置換通風(fēng)三節(jié)點法建模ppt

1、目錄1.置換通風(fēng)的原理2.置換通風(fēng)方式的特性及優(yōu)缺點3.模型的建立4.中性高度的確定5.模型的驗證6.結(jié)論1. 置換通風(fēng)的原理置換通風(fēng)是將新鮮空氣直接送入工作區(qū)(溫度通常低于室內(nèi)工作區(qū)的溫度)，較涼的空氣由于密度大而下沉到地表面,并在地板上形成一層較薄的由新鮮空氣擴散所形成的空氣湖。室內(nèi)熱源產(chǎn)生向上的對流氣流，與較涼的新鮮空氣隨對流氣流向室內(nèi)上部流動，從而形成室內(nèi)空氣運動的主導(dǎo)氣流。排風(fēng)口設(shè)置在房間的頂部，將污染空氣排出。熱源引起的熱對流氣流使室內(nèi)產(chǎn)生垂直的溫度梯度。 置換通風(fēng)的特性1.室內(nèi)溫度和污染物濃度呈層狀分布. 根據(jù)羽流理論，室內(nèi)流場分為兩個區(qū)域： 下部區(qū)域為低溫單向流動區(qū)，污染物濃度

2、最低，空氣品質(zhì)好，存在垂直溫度梯度和濃度梯度；上部區(qū)域為紊流混合區(qū)，溫度高，污染物濃度高，但溫度場和濃度場較均勻，接近排風(fēng)；兩個區(qū)域間還存在一定高度、一定厚度的界面熱力分層高度（中性高度）。這一分層高度很重要.合理控制它才能保證置換通風(fēng)的空氣質(zhì)量，達到節(jié)能效果。置換通風(fēng)房間的熱力分層置換通風(fēng)房間的熱力分層 在置換通風(fēng)中，新鮮空氣qs以極低的流速從通風(fēng)器流出。通常送風(fēng)溫度低于設(shè)計舒適溫度4-6，避免冷氣流形成的不舒適。送風(fēng)的密度大于室內(nèi)空氣的密度。在重力作用下，送風(fēng)下沉到地面形成空氣湖?？諝夂械男迈r空氣受熱源上升氣流的卷吸作用、后續(xù)新風(fēng)的推動作用及排風(fēng)口的抽吸作用而緩慢上升,形成向上單向流動。

3、 因此在頂部形成一個熱濁空氣層。由連續(xù)性原理，在任一個標高平面上的上升氣流流量qp等于送風(fēng)量qs 與回返氣流流量qr之和。因此必將在某一個平面上煙羽流量qp 正好等于送風(fēng)量qs ,在該平面上回返空氣量為零。在穩(wěn)定狀態(tài)時，這個界面將室內(nèi)空氣在流態(tài)上分成兩個區(qū)域，即上部的紊流混合區(qū)和下部的單向流動清潔區(qū)。 只要保證分層高度(地面到界面的高度) 在人員工作區(qū)以上，就可以保證工作區(qū)優(yōu)良的空氣品質(zhì)。 置換通風(fēng)的熱力分層置換通風(fēng)的熱力分層2.室內(nèi)空氣的流速低，速度場平穩(wěn)，呈層流或低紊流狀態(tài).3.污染物在人停留區(qū)不擴散，而被上升的氣流直接帶到上部非人活動區(qū). 與稀釋通風(fēng)相比，置換通風(fēng)是以浮力控制為動力平推出

4、室內(nèi)污染物； 具有較高的空氣品質(zhì)和熱舒適性； 具有較高的通風(fēng)效率； 室內(nèi)有著截然不同的溫度場、速度場和濃度場。（該特點使混合通風(fēng)的研究方法和模型不能適用于置換通風(fēng)中）特性： 由于送風(fēng)溫度相對較高，造成對房間的供熱能力及冷卻能力不足僅25-35w/ ，而普通辦公建筑顯冷負荷一般超過50w/ 。為了克服這種局限，兩種置換通風(fēng)的變形被設(shè)計出來。1. 地板送風(fēng)系統(tǒng)（UFAD） 這種系統(tǒng)進風(fēng)是從地板下由旋流風(fēng)口送出，這種送風(fēng)口加大了空氣的摻混，所以允許比標準流速通風(fēng)更大的送風(fēng)溫差（10），以此來增加系統(tǒng)的制冷能力。 地板送風(fēng)置換通風(fēng)+輻射頂板CC/DV 在該系統(tǒng)中置換通風(fēng)消除潛熱負荷和一部分顯熱負荷，而

5、輻射頂板消除剩余的顯熱負荷（其中包括大部分顯熱負荷）。結(jié)合后的系統(tǒng)制冷能力能達到100w/ 本文著重介紹了本系統(tǒng)。1.模型的建立1.1現(xiàn)有相關(guān)實驗輻射頂板加置換通風(fēng)（CC/DV）系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)輻射頂板加置換通風(fēng)（CC/DV）系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)1.2 1.2 模型的假設(shè)模型的假設(shè)房間墻體是接近絕熱的。房間內(nèi)表面單位面積接受的熱源輻射得熱是相等的.3.建立模型1.首先確定輻射頂板對DV通風(fēng)中的熱力分層的影響。引入溫度和高度無量綱參數(shù) = TinToutTinTZtotalZZ *CC/DV與onlyDV的對比三節(jié)點模型Taf：接近地板處的平均溫度（大約為0.1米的高度）TOC:0.65米到0.9米高度代表

6、工作區(qū)平均溫度TMX:上部混合區(qū)平均溫度（等于排風(fēng)溫度）三節(jié)點模型參數(shù)：FGC:室內(nèi)總得熱中對流得熱所占的比例FMO:室內(nèi)對流得熱進入工作區(qū)的比例Qwu：上部混合層周圍墻體與空氣的對流換熱Qwl：下部工作區(qū)周圍墻體與空氣的對流換熱節(jié)點能量 平衡墻體內(nèi)表面能量守恒4.中性高度的確定4.1 onlyDV 中的中性高度（hNL)的確定根據(jù)中性高度處熱羽流流量等于送風(fēng)量的理論建立方程求解得到： 其中是熱膨脹系數(shù),是密度,這兩個參數(shù)是溫度相關(guān)參數(shù)，所以他們的值我們?nèi)≈暗膶嶒炂骄?=0.0034 = =1.14kg/ , ,忽略比熱容cp 的影響，卷吸系數(shù)前面實驗中給出=0.13。 得到： 其中 W-

7、給定熱源產(chǎn)生熱流353233410956hcWgFp上述情況是針對單熱羽流對于n個熱羽流，即n個熱源時： 該公式適用于n個完全相同且沒有交匯的情況，此時總羽流等于各個羽流流量之和。并且這個公式假設(shè)羽流是由點熱源對流熱為動力產(chǎn)生的。然而實際情況是的熱一部分來自于對流傳熱，還有一部分來自于熱輻射。 本文采用慣用做法50%來自對流50%來自輻射。一. 公式是在將熱源簡化為點熱源的基礎(chǔ)上推導(dǎo)得來。所以在這里我們需要給每一個熱源假定一個虛擬的點z,如右圖所示。有兩種方法給z點進行定位。1. 最小值方法 熱流傳遞角為25度，虛擬點設(shè)定在熱源特性尺寸距離底部的1/3處。2. 最大值方法 虛擬點設(shè)定在實物熱源

8、邊界高度上。本文采用最小值方法。 4.2 存在的問題二.熱流交匯問題 由于羽流的卷入作用，隨著高度的增加，流速會增加，但是如果兩股羽流交匯，由于交匯使得羽流邊界總周長的降低，削弱了卷入作用。那么相比交匯前流速的增加量會降低。 如果交匯發(fā)生在低于中性面高度的地方，那么中性面高度也會增加。 4.3 DV/CC的中性高度（hNL)的確定同理根據(jù)中性高度處熱羽流流量等于送風(fēng)量的理論建立方程求解得到： 其中是熱膨脹系數(shù),是密度,這兩個參數(shù)是溫度相關(guān)參數(shù)，所以他們的值我們?nèi)≈暗膶嶒炂骄?=0.0034 =1.2kg/ ,kg/ ,忽略比熱容cp 的影響， 卷吸系數(shù)前面實驗中給出=0.13。353233

9、410956hcWgFp得到： 其中 W-給定熱源產(chǎn)生熱流對于n個熱羽流（即n個熱源）時： 對該公式的分析有助于我們控制工作區(qū)域的環(huán)境，使我們工作的空間始終處于一種舒適的條件。 通過對比我們發(fā)現(xiàn)兩個系統(tǒng)的公式基本一致。4.4 驗證該計算公式是否仍然適用于CC/DV系統(tǒng)表三 計算中性高度與實驗測得的中性高度對比對比顯示：其中： 偏差 偏差率計算結(jié)果與實驗結(jié)果誤差小于10輻射板對置換通風(fēng)系統(tǒng)中性高度的影響可以忽略，該公式仍然適用。兩個高度:hNL與hMXhNL是根據(jù)羽流理論確定的，即理想的置換通風(fēng)下得到的，但由于工作區(qū)內(nèi)空氣與墻體之間有對流傳熱，并且節(jié)點模型節(jié)點的數(shù)量有限，也會影響曲線的光滑性。為

10、了使計算結(jié)果更加符合實驗值，我們提出將中性面高度提高一點到hMX。通過上述實驗結(jié)果對比分析我們推論出：3hhhhceilingmx5. 模型驗證通過實驗數(shù)據(jù)與模型預(yù)測數(shù)據(jù)的對比驗證模型的有效性。并且找出參數(shù)FMO的（進入工作區(qū)的對流得熱占室內(nèi)總得熱的比例）最優(yōu)值。評估參數(shù) 平均標準偏差 平均偏差 平均偏差率DV系統(tǒng)中的FMOFMO 作為模型中唯一能調(diào)整的參數(shù)，他的取值會影響到平均偏差的大小，所以驗證的過程中，我們因該先確定FMO 的最優(yōu)值。 右圖顯示了DV系統(tǒng)平均偏差率隨著FMO的取值的變化?？煽闯鯢MO =0.4的時候偏差最小。CC/DV系統(tǒng)中的FMO右圖顯示了CC/DV系統(tǒng)平均偏差率隨著F

11、MO的取值的變化?？煽闯鯢MO =0.2的時候偏差最小。參數(shù)FMO存在差異的原因：參數(shù)FMO代表進入工作區(qū)的對流得熱占室內(nèi)總得熱的比例，在CC/DV系統(tǒng)中FMO 減小說明輻射冷板降低了房間的平均表面溫度，使工作區(qū)周圍墻體的對流換熱程度減小，從而使進入工作區(qū)對流得熱量減少。整體偏差分析 右表顯示了三個節(jié)點處的溫度模擬值與實驗值的平均標準偏差、平均偏差、平均偏差率。結(jié)果顯示模擬值與實驗值極大相符，誤差基本可忽略，平均誤差低于5%。驗證驗證與現(xiàn)有模型的對比結(jié)果 現(xiàn)有模型中精確度最高的(Rees and Haves 27)與本文模型對比。結(jié)果如右圖和下文圖8所示，平均誤差基本相等，由于Rees and Haves 使用了更多的節(jié)點，所以在工作區(qū)域比本文模型稍微精確一點。在地板附近本文模型更加精確。兩個模型都利用總能量守恒計算了排氣溫度。通過對比我們更加確認本文模型的合理性。在基本相同精度的條件下我們的模型更加簡潔易行。圖8. 與現(xiàn)有模型對比模型的局限性不適合于通過墻體傳熱量很大的建筑。不適合室內(nèi)熱源比較密集的房間。6. 結(jié)論 將輻射頂板和置換通風(fēng)相結(jié)合對保持舒適送風(fēng)速率和加強制冷能力都很有幫助，但是該系統(tǒng)的設(shè)計和控制都比較復(fù)