通风与气流组织
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半地下变电站室内通风与气流组织分析
摘 要： 分析 了半地 下变电站 室 内通风与气流组织的常见 问题及现状． 通过对某 变电站主 变室的风速
场和温度场进行数值模拟 ， 分析 了四 种 不 同气 流 组 织 方案 的 通 风 散 热 效 果及 对 主 变 室 的 风 速 场 和 温 度 场 的 影 响 ， 出 了通 风散 热 效 果 较 好 的 气流 组 织 方案 ， 半 地 下 变 电站 的通 风 及 气 流 组 织设 计提 供 得 为 了一 定 的 参 考 ．
ｉ ｅ ｎ ｓ ｍｉ—ｕｎ ｅ ｇ ｏ ｎｄ ｔａ ｆ ｒ ｒｓ ｓａ ｉｎ ｗａ ｎ ｌｚ ｄ， ｎ ｈ ｍｐｏ ｔｎ ｅ ｏ ｅ ｔｌｔ ｎ ｄ ｒ ｒ ｕ ｒ ｎｓｏ ｍｅ ｕｂ ｔ ｔｏ ｓ ａ ａ ｙ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｒａ ｃ ｆｖ ｎ ｉ ｉ ａｏ ａ ｄ ｈ ａ ｉｓｐ ｔｏ ｓ ｄ ｓ ｕｓｅ Ｔｈｒｕｇ ｈ ｍｅ ｉ ａ ｉ ｌｔｏ ｆｗｉ ｄ ｆｅｄ ａ ｄ ｔ ｍ— ｎ ｅ ｔｄ ｓ ｉ ａｉｎ ｗａ ｉｃ ｓ ｄ． ｏ ｈ ｔ ｅ ｎｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｎ ｉｌ ｎ ｅ
关 键 词 ： 地 下 变 电站 ； 值 模 拟 ； 半 数 气流 组 织 ； 速 场 ； 度场 风 温
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中 图分 类 号 ：Ｕ ７ Ｔ２１
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２— ９６ ２ １ ）３— ３ ６— ４ １７ ０ ４ （０ １ ０ ０４ ０
Ｄｉｃ ｓｏ ｏ ｅ ｉ ｔｏ ａ ｉ ｏ ｄｉｔ ｉ ｕｔｏ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｕｓ ｉ ｎ ｆｖ ｎｔｌ ｉ ｎ ｎｄ ａ ｒ ｆ ｗ ｓ ｒｂ ｉ ｎ ｉ ｅ － ａ ｌ
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关 键 词 ： 地 下 变 电站 ； 值 模 拟 ； 半 数 气流 组 织 ； 速 场 ； 度场 风 温
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中 图分 类 号 ：Ｕ ７ Ｔ２１
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２— ９６ ２ １ ）３— ３ ６— ４ １７ ０ ４ （０ １ ０ ０４ ０
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全面通风气流组织的原则
全面通风气流组织的原则
全面通风气流组织的原则如下：
1. 空气流动方向：通风气流应从干净的区域向污染的区域移动，以有效地将污染物排出。
2. 气流速度：通风气流的速度应在可接受的范围内，既能够有效地将污染物带走，又不会引起其他问题，如温度不适或风扬尘。
3. 高效过滤：在通风系统中使用高效过滤器，以去除空气中的微尘、细菌和其他污染物。
4. 均匀分布：通风系统应该能够均匀地将新鲜空气分布到房间各个角落，以确保整个空间得到充分的通风。
5. 空气质量监测：全面通风气流组织应配备相关的空气质量监测设备，用于实时监测空气中的污染物浓度，以便及时采取措施。
6. 合理运行：通风系统应按照预定的操作指南进行合理运行，以达到最佳的通风效果。
7. 定期维护：通风系统应定期进行检查和维护，确保其正常运行，保证室内空
气的良好质量。
综上所述，全面通风气流组织的原则是确保新鲜空气能够均匀地分布到室内各个角落，通过高效过滤和定期维护，将污染物有效排出，保证室内空气的质量。
全面通风的气流组织要点
全面通风的气流组织
从房间下部排出的风量，包括距地面2m以内的局部排风量。 从房间上部排出的风量，不应小于每小时1次换气。
当排出有爆炸危险的气体或蒸汽时，其风口上缘距顶棚应 小于0.4m。
前物 浓度，从而使污染物的浓度降低到允 许标准之下，所以又叫稀释通风。
全面通风的气流组织
6．风量的分配 （1）有害物和蒸气的密度比空气轻，或虽比室内空气重，但 建筑内散发的显热全年均能形成稳定的上升气流时，宜从房间上 部区域排出。 （2）当散发有害气体和蒸气的密度比空气重，建筑物内散发 的显热不足以形成稳定的上升气流而沉积在下部区域时，宜从房 间上部区域排出总风量的1/3且不小于每小时一次换气量，从下部 区域排出总排风量的2/3。 （3）当人员活动区有害气体与空气混合后的浓度未超过卫生 标准，且混合后气体的相对密度与空气密度接近时，可只设上部 或下部区域排风。 （4）送排风量因建筑物的用途和内部环境的不同而不同。在 生产厂房、民用建筑要求清洁度高的房间，室内压力应为正压， 送风量应大于排风量；对于产生有害气体和粉尘的房间，室内压 力应为负压，应使送风量略小于排风量。
全面通风的气流组织
全面通风的气流组织
排风口
送风口
进风口
吸风口
进
风
口
送风口
全面通风平面图
接排风口
灰尘
吸风口
所谓气流组织，就是
人
合理的选择和布置送、排 风口的形式、数量和位置，
合理的分配各风口的风量，
使送风和排风能以最短的
流程进入工作区或排出，
从而以最小的风量获得最
佳的效果。
全面通风的气流组织
全面通风的通风效果不仅与采用的通风系统风量有关，还与通 风房间的气流组织形式密切相关。一般通风房间的气流组织形式有 上送下排、下送上排及中间送上下排等形式。设计时应根据有害物 源的布置、操作位置、有害物 性质及浓度分布等情况对送排 风方式进行合理的选择。
第六章 通风与气流组织(wlf)第二节
0
f ( )d F ( ) F (0) 0 F () 1
13
空气龄的概率分布f(τ)：年龄为τ的空气微团 在某点空气中所占的比例。
空气龄的累计分布F(τ):年龄比τ短的空气微 团所占的比例。
某点的空气龄tp指该点所有微团的的空气龄的 平均值：
p f ( )d p [1 F ( )]d
38
第六章 通风与气流组织
§6.2 室内空气分布的 描述参数
1
气流组织：在一定的送回风形式下，建筑内部 空间会形成某个具体的风速分布、温度分布、 湿度分布、污染物浓度分布。 如何评价气流组织？
② 描述污染物排除有效性的参数：污染物到达程度，到 达的时间； ③ 与热舒适有关的参数； ④ 若充分混合，用一个集总的参数对房间通风效果进行 总体评价。
非完全混合（实际情况）：入口处空气最新 鲜，出口处空气龄要高于房间平均空气龄， 死角处最陈旧。
17
2. 换气效率(Air exchange efficiency
对于理想“活塞流”的通风条件，房间 的换气效率最高。此时，房间的平均空 气龄最小，它和出口处的空气龄、房间 的名义时间常数存在以下的关系 ：
Ce Cs C Cs
Ce Cs p Cp Cs
30
排污效率的意义：
衡量稳态通风性能的指标，表示送风排除污染物的 能力。
对相同的污染物，在相同的送风量时，能维持较低 的室内稳态浓度，或者能较快的将室内初始浓度降 下来的气流组织，排污效率高。
主要影响ε的因素：
7
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
8
1. 空气龄(Air Age)
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
通风（空调）的目的与方法 室内气流分布的描述参数 气流组织的测量与计算方法
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 3
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
4
通风
基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等
空气调节
多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、 空气成分、气味等
污染严重：直流式系统（即机械通风系统） 污染不很严重：部分回风系统
特点 可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 需要消耗 能源 初投资和运行费都比较高 建筑环境学理论第六章通风与气流组织 6
基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会
有空气流过开口。流过的风速为： P
＝ 2P＝ 2P
驱动力压差
热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差
风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的 压差
自然通风的分类
热压通风 风压通风 风压和热压的联合作用下的自然通风
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 7
P b ( P a ) P b P a g (w h n )来自bwn h
a
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 8
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 24
室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境
通风气流组织评价的三类参数
描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察 区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：空气龄、换气 效率、送风可及性
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
1
气流组织的定义
狭义：机械通风的送回风的搭配形式 广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的
室内气流分布(Air Distribution)
送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、 湿度、污染物浓度等
通风气流组织的基本原则包括
通风气流组织的基本原则包括
1. 自然通风原则：利用自然的气流，通过制造适当的通风路径和开口，使新鲜空气从低处进入，热空气从高处排出。
2. 穿越通风原则：通过建筑物内外的通风路径，使空气从建筑物的一侧进入并从另一侧排出，以实现有效的通风。
3. 垂直通风原则：通过建筑物内部和外部的垂直通风路径，使空气从底部进入并从顶部排出，以实现整体的空气循环和通风。
4. 屏障通风原则：通过合理设置屏障来引导气流，使空气从低压区域流向高压区域，以实现较强的通风效果。
5. 层流通风原则：通过不同高度设置的通风开口，使空气在建筑内形成无阻碍的层流循环，以实现均匀通风和降温。
6. 空气混合原则：通过合理放置通风设备，使新鲜空气和室内空气进行有效的混合，以提高室内空气的质量。
7. 避免局部死角原则：在建筑物中设置合理的通风路径和开口，避免出现局部死角，确保整体空气流动的畅通性。
8. 考虑环境因素原则：根据建筑物的环境特点，如气温、风向、降雨等，合理设计通风系统，以最大限度地利用自然环境提供的资源。
第六章_通风与气流组织第一--三节
通风和空调的区别
通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不 （或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才 能排除； 空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不 需处理。
4
二、自然通风（Natural Ventilation）
定义：指利用自然的手段（热压、风 压等）来促使空气流动而进行 的通风换气方式。
洁区
29
常见风口类型---置换通风
30
3、个性化送风（Personalized Ventilation）
原理：将处理好的新鲜空 气直接送至人员主要活动 区，同时人可调节送风参 数，实现有限区域个性化。
特点：个性化调节；直接 控制呼吸区，无需全部区 域的控制；通风效率高， 通风量、能耗小。
42
根据通风气流的目的，气流分布的 评价分为三个方面 通风有效性 排污有效性 能量利用有效性与热舒适
43
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
44
1、空气龄(Air Age)
最早于20世纪80 年代由Sandberg 提出。
定义：指送风到 达房间某点的时 间。
实际意义：旧空 气被新空气代替 的速度。
输入和平衡分配； 在噪声和污染严重地区，不适用； 安全隐患，应预先采取措施； 不适用恶劣气候地区； 需要居住者自己调节，麻烦； 未对进口空气过滤、净化； 所需空间较大，受到建筑形式的限制。
24
三、机械通风（Mechanical Ventilation）
定义：指利用机械手段（风机、风扇等）产 生压力差来实现空气流动的方式。
＝ 2P＝ 2P
通过的空气量：
G F＝F 2P
关键因素： F、P
通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不 （或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才 能排除； 空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不 需处理。
4
二、自然通风（Natural Ventilation）
定义：指利用自然的手段（热压、风 压等）来促使空气流动而进行 的通风换气方式。
洁区
29
常见风口类型---置换通风
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3、个性化送风（Personalized Ventilation）
原理：将处理好的新鲜空 气直接送至人员主要活动 区，同时人可调节送风参 数，实现有限区域个性化。
特点：个性化调节；直接 控制呼吸区，无需全部区 域的控制；通风效率高， 通风量、能耗小。
42
根据通风气流的目的，气流分布的 评价分为三个方面 通风有效性 排污有效性 能量利用有效性与热舒适
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二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
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1、空气龄(Air Age)
最早于20世纪80 年代由Sandberg 提出。
定义：指送风到 达房间某点的时 间。
实际意义：旧空 气被新空气代替 的速度。
输入和平衡分配； 在噪声和污染严重地区，不适用； 安全隐患，应预先采取措施； 不适用恶劣气候地区； 需要居住者自己调节，麻烦； 未对进口空气过滤、净化； 所需空间较大，受到建筑形式的限制。
24
三、机械通风（Mechanical Ventilation）
定义：指利用机械手段（风机、风扇等）产 生压力差来实现空气流动的方式。
＝ 2P＝ 2P
通过的空气量：
G F＝F 2P
关键因素： F、P
通风气流组织的基本原则包括
通风气流组织的基本原则包括一、引言通风气流组织是指通过合理的设计和管理，使室内空气能够流动，达到良好的通风效果，提高室内空气质量和舒适度的一种方法。
在建筑物的设计和使用中，通风气流组织起着重要的作用。
本文将介绍通风气流组织的基本原则，包括空气流动的路径、速度和分布等方面。
二、通风气流组织的路径通风气流组织的路径是指空气在室内流动的路径。
在设计通风系统时，应考虑室内的功能需求和空气流动的方向。
一般而言，通风气流组织的路径应尽量避免污染物在室内扩散，同时要保证空气的流通性。
例如，厨房的通风气流组织应将油烟排出室外，而卫生间的通风气流组织则应将异味排除室外。
三、通风气流组织的速度通风气流组织的速度是指空气在室内流动的速度。
通风气流组织的速度应根据室内的功能需求进行调整。
一般而言，室内活动区域的通风气流组织速度应较高，以增加空气的流通性，提高舒适度。
而静态区域的通风气流组织速度则可以较低，以减少不必要的能耗。
因此，在通风系统的设计中，应根据不同区域的功能需求合理调整通风气流组织的速度。
四、通风气流组织的分布通风气流组织的分布是指空气在室内的分布情况。
通风气流组织的分布应保证室内空气的均匀性，避免死角和积聚区的产生。
在通风系统的设计中，应考虑到室内的布局和摆放物品的位置，合理安排通风口和排风口的位置，以实现空气的均匀分布。
五、通风气流组织的管理通风气流组织的管理是指定期检查和维护通风系统，确保其正常运行和有效性。
通风系统应定期清洗和更换过滤器，保持通风口和排风口的畅通。
同时，应定期检查通风系统的运行情况，及时修复故障和漏风现象。
通过有效的管理，可以保证通风气流组织的有效性和持久性。
六、通风气流组织的效果评估通风气流组织的效果评估是指对通风系统进行监测和评估，判断其是否满足设计要求。
通过测量室内空气的质量指标和舒适度指标，可以评估通风气流组织的效果。
如果发现通风气流组织存在问题，应及时调整和改进通风系统，以提高室内空气质量和舒适度。
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第六章 通风与气流组织 第一节 自然通风
1
通风的定义与目的
• 把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外，再把新 鲜的空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标 准的方法叫通风。 • 通风的目的包括以下几个方面： （1）稀释室内污染物，保证良好的室内空气品质； （2）消除室内余热、余湿，保证室内人员的舒适性； （3）满足室内人员对新鲜空气的需要； （4）节能的需要。
• 换气效率定义：
n n r 2 p
55
r n e 2 p
换气效率
56
（三）通风效率 （涉及污染源的位置）
• 充分混合流 η＝1 • 活塞流η ＝？
– 均匀污染源 η ＝2 – 如果污染源在出口呢？ – 污染源在入口呢？ (主要考虑工作区)
C p C0 C C0
b
o
h2
中和面
o
h1
a
Px Pxa gh( w n )
8
（二）余压的概念（p185）
讨论余压的分布和中和面位置：
1）地面有大开口；
2）顶棚有大开口；
3）地板送风； 4）顶棚排风。
9
热压作用模拟的建筑模型
• 每层有上下两个 开口
10
室 内 空 气 速 度 分 布
11
室 内 空 气 温 度 分 布
较详细
最好
机械和自然通 风 61
计算流体动力学CFD的发展背景
计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是利用数值计算方法通 过计算机求解描述流体运动的数学方程，揭示流 体运动内在规律的一门新兴学科。 计算机表现出在速度、内存等方面的巨大潜 力之后，才有越来越多的学者通过离散算法、迭 代方法等计算数学领域的研究活动，使流体力学 有了与计算机结合的可能，为CFD的飞速发展奠 定了基础。 k-ε二方程模型的提出，为在工程领域中普 及应用CFD起到了决定性的作用。
置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上 方。年龄单位：秒
69
室内空气环境的保障
• • • • • • • 人对室内空气环境的感受与要求（标准） 负荷的获得（热、空气品质） 室内对新风量与总风量的需求 气流组织形式 气流分布的评价 暖通空调系统 冷热源
51
（一）与舒适相关的部分参数
• 空气扩散性能指标：为满足规定风速和温 度要求的测点数与总测点数之比。
ADPI=100%（-1.7<∆ET <1.1的测点数） /总测点数
52
（二）空气年龄与换气效率
1.空气龄 空气进入房间的时间 The age of air，Air age
f ( )d 1
混合通风与置换通风方式的比较
通风方式 比较项目 混合通风 设计目标 通风动力 通风机理 全室环境均一 机械通风为主 气流强烈掺混 置换通风 工作区环境满足要求 羽流浮力为主 气流扩散、浮力提升
大温差较高风速
上送下回或上送上回 送风特性 风口紊流系数大 风口掺混性好 温度/浓度分布 通风负荷 空气品质 宏观上全室均匀 消除全室负荷 空气品质接近于回风
G，C0
C M
C
M G＝ C N CO ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V
29
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
• G C0 d + M d - G C d =VdC
30
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
d dC V GC0 M GC
dC GC0 M GC d V
32
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
• 稳定状态的关系式：
M G C2 C0
• 当G /V远小于1时：
M V C 2 C1 G C2 C0 C2 C0
33
二、置换通风
排风口 上部区域 界面
送风口
工作区域 热 源
• 置换通风的原理就是空气由下向上进行置换
0 0
p f ( ) d
污染物的浓度衰减曲线
53
某点空气龄
V
• 体平均空气龄：
p＝ 0
P
dv
V
• 名义时间常数：
n V /Q
• 空气龄、残留时间、驻留时间关系 • 活塞流驻留时间：
r n
54
2.换气效率 （不涉及污染源的位置）
• 理论上最短的换气 时间是多少？ r n e 2 p • 活塞流
63
常用的计算软件 • PHOENICS • FLUENT • Airpak
64
数值求解的研究方法
1-壁橱，2-桌子 ，3-计算机，4人，5-灯，6-送 风口，7-回风口
65
置换通风的速度场
66
置换通风的温度场
67
置换通风的污染物浓度场
• 置换通风中，污染物浓度高的部位在上方 。
68
置换通风的空气年龄场
31
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
• 在通风量一定、室内初始浓度为C1的时候
，求C2与通风时间的关系：
G M G C 2 C1 exp C 0 1 exp V G V
62
CFD的特点
CFD能够解决实验研究与理论分析难以解决的问题。 • 实验研究往往需要投入大量的人力物力，需要开发精密的 测量仪器。即使如此，实验存在着误差大、可重复性差的 固有缺陷； • 理论分析力求从理论上给出问题的解析解，但对于描述为 非线性偏微分方程的复杂的流动现象，理论分析所需的数 学工具尚不成熟。 • CFD的所有条件都由数值形式给出，可以严格控制并任意 改变边界、初值以及其他条件，不像实验条件经常受到外 部波动的干扰；CFD通过适当的离散手段可以较方便地求 解流体力学偏微分方程组，从而可以捕捉到复杂的流动现 象。因此，CFD克服了上述两者的困难。
12
（三）风压作用下的自然通风
风洞模型实验
14
风洞模型实验
15
高层建筑风压分布测定例
16
（四）风压和热压的联合作用
Pb Pxb K b
2 w
2
w Pxa hg ( w n ) K b
w
2 w
2
w
Pa Pxa K a
2 w
2
w
Kb Pxb b
＝
＝
• 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开 口内外的压差。 • 风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分 布的不同形成开口处的压差。
6
（一）热压作用下的自然通风（p185）
Pb Pb Pb Pa n gh Pa w gh Pa Pa gh w n Pa gh w n
质量守衡——连续性方程
能量守衡——能量方程 动量守衡—— 动量方程
27
简化与假设：
（1）室内污染物均匀分布； （2）通风量是稳定的； （3）污染物发生量是常数； （4）大气中污染物是常数； （5）忽略渗入的污染物和管道产生污染物的 可能性； （6）忽略污染物在管道内和室内的沉降。
28
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
49
室内通风的气流组织基本形式
置式通风风 换式通 全面通风 混合式通风 均匀式通风
机械通风
个性化送风 局部通风 局部排风 (工 业 通 风 ）
50
（一）与舒适相关的部分参数
• 不均匀系数：反映气流温度场和速度场的 不均匀程度。
t
均方根偏差
ti t
t
kt (t i t )2 n t
夏季打开 夏季工况 夏季关闭
43
效果图
44
45
重力循环空调在剧院舞台中的应用
46
第六章 通风与气流组织
第三节 气流分布性能的评价
47
气流分布与IAQ
• 向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？ 室内空气更新的快慢如何？室内污染物被 转移出去的迅速程度又如何？
48
气流分布的研究方法
• 半经验公式法 • 示踪气体实验法 • 数值求解法
2
通风的分类
• 根据驱动力划分（自然通风 、机械式通风） • 根据对象空间数目划分（单 室通风、多室通风） • 根据室内气流形式划分（置 换式通风、混合式通风） • 根据室内通风口位置划分（ 单侧通风、穿堂风）
自然通风的定义和特性
• 定义：利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而 进行的通风换气方式。 • 分类：1）渗风；2）通过门窗的通风；3）通过特定通风口的 通风；4) 被动式通风系统；
34
站姿人员产生的上升气流
上部区 界面
下部区
分层高度
空气湖
35
置换通风系统的设置条件
• 污染源与热源应共存 • 室内冷负荷不应过大（如以120W/m2为界 ） • 房间高度不能过低（如以2.4m为界）
36
置换通风的温度梯度
°C
⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿
37
置换通风与冷却顶板系统
冷水管道 传热肋片
20
室内通风的气流组织基本形式
置式通风风 换式通 全面通风 混合式通风 均匀式通风
机械通风
个性化送风 局部通风 局部排风 (工 业 通 风 ）
21
混合式通风
将空气从工作区外射入房间，射流卷吸一定 量的室内空气，让回流区在工作区附近。
22
置换式通风
对流气流 热源
空气湖
• 置换式通风通常指的是利用下送上回的送风方式实现通风 的一种新气流组织形式，它是将新鲜空气直接送入工作区 ，并在地板上形成一层较薄的空气湖。空气湖是由较凉的 新鲜空气扩散而成，因室内的热源（人员及设备）产生向 上的对流气流，新鲜空气随其向房间上部流动而形成室内 23 空气运动的主导气流。
1
通风的定义与目的
• 把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外，再把新 鲜的空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标 准的方法叫通风。 • 通风的目的包括以下几个方面： （1）稀释室内污染物，保证良好的室内空气品质； （2）消除室内余热、余湿，保证室内人员的舒适性； （3）满足室内人员对新鲜空气的需要； （4）节能的需要。
• 换气效率定义：
n n r 2 p
55
r n e 2 p
换气效率
56
（三）通风效率 （涉及污染源的位置）
• 充分混合流 η＝1 • 活塞流η ＝？
– 均匀污染源 η ＝2 – 如果污染源在出口呢？ – 污染源在入口呢？ (主要考虑工作区)
C p C0 C C0
b
o
h2
中和面
o
h1
a
Px Pxa gh( w n )
8
（二）余压的概念（p185）
讨论余压的分布和中和面位置：
1）地面有大开口；
2）顶棚有大开口；
3）地板送风； 4）顶棚排风。
9
热压作用模拟的建筑模型
• 每层有上下两个 开口
10
室 内 空 气 速 度 分 布
11
室 内 空 气 温 度 分 布
较详细
最好
机械和自然通 风 61
计算流体动力学CFD的发展背景
计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是利用数值计算方法通 过计算机求解描述流体运动的数学方程，揭示流 体运动内在规律的一门新兴学科。 计算机表现出在速度、内存等方面的巨大潜 力之后，才有越来越多的学者通过离散算法、迭 代方法等计算数学领域的研究活动，使流体力学 有了与计算机结合的可能，为CFD的飞速发展奠 定了基础。 k-ε二方程模型的提出，为在工程领域中普 及应用CFD起到了决定性的作用。
置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上 方。年龄单位：秒
69
室内空气环境的保障
• • • • • • • 人对室内空气环境的感受与要求（标准） 负荷的获得（热、空气品质） 室内对新风量与总风量的需求 气流组织形式 气流分布的评价 暖通空调系统 冷热源
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（一）与舒适相关的部分参数
• 空气扩散性能指标：为满足规定风速和温 度要求的测点数与总测点数之比。
ADPI=100%（-1.7<∆ET <1.1的测点数） /总测点数
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（二）空气年龄与换气效率
1.空气龄 空气进入房间的时间 The age of air，Air age
f ( )d 1
混合通风与置换通风方式的比较
通风方式 比较项目 混合通风 设计目标 通风动力 通风机理 全室环境均一 机械通风为主 气流强烈掺混 置换通风 工作区环境满足要求 羽流浮力为主 气流扩散、浮力提升
大温差较高风速
上送下回或上送上回 送风特性 风口紊流系数大 风口掺混性好 温度/浓度分布 通风负荷 空气品质 宏观上全室均匀 消除全室负荷 空气品质接近于回风
G，C0
C M
C
M G＝ C N CO ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V
29
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
• G C0 d + M d - G C d =VdC
30
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
d dC V GC0 M GC
dC GC0 M GC d V
32
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
• 稳定状态的关系式：
M G C2 C0
• 当G /V远小于1时：
M V C 2 C1 G C2 C0 C2 C0
33
二、置换通风
排风口 上部区域 界面
送风口
工作区域 热 源
• 置换通风的原理就是空气由下向上进行置换
0 0
p f ( ) d
污染物的浓度衰减曲线
53
某点空气龄
V
• 体平均空气龄：
p＝ 0
P
dv
V
• 名义时间常数：
n V /Q
• 空气龄、残留时间、驻留时间关系 • 活塞流驻留时间：
r n
54
2.换气效率 （不涉及污染源的位置）
• 理论上最短的换气 时间是多少？ r n e 2 p • 活塞流
63
常用的计算软件 • PHOENICS • FLUENT • Airpak
64
数值求解的研究方法
1-壁橱，2-桌子 ，3-计算机，4人，5-灯，6-送 风口，7-回风口
65
置换通风的速度场
66
置换通风的温度场
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置换通风的污染物浓度场
• 置换通风中，污染物浓度高的部位在上方 。
68
置换通风的空气年龄场
31
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
• 在通风量一定、室内初始浓度为C1的时候
，求C2与通风时间的关系：
G M G C 2 C1 exp C 0 1 exp V G V
62
CFD的特点
CFD能够解决实验研究与理论分析难以解决的问题。 • 实验研究往往需要投入大量的人力物力，需要开发精密的 测量仪器。即使如此，实验存在着误差大、可重复性差的 固有缺陷； • 理论分析力求从理论上给出问题的解析解，但对于描述为 非线性偏微分方程的复杂的流动现象，理论分析所需的数 学工具尚不成熟。 • CFD的所有条件都由数值形式给出，可以严格控制并任意 改变边界、初值以及其他条件，不像实验条件经常受到外 部波动的干扰；CFD通过适当的离散手段可以较方便地求 解流体力学偏微分方程组，从而可以捕捉到复杂的流动现 象。因此，CFD克服了上述两者的困难。
12
（三）风压作用下的自然通风
风洞模型实验
14
风洞模型实验
15
高层建筑风压分布测定例
16
（四）风压和热压的联合作用
Pb Pxb K b
2 w
2
w Pxa hg ( w n ) K b
w
2 w
2
w
Pa Pxa K a
2 w
2
w
Kb Pxb b
＝
＝
• 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开 口内外的压差。 • 风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分 布的不同形成开口处的压差。
6
（一）热压作用下的自然通风（p185）
Pb Pb Pb Pa n gh Pa w gh Pa Pa gh w n Pa gh w n
质量守衡——连续性方程
能量守衡——能量方程 动量守衡—— 动量方程
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简化与假设：
（1）室内污染物均匀分布； （2）通风量是稳定的； （3）污染物发生量是常数； （4）大气中污染物是常数； （5）忽略渗入的污染物和管道产生污染物的 可能性； （6）忽略污染物在管道内和室内的沉降。
28
全面混合式通风的基本微分方程式 （稀释污染物所确定的方程）
49
室内通风的气流组织基本形式
置式通风风 换式通 全面通风 混合式通风 均匀式通风
机械通风
个性化送风 局部通风 局部排风 (工 业 通 风 ）
50
（一）与舒适相关的部分参数
• 不均匀系数：反映气流温度场和速度场的 不均匀程度。
t
均方根偏差
ti t
t
kt (t i t )2 n t
夏季打开 夏季工况 夏季关闭
43
效果图
44
45
重力循环空调在剧院舞台中的应用
46
第六章 通风与气流组织
第三节 气流分布性能的评价
47
气流分布与IAQ
• 向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？ 室内空气更新的快慢如何？室内污染物被 转移出去的迅速程度又如何？
48
气流分布的研究方法
• 半经验公式法 • 示踪气体实验法 • 数值求解法
2
通风的分类
• 根据驱动力划分（自然通风 、机械式通风） • 根据对象空间数目划分（单 室通风、多室通风） • 根据室内气流形式划分（置 换式通风、混合式通风） • 根据室内通风口位置划分（ 单侧通风、穿堂风）
自然通风的定义和特性
• 定义：利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而 进行的通风换气方式。 • 分类：1）渗风；2）通过门窗的通风；3）通过特定通风口的 通风；4) 被动式通风系统；
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站姿人员产生的上升气流
上部区 界面
下部区
分层高度
空气湖
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置换通风系统的设置条件
• 污染源与热源应共存 • 室内冷负荷不应过大（如以120W/m2为界 ） • 房间高度不能过低（如以2.4m为界）
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置换通风的温度梯度
°C
⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿ ⊿
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置换通风与冷却顶板系统
冷水管道 传热肋片
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室内通风的气流组织基本形式
置式通风风 换式通 全面通风 混合式通风 均匀式通风
机械通风
个性化送风 局部通风 局部排风 (工 业 通 风 ）
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混合式通风
将空气从工作区外射入房间，射流卷吸一定 量的室内空气，让回流区在工作区附近。
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置换式通风
对流气流 热源
空气湖
• 置换式通风通常指的是利用下送上回的送风方式实现通风 的一种新气流组织形式，它是将新鲜空气直接送入工作区 ，并在地板上形成一层较薄的空气湖。空气湖是由较凉的 新鲜空气扩散而成，因室内的热源（人员及设备）产生向 上的对流气流，新鲜空气随其向房间上部流动而形成室内 23 空气运动的主导气流。