氣流組織

所謂氣流組織，就是在是空調房間內合理地布置送風口和迴風口，使得經過淨化和熱濕處理的空氣，由送風口送入室內後，在擴散與混合的過程中，均勻地消除室內餘熱和余濕，從而使工作區形成比較均勻而穩定的溫度、濕度、氣流速度和潔淨度，以滿足生產工藝和人體舒適的要求。

基本介紹

• 中文名：氣流組織
• 外文名：Airflow organization
• 泛指：任何運動著的空氣流
• 原理：空氣對物體的作用力
• 學科：氣象學

定義

氣流組織是指對氣流流向和均勻度按一定要求進行組織。同時由迴風口抽走空調區內空氣，將大部分迴風返回到空氣處理機組（AHU），少部分排至室外。

關係

通風過程與氣流組織的關係

研究背景

在給定條件下，氣流組織形式確定之後，通風空間的氣流流場也就隨之確定，那么通風過程也就確定。因此，所有流體元素自進入通風空間到離開，所經歷的時間（即駐留時間）均值即為定數。但是，每一種流體元素在室內的駐留時間是隨機變數，若以τ表示，則τ=0～∞，駐留時間的分布函式F（τ）可以表示成：

氣流組織圖

（1） 當採用示蹤氣體法來測量通風過程時，由於示蹤氣體（如CO₂）在通風氣流中的濃度具有線性累加特性，因此，可以直接採用排風管內的濃度Ce(τ)/Ce(∞)來表示駐留時間的分布函式，即 F（τ）= Ce(τ)/Ce(∞)。

（2） 上式在Ce(τ)和Ce(∞)分別為排風管內時刻τ和時刻∞的濃度。

（3） 研究表明，在給定條件下，值大小完全由氣流組織所確定，如果流場中的回流和渦流比較多，那么值比較大，通風過程就比較慢。反之，值比較小，通風過程就比較快。當流場中的回流和渦流趨近於零時，流場成為完全單向流，此時值最小，通風過程最快。所以，駐留時間均值是度量通風過程的良好尺度。

通風效果與通風過程的關係

我們利用通風過程方程式來描述通風過程，假設通風空間體積V，有害物質發生量，通風量L及通風時間τ，根據質量守恆，得到通風過程方程式：（1）式中M（τ）為室內時刻τ的有害物累積量。當τ=∞時，通風過程達到平衡狀態，則可解出室內平均濃度；（2）式中TV=V/L，稱為通風過程額定時間常數。由於室內平均濃度是評價通風效果的主要指標，所以式（2）正好表明了通風效果與通風過程的相關關係。可以看出愈小，通風過程愈快，通風效果愈好。

通風效率

不難看出，通風效果取決於通風過程，而通風過程又完全由氣流組織所確定。因此，為了考慮氣流組織對通風效果的影響，引出通風效率的概念。眾所周知，當室內氣流為完全單向流時，流場中無回流和渦流，所以駐流時間均值最小，而且沿流動方向的濃度呈線性增加，在排風管內達到最大值。通風效率是表示某一氣流組織與單向流的接近程度。 以上分析表明，對於以排除有害物質為主要目的的室內通風，為了提高通風效率，氣流組織型式應儘量接近單向流，如採用局部單向流通風、矢流送風以及吹吸式通風等。但必須指出，這些通風效率比較高的氣流組織型式，必須有性能良好的末端裝置與之相配合。

數值模擬

氣流組織形式對室內空氣環境影響的數值模擬

不同的氣流組織方式會形成不同的速度場、溫度場、相對濕度、潔淨度或有害物濃度場，直接影響通風空調系統的效果與經濟性。對置換通風與其它通風方式的全面比較研究較少。研究套用計算流體力學方法，以辦公室內的實際情況，進行不同氣流組織方案下的通風效果模擬。

圖 1 物理模型 ( D)

物理模型及簡化假設

本文研究辦公室內四種氣流組織的物理模型：混合通風空調系統模型A(上送上回式)；混合通風空調系統模型B(側送側回式，迴風口在牆上部)；混合通風空調系統模型C(側送側回式，迴風口在牆下部)；置換通風空調系統模型D(表1)。氣流組織形式D見圖1(其餘三種模型只是風口尺寸與位置有差別)。辦公室及其設備模型取自典型的Sebric置換通風測試算例。

表 1 四種氣流組織形式的風口尺寸與位置

為簡化模型並減少計算量，必須對實際的室內氣流做一些假設：a.連續性的介質；b.定常的流場，實際情況中，氣流經各送風口以均勻的速度送入室內，一段時間後，送風空氣與室內空氣充分混合，室內整個流場處於穩定狀態，此時房間的流場可視為定常流(沒有外部氣流的干擾)；c.空氣視為不可壓縮；d.牆壁、天花板和地板的假設。房間類型為辦公室，各物理模型根據實際情況取不同的邊界條件。為簡化影響因素，選擇位於四面及樓上樓下均有相鄰房間的建築物內區，因此不考慮圍護結構的傳熱。

室內溫度場與速度場分析

（1）對於散流器送風的形式 A，氣流由方形散流器垂直射入室內，受浮升力及射流不斷卷吸周圍空氣的影響，射流速度逐漸減小，受到地面的阻礙後轉向兩側流動。由於牆壁和室內障礙物的阻礙及熱源的影響，氣流在室內會形成多個回流區。在送風口下方的氣流速度比周圍的大得多，使室內人員有明顯的吹風感，影響其舒適度。

（2）對於形式 B，氣流水平射入，受重力作用呈拋物線流動，但又受浮升力作用，速度逐漸減小，一部分氣流遇到障礙物後向近壁面(右牆 )流去，另一部分“拋物”氣流遇地面改變方向，向左壁面流去，碰到壁面開始爬升，使左下部出現回流現象。一部分氣流水平射入後，受到出口的卷吸作用直接流出房間，即短流現象，使送入的新鮮空氣部分流失而造成能源損失。通觀房間對稱面全場，氣流速度差別過大，舒適度也不高。

（3）對於形式C，與B相比，由於迴風口的位置布置在對面牆壁的下方，送入的新鮮空氣不會直接流出房間。送風氣流與室內空氣混合更好，使室內的溫度場和速度場分布更均勻，但兩者氣流分布的情況差別不大。

（4）對於形式 D，室內氣流以類似層流的活塞流狀態緩慢向上移動，溫度由下至上逐漸升高，呈明顯層狀分布。由於新風的溫度低於室內溫度，相對密度較高，進入房間後先向下流動，停留在室內地板上，形成一個“新風湖”。當氣流到達一定高度遇到障礙物和熱源(如人體、計算機)時，新風受熱上升，降低發熱物體的表面溫度，帶走熱量。人體及計算機等熱源周圍特別是頂部區域，隨高度增加溫度明顯上升，形成“熱羽”區域，正是以“熱羽”形式的上升氣流，將周圍熱空氣卷吸其中，逐漸上升並最終通過迴風口排出房間，在工作區域內形成典型的“置換”流動。

研究結論

置換通風方式在污染物的排除及熱舒適等方面優於其它氣流組織形式。混合通風的不同氣流組織形式，通風效率與熱舒適效果存在差異。選擇適宜的氣流組織形式具有十分重要的意義。