建筑环境学之通风与气流组织组织设计概述
气流组织设计
四、气流组织的设计计算气流组织设计的任务是合理地组织室内空气的流动与分布、确定送风口的型式、数量和尺寸，使工作区的风速和温差满足工艺要求及人体舒适感的要求。
气流组织的效果可以用空气分布特性指标ADPI （Air Diffusion Performance Index ）来评价，它定义为工作区内各点满足温度、湿度和风速要求的点占总点数的百分比。
可以通过实测来确定。
以下介绍几种气流组织的设计方法。
气流组织设计一般需要的已知条件如下：房间总送风量0L (m 3／S)；房间长度L (m)；房间宽度W (m)；房间净高H (m)；送风温度0t (℃)；房间工作区温度n t (℃)；送风温差0t ∆(℃)。
气流组织设计计算中常用的符号说明如下:ρ——空气密度，取1.2 (kg/m 3)；p C ——空气定压比热容，取1.01 kJ ／(kg ·℃)；0L ——房间总送风量(m 3／S)；L ——房间长度(m)；W ——房间宽度(m)；H ——房间净高(m)；x ——要求的气流贴附长度(m)，x 等于沿送风方向的房间长度减去1 m ；0t ——送风温度(℃)；n t ——房间工作区温度(℃)；0/d F n ——射流自由度，其中n F 为每个风口所管辖的房间的横截面面积(m 2)；0d ——风口直径，当为矩形风口时，按面积折算成圆的直径(m)。
（一）侧送风的计算除了高大空间中的侧送风气流可以看做自由射流外，大部分房间的侧送风气流都是受限射流。
侧送方式的气流流型宜设计为贴附射流，在整个房间截面内形成一个大的回旋气流，也就是使射流有足够的射程能够送到对面墙(对双侧送风方式，要求能送到房间的一半)，整个工作区为回流区，避免射流中途进人的工作区。
侧送贴附射流流型如图6-10所示 (图中断面I-I 处，射流断面和流量都达到了最大，回流断面最小，此处的回流平均速度最大即工作区的最大平均速h υ)。
这样设计流型可使射流有足够的射程，在进人工作前其风速和温差可以充分衰减，工作区达到较均匀的温度和速度；使整个工作区为回流区，可以减小区域温差。
6第六章 通风与气流组织
第六章通风与气流组织在本书的第三、四和五章中已经分别介绍了热湿环境和室内空气品质，而合理的气流组织是实现室内热湿环境和保证空气品质的最终环节。
通风空调系统通过送风口（机械通风）或建筑的开口（自然通风）将满足要求的空气送入建筑中，形成合理的气流组织，从而实现所需要的热湿环境和空气品质。
一般来说，狭义的气流组织指的是上（下、侧、中）送上（下、侧、中）回或置换送风、个性化送风等具体的送回风形式，也称气流组织形式；而广义的室内气流组织，是指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)。
其中，送风口的形式包括风口（送风口、回风口、排风口）的位置、形状、尺寸，送风参数包括送风的风量、风速的大小和方向以及风温、湿度、污染物浓度等。
本章所讨论的内容即为这种广义的气流组织。
本章将着重介绍气流组织与室内空气环境的关系，包括常见的气流组织形式、气流组织的描述方法和评价指标、气流组织的测量与计算方法以及典型的气流组织示例等。
第一节通风（空调）的目的与方法1.1 通风（空调）的目的所谓通风，是指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。
空调和通风有类似的作用，没有严格的区分，但是一般来说，空调还要考虑到控制房间的热环境，因此送风要经过较为复杂的处理过程，空调对效果的要求也更为严格。
建筑内部的空调通风条件是决定生活在建筑内部的人们健康、舒适的重要因素。
通风（或空调）的目的主要有以下几个方面：一、保证排除室内污染物。
室内空气污染物的来源多种多样。
有从室外带入的污染物：工业燃烧和汽车尾气排放的NO2、SO2、臭氧等；有室内产生的污染物：室内装饰材料散发的挥发性有机化合物、人体新陈代谢产生的CO2、家用电器产生的臭氧，以及厨房油烟等其它污染物。
室内污染物源可以散发到空间各处，在室内形成一定的污染物分布。
大量的污染物在空间存在，会对人体健康存在不利影响，而对房间进行通风则可以带走室内的污染物。
通风与空气调节安装工程施工组织设计概述
云南XXXXXX地建设开展工程生物技术及应用实训楼D-3、D-5工程通风与空调安装工程施工组织设计审批：编制单位：编制日期：20016年4月5日施工组织设计目录总述第一章：编制依据第二章：工程概况第三章：施工目标及现场组织机构第四章：施工部署第五章：施工准备第六章：施工方案6．1施工进度方案6．2劳动力方案6．3机具使用方案6．4主要施工材料方案第七章：施工方案第八章：安装工程应本卷须知第九章：材料采购内控措施第十章：工程质量保证措施第十一章：平安生产、文明施工组织措施通风空调系统安装、调试施工组织设计总述通风系统工程是现代化工业与民用建筑不可缺少的局部，在国民经济中占有重要的地位。
安装质量是一个很重要的方面。
我公司不仅依托优良产品的优势，更有从事空调工程安装丰富经验的技术人员、管理人员和施工人员。
为了提高系统施工管理水平，科学地安排施工程序，在保证质量的根底上，缩短工期，加快工程进度，特编制此方案。
明确施工任务的目标及主要施工技术方法和相应的保证措施，并以最正确的施工班子，精心组织、科学管理采取有效的技术措施，进一步完善落实质量保证体系。
我们对该项工程建设单位明确承诺，以优良的工程质量，最科学的施工方法，高效率按期竣工，做好文明施工，环境保护，全面完成此项工程任务。
第一章：编制依据1.1国家及地方现行有关图集、标准、标准第二章：工程概况2.1工程概况：XXXXXXXXX工程。
框架结构，地上五层。
该工程消防排烟系统及普通排风系统。
工程质量必须符合国家质量检验评价标准。
2.1.1工程名称：XXXXXX工程第三章：施工目标及现场组织机构响应建设单位提出的工期要求及结合实际情况，保证在约定工期内安装、调试完备。
如因甲方施工工作面不到位按实际发生时间顺延。
空调末端附件待装修完工后一周内完工。
3.1.2质量目标：精心施工，争创精品工程，工程施工质量到达国家验收优良标准。
3.1.3施工平安目标：〔1〕施工过程中伤亡、重伤事故为零。
第4章地下建筑通风方式、气流组织和通风系统
• 4. 对于地下铁道、医院、商店、越江隧道等气流 组织, 应根据工程的特点和不同要求来确定。但人 员密集的场所, 要保证均匀的温湿度和风速, 并应 满足所需的新鲜空气量。对消除有害气体为主的 地下工程, 应根据有害气体的特点, 有效的及时的 排除有害气体, 不使污染其它地区。
第4章地下建筑通风方式、气流组 织和通风系统
系统式局部排风系统示意图
第4章地下建筑通风方式、气流组 织和通风系统
1—工艺设备 2—局部排风 3—排风柜； 4—风道； 5—风机； 6—排风帽； 7—排风处理装
置
局部送风系统示意图
第4章地下建筑通风方式、气流组 织和通风系统
全面通风
• 全面通风是对整个空间进行通风换气的 一种通风方式。它一方面用清洁空气稀 释室内空气中的有害物浓度、同时不断 把污染空气排至室外, 使室内空气中的有 害物浓度不超过卫生标准规定的最高容 许浓度。全面通风又可分为全面排风、 全面送风、全面送排风三种。
• 机械送风可以根据洞室内工艺生产要求, 对洞室外 空气进行处理, 然后均匀地将新鲜空气送到洞室内 工作区域, 再通过地下建筑的另一端集中排风(可 利用施工竖井或专门设置的自然排风道), 使地下 建筑处于正压状态。
• 缺点使洞室内有害物不能及时地就地排出, 会造成 洞室尾部的空气卫生条件较差。对于产生有害物 较多的地下建筑不宜采用这种方式。
第4章地下建筑通风方式、气流组 织和通风系统
• 1. 地下冷加工车间的气流组织, 是在保持工作区 有比较均匀的温度、湿度的前提下, 控制气流速度 在规定的数值范围内, 以满足洞室内纵向温差, 以 及使洞室内保持正压的要求。
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
第六章_通风与气流组织第一--三节
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
第六章通风与气流组织
△Pxa =△Pxo-h1g（w-n） = -h1g（w-n） Pa
△Pxb =△Pxo+h2g（w-n） = h2g（w-n） Pa 不难理解，对于中和面
从式中可以看出， △P是自然通风的直接推动力！
第一节 通风（空调）的目的与方法
二、自然通风
2.热压作用下的自然通风 窗孔a和b，两者高差为h，窗 外空气的静压力分别为Pa、Pb， 窗内为Pa/、Pb/，室内外空气温 度及密度分别为tn、ρ n和tw、ρ w。 设tn>tw，则ρ n<ρ w。 先开启下a，关闭b，由于空气 先由流动到静止，最后使得 △ Pa=0 ， 此 时 据 流 体 静 力 学 原 理窗孔ｂ内外压差为：
1.不均匀系数
算术平均值为：
t
ti
n
i
n
均方根偏差为： t
2P
式中： 为1 门窗的流量系数，μ值大小与门窗的 构造有关，其值一般小于1。
第一节 通风（空调）的目的与方法
二、自然通风
1.自然通风的作用原理 通过门窗的空气量为：
L F F
2P
m3 / s
G L F 2P kg / s
式中：F---窗孔的面积，m2；L---空气体积换气量，m3/s； G---空气质量换气量，kg/s
空气离开房间时空气龄 r
也称作“换气时间” 置换室内全部现存
空气的时间
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室内污染物产生对换气量的要求
人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数 为指标确定换气量
消除烟臭的要求根据吸烟量确定 污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测，
通风量的确定仍然是需要研究的问题。
28
一. 通风量、气流分布与室内环境
空气离开房间时空气龄 r
也称作“换气时间” 置换室内全部现存
空气的时间
进口 r p rl
进口
τp 点P
τr
τr1
出口
出口
35
三. 送风有效性的描述参数
几处典型的空气龄
房间平均空气龄
等于房间各点空气龄的体平均
p
piVi
V
典型流型的空气龄
e
Ce
P
活塞流： r= e= n
P
p ＝ e /2 = n /2
26
一. 通风量、气流分布与室内环境
新风通风换气量
常用民用建筑新风量范围 以坐为主、少吸烟、久逗留场所
活动 强度
静坐 极轻 轻 中等 重
CO2 发生量 （m3/h.人）
0.0144 0.0173 0.023 0.041 0.0748
不同 CO2 允许浓度下必须的新风量（m3/h.人）
0.1%
0.15%
30
一. 通风量、气流分布与室内环境
室内空气环境的描述参数
如果室内空气均匀混合或者是理想活塞流，就可以 用集总的参数对房间的通风效果进行总体评价
实际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
均匀混合流：到处空气龄都一样
p ＝ e
非完全混合流：
入口空气年龄最年轻，出口年龄最老——如果没有滞留区 的话
36
三. 送风有效性的描述参数
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？
“理想活塞流” 的换气效率最高，房间的平均空
气龄最小
p理想
n
2
e
2
换气效率的定义
[(
i out
i in
)hi
g ]1 / 1.5
小中和面
12
13
风压作用下 的自然通风
风压作用下的自然通风
往往采用CFD或 风洞模型实验的方法 求取K值。
风压系数
Pf
Pf
K
2 w
2
w
14
风洞模型实验
15
风压和热压的联合作用下的 自然通风
ห้องสมุดไป่ตู้
Pb
Pxb
K
b
2 w
2
w
Pxa
hg(w
n
)
K
b
2 w
2
描述污染物排除有效性的参数，主要反映污染物到达考察 区域的程度以及到达该区域所需要的时间，如：污染物含 量和排空时间 、排污效率与余热排除效率 、污染物年龄 、 污染源可及性
与热舒适关系密切的有关参数，如：不均匀系数 、空气扩 散性能指标(ADPI)
31
二. 理想稀释与置换时的描述参数
全面通风的基本微分方程式 （均匀混合时的稀释方程）
累计分布函数
0 f ( ) d F ( )
P
则某点的平均空气龄为
p
f ( )d
0
[1 F ( )]d
0
P
34
三. 送风有效性的描述参数
与空气龄相关的两个参数
残余时间(Residual lifetime)
空气从当前位置到离开房间的时间 rl
驻留时间(Residence time )
传统的气流组织评价指标，如空气龄和换气效率， 均反映的是稳态情况
需要反映送风在任意时刻到达室内各点的能力，考 虑有限时间内送风的有效性
定义
在流场不变的条件下，假设送风口的空气含有浓度为Cs的 指示剂气体，房间内部无源，则该送风口在历时T后对空间
位置i的可及性为
送风到达 i 点的百分比
T
ASAi (T )
M (
多个风口经过足够长时间后，在空间各点的 可及性和为1
42
四. 污染物排除有效性的描述参数
1. 排污效率：涉及污染源的位置
排污效率
充分混合流 ＝1 活塞流
平均排污效率
Ce Cs
C Cs
均匀污染源 ＝2 如果污染源在出口呢？
局部排污效率
p
Ce Cp
Cs Cs
污染源在入口呢？
通风换气量的评价指标
换气次数 ACH (次/h)
反映了房间通风量的大小
n Q V
通风量(m3/h) 房间的容积(m3)
空间的名义时间常数(s)
换气次数的倒数，用于评价空间稀释情况的好坏
n
3600 V Q
3600 n
29
一. 通风量、气流分布与室内环境
气流分布与室内环境的关系
气流组织包含的内容
9
热压通风
Pb (Pa ) Pb Pa gh( w n )
b
w
n h
a
10
热压通风的基本概念
b
余压
h2
o
中和面
o
h1
a
11
多层建筑的热压引起 的自然通风
余压
Lia
(total )
Fdi
[
(
i out
(1
i )H l 1
m1.5 )
i
g
]1 / 1.5
H h
大中和面
Lia
Fdi
hi Zi
保证室内热湿环境和保证空气品质
2
本章内容
室内空气环境营造方法 室内空气环境的评价指标 主要评价指标的测量方法
3
室内空气环境营 造方法
4
室内空气环境的基本要求
满足室内人员对新鲜空气的需求
保证主观感受的满意度
保证室内人员的热舒适
保证温湿度、风速要求
保证室内污染物不超标
各种污染物需要被稀释和移除
8
自然通风
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
优点：可控制性强
可通过调整通风设备控制风量 可通过调整风口、风量等控制室内气流分布
局限性：成本高
需要消耗能源 初投资和运行费都比较高 需要维护管理 设备需要占据空间，并可能带来噪声
18
机械通风气流组织形式
混合通风：稀释法
追求均匀的室内环境 混合后的空气可能已被污染
置换通风：置换法
保证人员呼吸区的环境要求 下送风，新鲜气流先送入工作区
通风量与 IAQ的关系
25
一. 通风量、气流分布与室内环境
通风量与 IAQ的关系
美国(欧洲)对学校，办公室的最新研究表明 新风量与SBS之间有着一定的关系，当新风量 小于36 m3/h人时，SBS 问题变得显著。
关于人体代谢污染的问题，第一印象 (First Impres sion) 使 80%的人能够满意的最小新 风量是 27 m3/h人，对于已适应了室内环境的 90%的人能够满足的最小新风量只需 9 m3/h 人。
5
室内空气环境营造的方法
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
6
通风是最基本的方法
功能
对污染物与热污染进行移除
通风的方式
自然通风 机械通风
质平衡式： QCS d + Md - QC d =VdC
d
dC
V QCs M QC
dC QCs M QC
d
V
在通风量Q一定、室内初始浓度为C1的时候，求C2与 通风时间的关系：
C2
C1
exp Q
V
M Q
Cs
1
exp
Q
V
稳定状态的关系式：
C2
M Q
Cs
或
M Q
C2 Cs
Q, Cs C
C
M
V
32
二. 理想稀释与置换时的描述参数
活塞流动时的室内参数
特征
房间的温度、湿度和污染物浓度在经过源之前 等于送风参数
经过源之后等于均匀混合后的参数，污染源仅 影响下游浓度
描述参数
换气次数
n Q 3600 v Vl
名义时间常数
断面流速 流道总长度
n
3600 V Q
l v
第六章
通风与气流组织
清华大学 建筑学院 建筑技术科学系
1
气流组织对室内环境质量的意义
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
气流组织的重要性：
w
w
Kb
Pxb
b
tw w
Pa
Pxa
Ka
2 w
2
w
a Ka
h
tn n Pxa
16
常见的自然通风的形式
中庭通风