第五章空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

第五章空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

速度場的形成——經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)處理的空氣，經(jīng)送風(fēng)口進入空調(diào)房間，與室內(nèi)空氣進行熱質(zhì)交換后，由回風(fēng)口排出，必然引起室內(nèi)空氣的流動，形成某種形式的氣流流型和流速場。速度場是溫度場、濕度場、濃度場存在的基礎(chǔ)和前提。

氣流組織設(shè)計的任務(wù)---合理的組織室內(nèi)空氣的流動,使室內(nèi)工作區(qū)空氣的溫度、濕度、速度和潔凈度能更好地滿足工藝要求和人們的舒適感覺?？照{(diào)房間氣流組織是否合理，不僅影響房間的空調(diào)效果,也影響空調(diào)系統(tǒng)的能耗量。

第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五影響氣流組織的因素——主要有送風(fēng)口的空氣射流及其參數(shù)（送風(fēng)溫差、送風(fēng)口速度）、送風(fēng)口的位置及型式、回風(fēng)口的位置、房間幾何形狀、室內(nèi)的各種擾動等。

第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)送風(fēng)射流的流動規(guī)律1．射流的形成及其分類

形成——空氣從一定形狀和大小的噴口出流，可形成層流射流（雷諾數(shù)很小時），紊流射流（通常屬于這種情況）。

自由射流——空氣從直徑為d0的噴口以U0的速度，射入到房間體積比射流體積大得多的空間介質(zhì)中并在其內(nèi)擴散，在不受周界表面限制的條件下形成的射流即為。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五自由射流示意圖d0極點起始段主體段x2θν0νx第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五等溫自由射流:射流溫度與房間溫度相同時，即為。第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五非等溫自由射流——當(dāng)射流出口溫度與房間溫度不同時，即為。送風(fēng)溫度低于室內(nèi)溫度者為“冷射流”，高于室內(nèi)溫度者為“熱射流”。第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五受限射流——在射流運動過程中，由于受壁面、頂棚以及空間的限制，射流邊界的擴展受到影響。貼附射流：貼附于頂棚的射流。非貼附射流：空調(diào)房間四周的圍護結(jié)構(gòu)對射流擴散構(gòu)成的限制。第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2．空氣射流特性1）假定條件——射流從孔口或噴管射出時，在出口斷面上的速度分布可認為一致。

2）自由射流的特性

卷吸作用：空氣從孔口或噴管射出后，由于紊流的橫向脈動，會碰撞靠近射流邊界原來靜止的空氣，并且?guī)铀鼈円黄鹣蚯斑\動。射流這種“帶動”靜止空氣的作用即為。

射流范圍不斷擴大：由于射流的卷吸作用，射流邊界與周圍介質(zhì)之間的紊流動量交換，周圍空氣不斷被卷入，射流不斷擴大。

第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五射流流量不斷增加：由于射流的卷吸作用，周圍空氣不斷被卷進射流范圍內(nèi)，因此射流的流量沿射程不斷增加。

射流核心不斷縮?。?/p>

射流的不斷擴大，射流斷面的速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減并沿射程不斷變化。保持射流初速度的中心區(qū)為射流核心,也稱起始段（比較短）；射流核心消失以后的段為主體段（工程中重點研究）

射流各斷面速度分布的相似性：射流斷面越大，速度分布越扁平，各斷面的速度分布都不相同，但它們的無因次速度（ux/ux0）分布曲線一樣。射流中的壓強與周圍靜止空氣的壓強相等。射流各斷面上的總動量相等。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3）自由射流主體段的速度場和溫度場分布

軸心速度的衰減規(guī)律

非等溫自由射流溫度場分布

△Tx/△To=0.73ux/u0

第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五阿基米德數(shù)Ar判斷射流的變形：對于非等溫射流，由于射流與周圍介質(zhì)的密度不同，在浮力和重力不平衡的條件下，水平射出的射流軸將發(fā)生彎曲。

Ar>0，熱射流，向上彎曲；

Ar=0，等溫射流，不彎曲；

Ar<0，冷射流，向下彎曲。

第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五4）受限射流的風(fēng)速衰減

貼附射流可以看成一個具有兩倍出口面積Fo出口射流的一半，其速度衰減式為：貼附射流軸心速度的衰減比自由射流慢，因此達到同樣軸心速度的衰減程度需要更長的距離。

第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五5）平行射流的疊加

兩個相同的射流平行地在同一高度射出，當(dāng)兩射流邊界相交后，則產(chǎn)生互相疊加，形成重合流動。

匯合前，每股射流獨立發(fā)展；

匯合后，總射流的軸心速度逐漸增大，直至最大，然后再逐漸衰減直至趨于零。

第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)排（回）風(fēng)口的氣流流動

1.排（回）風(fēng)口的吸入流動特性

在排（回）風(fēng)口的附近為負壓，周圍空氣自由流向風(fēng)口，近似于流體力學(xué)中的匯流。

匯流的規(guī)律——在距匯點不同距離的各等速面球面上流量相等。即有，在匯流作用范圍內(nèi)，隨著離開匯點距離的增大，任意兩點間的流速與距匯點的距離平方第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2.排（回）風(fēng)口速度衰減快的特點，決定了排（回）風(fēng)口的作用范圍很小。所以排（回）風(fēng)口對房間的氣流組織影響比較小。ux/u0=1/[9.55(x/d0)+0.75]在研究空間的氣流分布時，主要考慮送風(fēng)口的作用，同時考慮回風(fēng)口的合理位置。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3.吸入流動與射流的比較

射流吸入流動射流作用區(qū)呈錐形吸入流動作用區(qū)為球形（卷吸作用）各個球面的流量不變射流沿前進方向流量等于吸風(fēng)口的流量不斷增加空氣速度與離開吸風(fēng)口的射流軸線速度基本距離成平方反比與射程成反比

第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五對于匯流的匯點，假定流動沒有阻力損失，吸風(fēng)口的作用面是球面；

對于實際的排（回）風(fēng)口，風(fēng)口總是有一定的大小，空氣流動也是有阻力的，故吸風(fēng)區(qū)內(nèi)空氣流動的等速面是橢球面。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)空氣分布器及房間氣流分布形式1．空氣分布器的型式

空氣分布器簡稱送風(fēng)口。

送風(fēng)口型式及其紊流系數(shù)a的大小，對射流的發(fā)展及流型的形成都有直接的影響。

幾種常用的送風(fēng)口型式：

側(cè)送（下送）風(fēng)口:第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五散流器:

第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)空氣分布器及房間氣流分布形式1．空氣分布器的型式

空氣分布器簡稱送風(fēng)口。

送風(fēng)口型式及其紊流系數(shù)a的大小，對射流的發(fā)展及流型的形成都有直接的影響。

幾種常用的送風(fēng)口型式：

側(cè)送（下送）風(fēng)口:

噴射式送口:第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五旋流送風(fēng)口:第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五其它形式的送風(fēng)口:第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2．排（回）風(fēng)口由于排（回）風(fēng)口的匯流場對房間氣流組織的影響比較小，所以它的形式也比較簡單。雖然回風(fēng)口的形式可以簡單，但要求應(yīng)有調(diào)節(jié)風(fēng)量的裝置。

回風(fēng)口的形狀和位置根據(jù)氣流組織的要求而定，若設(shè)在房間下部時，風(fēng)口的下緣離地面離地面至少0.15m。第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3．空間氣流分布的形式按照送、風(fēng)口布置位置和型式的不同，可以有各種各樣的氣流組織形式。大致可歸納為五種形式：第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五5.3空調(diào)房間氣流組織按照送、回風(fēng)口布置位置和型式的不同，可以有各種各樣的氣流組織形式。大致可以歸納為以下五種：

側(cè)送側(cè)回上送下回

中送上下回

下送上回

上送上回

第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五1.側(cè)送側(cè)回

側(cè)送風(fēng)口布置在房間的側(cè)墻上部，空氣橫向送出，氣流基本吹到對面墻上后轉(zhuǎn)折下落，以較低速度流過工作區(qū)，再由布置在側(cè)墻下部的回風(fēng)口排出。根據(jù)房間跨度大小，可以布置成單側(cè)送、單側(cè)回，和雙側(cè)送、雙側(cè)回。特點①速度場和溫度場都趨于均勻和穩(wěn)定，因此能保證工作區(qū)氣流速度和溫度的均勻性。

②工作區(qū)處于回流區(qū)，故而排風(fēng)溫度等于室內(nèi)工作區(qū)溫度。

③由于側(cè)送側(cè)回的射流射程比較長，射流來得及充分衰減，故可加大送風(fēng)溫差。

第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2.上送下回

孔板送風(fēng)和散流器送風(fēng)是常見的上送下回形式。

孔板送風(fēng)和密布散流器送風(fēng)，可以形成平行流流型，渦流少，斷面速度場均勻的氣流

。對于溫濕度要求精度高的房間，特別是潔凈度要求很高的房間，是理想的氣流組織型式。

特點這種形式的排風(fēng)溫度也接近室內(nèi)工作區(qū)平均溫度。Ps第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3.中送下、上回

對了高大房間來說，送風(fēng)量往往很大，房間上部和下部的溫差也比較大，采用中部送風(fēng)，下部和上部同時排風(fēng)，形成兩個氣流區(qū)，保證下部工作區(qū)達到空調(diào)設(shè)計要求，而上部氣流區(qū)負擔(dān)排走非空調(diào)區(qū)的余熱量。顯然下部氣流區(qū)的氣流組織就是側(cè)送側(cè)回。

第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五4.下送上回

適用場合對于室內(nèi)余熱量大，特別是熱源又靠近頂棚的場合，采用這種氣流組織形式是非常合適的。

特點由于下送上回時的排風(fēng)溫度大于工作區(qū)溫度，故而室內(nèi)平均溫度較高，經(jīng)濟性好。但是，下部送風(fēng)溫差不能太大?？刹捎眯魉惋L(fēng)口。

為此第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五5.上送上回

這種氣流組織形式是將送風(fēng)口和回風(fēng)口疊在一起，布置在房間上部。

適用場合對于那些因各種原因不能在房間下部布置風(fēng)口的場合是相當(dāng)合適的。注意防止氣流短路現(xiàn)象的發(fā)生。

第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)房間氣流分布的計算1．氣流分布計算的任務(wù)選擇氣流分布的形式，確定送風(fēng)口的型式、數(shù)量和尺寸，使工作區(qū)的風(fēng)速和溫差滿足設(shè)計要求。

2．工作區(qū)設(shè)計參數(shù)的確定

工作區(qū)的溫度、濕度、潔凈度要求——根據(jù)舒適性空調(diào)或工藝性空調(diào)的參數(shù)確定；

第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五工作區(qū)的流速uN——舒適性空調(diào)：室內(nèi)冬季uN≦0.2m/s，

室內(nèi)夏季uN≦0.3m/s，

工藝性空調(diào)：宜采用uN=0.2-0.5m/s，送風(fēng)口的出流速度u0——考慮到噪聲的影響，一般u0=2-5m/s。排（回）風(fēng)口的風(fēng)速u——一般u≦4m/s。工業(yè)建筑允許u>4m/s,離人較近時u<3m/s,居住建筑內(nèi)u=2m/s,第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3.氣流分布的計算空氣分布方式及計算條件:

第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)氣流分布性能的評價1．評價氣流組織的性能指標應(yīng)包括技術(shù)指標和經(jīng)濟指標。

1）技術(shù)指標

不均勻系數(shù)k：通過測得空調(diào)區(qū)域內(nèi)各點的速度和溫度，評價該區(qū)域內(nèi)速度場和溫度場的均勻性，進而評價區(qū)域氣流分布的均勻性。

空氣分布特性指標ADPI

ADPI=(-1.7<ΔET<1.1的測點數(shù)/總測點數(shù))X100%

第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五通常用室內(nèi)空氣或工作區(qū)某點空氣被更新的有效性作為氣流分布的評價指標。

對整個房間的空氣壽命測定通常在排風(fēng)（回風(fēng)）口處。換氣效率ε為可能最短的空氣壽命與平均空氣壽命之比。

第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2）經(jīng)濟指標

能量利用系數(shù)η：消除室內(nèi)某種有害物質(zhì)是以投入能量為代價的。η=(tp-t0)/(tn-t0)

通常，送風(fēng)量是根據(jù)排風(fēng)溫度=工作區(qū)設(shè)計溫度計算的。但是，實際上房間內(nèi)的溫度并不處處均勻相等，因此排風(fēng)口設(shè)置的位置不同，排風(fēng)溫度就會不同，由此投入能量系數(shù)也會不一樣。第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)η<1,有tp<tn，表明投入的能量沒有得到完全利用，可能流路短路造成，經(jīng)濟性差；

當(dāng)η=1,有tp=tn，表明送風(fēng)