进一步地，所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，每个分段式导流板包含的直导流板之间通过滑轨连接；每个分段式导流板包含的直导流板之间通过滑轨连接能够实现0-500mm的伸缩调节。
所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，弧形导流板与直导流板连接端面通过旋转螺杆连接，旋转螺杆用于调节直导流板与弧形导流板之间的夹角。
进一步地，所述的直导流板与弧形导流板之间的夹角为-90°～90°。
优选地，所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板距方柱柱体底面的高度为1.1m-1.7m。
在方柱柱体顶端还设置有进风口，进风口的送风量与方柱顶端四周的条形送风口的出风量相等。
本发明还给出了一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法，该方法包括如下步骤：
1)选定既定空间，需要根据建筑空间的类型、围护结构的热工参数、人员和设备，确定空间的热负荷；
2)根据如下公式，即送风量和热负荷的之间的关系确定该空间所需的总送风量；
Figure GDA0003464019300000021
M—送风量，kg/s
Q—热负荷，kW
Cp—空气定压比热，kJ/(kg·℃)
tR—室内空气温度，℃
tS—送风温度，℃
3)将计算得到的总送风量，平均分配给既定空间内的每个方柱体的送风口；
4)沿每个方柱顶端四周的条形送风口的侧面设置风管，使得气流沿方柱壁面自上向下流动；
5)将分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，分段式导流板至少包括一个弧形导流板，和两个直导流板，弧形导流板一端面沿方柱壁面四周贴附活动设置；两个直导流板串联，并与弧形导流板另一端面连接。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置，适用于含有柱体的各种建筑空间，能根据人员工作区的不同来调节送风高度和送风角度，由于均流静压壳体的设置，可以将送风管的风分成均匀四部分，条形送风口可以将风速进行二次增大，与传统的混合通风置换通风相比，能有效的提高通风效率，改善工作区的空气洁净度，减少不舒适的吹风感。
附图说明
图1四柱式加导流板贴附通风示意图；
图2四柱式混合通风示意图；
图3不同高度导流板示意图；
图4不同伸缩长度导流板示意图；
图5不同旋转角度导流板示意图；
图6导流板合闭示意图；
图7不同长度的直导流板下速度云图；
图8不同高度导流板下风口截面的温度云图；
图9不同高度导流板下人体高度的速度分布图；
图10不同高度导流板下风口截面的空气龄云图；
图11不同高度的导流板下的通风效率；
图12ADPI的测点分布图；
图13不同高度的导流板下测点的速度和△ET图；
图14不同高度的导流板下的评价指标折线图；
图15不同通风方式的空气龄云图；
图16混合通风方式下的测点的风速和△ET；
其中，图中各个符号分别代表以下含义：1、条形出风口，2、弧形导流板， 3、4、直导流板，5、滑块，6、丝杆。
具体实施方式
现有建筑特别是大型建筑中，单一风口的送风气流作用范围难以覆盖整个空间，势必需要多风口同时送风以营造一个均匀的热环境。利用贴附通风和导流板装置配合建筑物中的柱体可以改善传统混合通风造成的空气品质和通风效率差的现状，相比于单独的柱壁贴附送风方式，导流板的作用可以根据作业环境的要求进行定点送风，引入导流板避免了气流与地面的撞击，从而也就避免了贴附在地面的气流引起的扬尘效果，提高了工作区环境的洁净度。通过合理的调节导流板的长度和高度，能够在一定程度上提高空间内空气的通风效率，改善工作区的环境，提高人员的热舒适性。
实施例1：
本实施例以一个12m×12m×4m(L×W×H)的建筑空间为研究对象，建筑空间内均匀分布四根方柱，单根方柱的尺寸为1m×1m×4m(L×W×H)，柱壁贴附通风加导流板设想气流组织分布如图1所示。本发明包括条形送风口、分段式导流板，该实施例中分段式导流板包括一个弧形导流板，和两个直导流板；条形出风口1的尺寸为1000mm×60mm(L×W)。在柱体四个侧面各安装一个分段式导流板如图5所示，柱体四侧的第一部分弧形导流板2之间通过调节导流板高度的滑块5链接，滑块5内嵌有一个内部带螺纹的轴承，滑块5借助丝杆6便可实现分段式导流板的高度调节，调节范围为0-3m。本实施例中滑块5固定在1.5m 处，第一部分弧形导流板2的尺寸为长度为1m，弧形半径为100mm，弯曲角度为90°。第二部分至直导流板3与第一部分弧形导流板2之间通过旋转螺杆链接，以此来调节第二部分直导流板3和第三部分直导流板4的角度，调节范围为 -90°～90°，本实施例中角度固定为0°。第二部分直导流板3和第三部分直导流板4之间通过滑轨链接，可以实现直导流板宽度的伸缩。本实施例中将伸缩长度分别设置为0、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm七个工况(伸缩长度为0时，直导流板的状态处于-90°，此工况为基础对比工况)，通过数值仿真技术来探究导流板的长度对气流的偏转效果。本实施例中，单柱的一个条形送风口的送风速度为2m/s，送风温度为20℃，总的送风量为6912m3/h，房间顶面四周各布置一个尺寸为0.4m×0.4m的回风口，以及房间顶部中心布置一个0.6m×0.6m的回风口，总排风量与送风量相等。由图7可得当直导流板的长度在500mm以下，气流经过导流板偏转后，气流呈抛物线形式向下偏转，当直导流板的长度超过500mm时，气流经过导流板后气流方向水平向前，并没有向下偏转的趋势，直至撞到墙壁发生向上向下扩散，所以直导流板的长度设置为 0-500mm。
实施例2
为了保障呼吸区空气的洁净度和新鲜度，根据一般人体的高度，将导流板的高度设置为0.6m、0.8m、1.1m、1.4m、1.7m、2.3m，本实施例中，单柱的一个条形送风口的送风速度为2m/s，送风温度为20℃，总的送风量为6912m3/h，房间顶面四周各布置一个尺寸为0.4m×0.4m的回风口，以及房间顶部中心布置一个0.6m×0.6m的回风口，总排风量与送风量相等。通过数值仿真模拟发现，六种工况下，温度分布方面，如图8所示，在送风口的中截面发现，当导流板高度为1.1m、1.4m和1.7m时，在人体呼吸区1.1m(坐姿)和1.7m(站姿)高度处，温度的波动范围在25-27℃之间，满足人体热舒适要求，当导流板的高度超出 1.7m(例如导流板高度为2.3m)或低于1.1m时，在人体呼吸区的温度波动范围在27-29℃之间，此时人员会出现热不舒适。
速度分布方面，人体对风速最敏感的位置处于脚踝，普通人体的脚踝高度大约在100mm左右，如图9所示，对比六种工况发现，导流板高度在0.6m和0.8m 时，脚踝的风速大于0.25m/s，不满足GB50736-2012中工作人员局部位置风速小于0.25m/s的要求。
空气龄，即空气质点的空气龄,是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间，反映了室内空气的新鲜程度，它可以综合衡量房间的通风换气效果，是评价室内空气品质的重要指标。六种工况下，在风口中截面下的空气龄如图 10所示，当导流板高度为1.1m、1.4m和1.7m时，在人体呼吸高度，空气龄的波动范围在200-300之间，当导流板的高度在0.6m、0.8m和2.3m时，呼吸高度的空气龄均超过了300，通过数值仿真计算，在整个空间内不同高度的导流板，人体坐姿呼吸区的空气龄分别为287.462(0.6m)、281.272(0.8m)、246.687(1.1m)、253.042(1.4m)、264.336(1.7m)、292.533(2.3m)，站姿呼吸区的空气龄分别为296.240(0.6m)、291.710(0.8m)、285.823(1.1m)、278.493(1.4m)、239.622 (1.7m)、286.525(2.3m)。空气龄越小代表室内的空气的新鲜程度越高，通过对比空气龄发现，在导流板在1.1-1.7的范围内，无论是坐姿还是站姿呼吸区的空气龄均小于超出或低于这个范围内的空气龄，由此也可以证明导流板在 1.1m-1.7m之间时，在呼吸区的空气洁净度最高。
通风效率是评价通风方式优劣的重要指标，集中反映了室温的竖向分布特征。通风效率表示通风系统排出室内污染物能力的指标。室内污染物包括余热污染和化学污染，就排热性能而言也称温度效率，定义为
Figure GDA0003464019300000061
通过计算在人员工作区三个实施例的通风效率如图11，由图可知在 1.1m-1.7m的范围内，室内的通风效率明显高于1.1m-1.7m范围之外的。
空气扩散性能指标ADPI表示满足设计温度和风速要求的测点数与总测点数的比值。它考虑了工作区空气温度、流动速度和相对湿度的综合作用。对舒适性空调来说，相对湿度在较大范围内(30％～70％)对人体舒适性影响较小，可主要考虑空气温度和风速对人体的综合作用。该指标定义如下：
Figure GDA0003464019300000062
其中，VET为有效吹风感温度，是综合吹风风速和温度两个因素的指标，计算式为：
VET＝(ti-tn)-7.66(ui-0.15) (3)
式中tn为给定的室内设计温度。当有效吹风温度VET介于-1.7℃和1.1℃之间、空气流速小于0.35m/s时，室内大多数人感觉热舒适。ADPI的值越大，说明感到舒适的人群比例越大。一般情况下，应使ADPI越高，ADPI越高意味着室内的空气分布越均匀。对于实施例1、2、3取高度为1.1m，具体测点布置如图12，方柱贴附通风形式工作区范围界定为：距离方柱1.0m，距离四周墙体0.5m，地面以上0-2.0m的区域。为计算不同高度平面处上述评价指标值，根据四柱贴附送风的对称性，选取图12中的20个测点。由图13分析可得，六种工况下，导流板的高度从低到高的ADPI依次为55％、60％、65％、90％、70％、50％。由此可得在1.1m-1.7m的范围内ADPI高于另外三种工况。
结合空气龄、通风效率和ADPI三者的规律，如图14所示，空气龄无论是坐姿呼吸区还是站姿呼吸区，均在1.1m-1.7m之间出现了波谷，证明在1.1m-1.7m 之间，呼吸区的空气的新鲜度明显优于此范围之外的工况；通风效率和ADPI方面，均在1.1m-1.7m之间出现了波峰，证明无论是室内的排热能力还是室内的空气均匀性明显也优于此范围之外的工况。
综上，将导流板的高度限制在1.1m-1.7m之间，利用竖壁贴附加导流板的送风方式能为室内的人员在呼吸区营造一个健康、洁净的呼吸环境，保障人员的身体健康，尽量减少新冠疫情期间，由于空气的传播带来的危害。
本发明与现有技术(混合通风)的对比
当混合通风采用与实施例2相同的送风量和送风温度时，并且回风口的位置和尺寸保持不变，总排风量与送风量相等。此时，室内的平均温度在40℃左右，室内的人员无法进行正常工作。当把送风速度提高到4m/s，送风温度保持20℃不变，此时送风量为13824m3/h。此时风口中截面的空气龄如图15所示，在呼吸区高度，空气龄的波动范围在230-310之间，但是相比较导流板高度在1.4m 处，最高值的空气龄大约高20左右；空气分布均匀性方面，通过分析图16，混合通风的ADPI为80％，对比导流板高度在1.4m时ADPI＝90％，室内的空气分布均匀性依旧不如竖壁贴附加导流板送风方式；通风效率方面，通过数值计算，混合通风的通风效率为1.15，依旧小于导流板高度在1.4m时的通风效率1.607。
综上所述，本发明提出的一种适用于方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法及装置，相对于现有的混合通风送风方式，能更加有效的改善室内空气品质，提高人员的舒适性，保障人员呼吸区空气的洁净度和新鲜度，减少由于空气传播带来的危害，为室内人员提供一个健康的工作环境。
本发明具体还涉及一种适用于方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法，该方法具体包括如下步骤：
1)选定既定空间，需要根据建筑空间的类型、围护结构的热工参数、人员和设备，确定空间的热负荷；
2)根据如下公式，即送风量和热负荷的之间的关系确定该空间所需的总送风量；
Figure GDA0003464019300000071
M—送风量，kg/s
Q—热负荷，kW
Cp—空气定压比热，kJ/(kg·℃)
tR—室内空气温度，℃
tS—送风温度，℃
3)将计算得到的总送风量，平均分配给既定空间内的每个方柱体的送风口；
4)沿每个方柱顶端四周的条形送风口的侧面设置风管，使得气流沿方柱壁面自上向下流动；
5)将分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，分段式导流板至少包括一个弧形导流板，和两个直导流板，弧形导流板一端面沿方柱壁面四周贴附活动设置；两个直导流板串联，并与弧形导流板另一端面连接。具体地，首先将丝杆穿过滑块5，滑块5内置螺纹轴承，利用螺纹轴承可以实现分段式导流板的高度调节功能；然后将第一段导流板2利用其侧面与滑块5用粘接方式将其固定在一起，第二段直导流板4与第一段弧形导流板2直接通过旋转螺杆连接，从而实现送风气流方向的偏转，第三段直导流板3与第二段直导流板2之间通过水平滑轨相连，可以控制直导流板的水平长度调节，至此安装过程完毕，从而保持送风气流的原有方向将其送至人员工作区。
申请人给出一个具体的实施例计算过程，具体内容如下：
1)以办公建筑类为例，选定一个12m×12m×4m(L×W×H)的既定空间如图1 所示，根据本建筑空间的类型、围护结构的热工参数、人员和设备的数量和负荷，确定空间的总热负荷，根据《采暖通风与空气调节设计规范》，最终计算房间的总的热负荷为21600W；
2)根据如下公式，即送风量和热负荷的之间的关系确定该空间所需的总送风量。
Figure GDA0003464019300000081
M—送风量，kg/s
Q—热负荷，kW
Cp—空气定压比热，kJ/(kg·℃)
tR—室内空气温度，℃
tS—送风温度，℃
经过计算确定最终的送风量为6912m3/h，送风温度为20℃；
3)将计算得到的总送风量根据图1的柱体分布结构进行分配，由于房间内柱体布局相对简单，房间内仅有四根柱子而且柱子的分布也是对称结构，所以每个柱体覆盖的范围相同，只需将总送风量均匀分配在四个柱子上，所以每个柱体所承担的送风量为1728m3/h，即每个条形送风口的送风量为432m3/h；
4)确定每个送风口的送风量后，为沿每个方柱顶端四周的条形送风口的侧面设置风管，将风管内的风量固定在432m3/h以上，保证送出来的气流能够完全处理掉室内的热负荷；
5)最后将分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，将从送风口出来的气流沿着柱体壁面经过分段式导流板送到室内的人员工作区，为室内人员营造一个舒适的室内卫生环境。

Claims (8)

1.一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，包括设置在方柱顶端四周的条形送风口，其特征在于：还包括包围在方柱柱体四周的分段式导流板，该分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，所述的分段式导流板至少包括一个弧形导流板，和两个直导流板，弧形导流板一端面沿方柱壁面四周贴附活动设置，用于将条形送风口贴附下来的气流通过弧形导流板的弧面实现导流，减少气流能量损失；两个直导流板串联，并与弧形导流板另一端面连接，用于实现将弧形导流板导流的气流实现定向转向；
所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，通过滑块将每个分段式导流板中的弧形导流板连接成一体，且能够沿方柱柱体壁面上下移动；
所述的滑块上还设置有丝杆，丝杆与方柱柱体四周壁面贴合，滑块能够沿丝杆长度方向往复移动；所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，弧形导流板与直导流板连接端面通过旋转螺杆连接，旋转螺杆用于调节直导流板与弧形导流板之间的夹角。
2.如权利要求1所述的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，其特征在于：所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，每个分段式导流板包含的直导流板之间通过滑轨连接。
3.如权利要求2所述的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，其特征在于：每个分段式导流板包含的直导流板之间通过滑轨连接能够实现0-500mm的伸缩调节。
4.如权利要求1所述的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，其特征在于：所述的直导流板与弧形导流板之间的夹角为-90°～90°。
5.如权利要求1或2所述的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，其特征在于：所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板距方柱柱体底面的高度为1.1m-1.7m。
6.如权利要求5所述的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，其特征在于：所述的方柱顶端四周的条形送风口的宽度为0.02-0.06m。
7.如权利要求6所述的方柱壁面贴附的可调节式导流板送风装置，其特征在于：在方柱柱体顶端还设置有进风口，进风口的送风量与方柱顶端四周的条形送风口的出风量相等。
8.一种方柱壁面贴附的可调节式导流板送风方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)选定既定空间，需要根据建筑空间的类型、围护结构的热工参数、人员和设备，确定空间的热负荷；
2)根据如下公式，即送风量和热负荷的之间的关系确定该空间所需的总送风量；
Figure FDA0003464019290000021
M—送风量，kg/s
Q—热负荷，kW
Cp—空气定压比热，kJ/(kg·℃)
tR—室内空气温度，℃
tS—送风温度，℃
3)将计算得到的总送风量，平均分配给既定空间内的每个方柱体的送风口；
4)沿每个方柱顶端四周的条形送风口的侧面设置风管，使得气流沿方柱壁面自上向下流动；
5)将分段式导流板分别沿方柱柱体壁面四周活动设置，分段式导流板至少包括一个弧形导流板，和两个直导流板，弧形导流板一端面沿方柱壁面四周贴附活动设置；两个直导流板串联，并与弧形导流板另一端面连接；所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，通过滑块将每个分段式导流板中的弧形导流板连接成一体，且能够沿方柱柱体壁面上下移动；所述的滑块上还设置有丝杆，丝杆与方柱柱体四周壁面贴合，滑块能够沿丝杆长度方向往复移动；所述的包围在方柱柱体四周的分段式导流板，弧形导流板与直导流板连接端面通过旋转螺杆连接，旋转螺杆用于调节直导流板与弧形导流板之间的夹角。
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