噴射滲透式纖維空氣分布系統(tǒng)的建筑送風(fēng)實(shí)驗(yàn)研究

劉剛寇野王杏

（1中建三局三公司 陜西西安 710032 2西安大明宮先鋒置業(yè)有限責(zé)任公司 陜西西安 710032）

隨著科技不斷進(jìn)步，人們對(duì)建筑內(nèi)部環(huán)境的要求開始朝著更舒適、更健康的方向發(fā)展。由于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)管道積灰及運(yùn)行管理等方面的問(wèn)題[1,2]，不能有效地保證室內(nèi)良好的空氣品質(zhì)（IAQ）的要求，甚至引發(fā)病態(tài)建筑綜合癥（SBS:Sick Building Syndrome）和建筑相關(guān)疾?。˙RI:Building Related Illness）。在此背景之下,一個(gè)更加方便清潔的新型送風(fēng)系統(tǒng)—纖維空氣分布系統(tǒng)就越來(lái)越受到大家的重視。纖維空氣分布系統(tǒng)（Fabric Air Dispersion System，簡(jiǎn)稱FADS）是一種由特殊聚酯纖維制成的集空氣傳輸和散布于一體的空調(diào)末端裝置。系統(tǒng)主要的送風(fēng)形式有純滲透、條縫、條縫滲透以及噴射、噴射滲透等。系統(tǒng)一般安裝在空調(diào)房間的頂部，通過(guò)整個(gè)管壁的纖維縫隙和經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的小孔出風(fēng)，如圖1所示。

圖1 纖維空氣分布系統(tǒng)送風(fēng)及安裝示意圖

國(guó)外對(duì)于該系統(tǒng)的研究成果主要來(lái)自產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)技術(shù)人員的科學(xué)研究，其中 k.Gebke[3]在技術(shù)研究報(bào)告中簡(jiǎn)述了此系統(tǒng)最近的發(fā)展?fàn)顩r。在各類型的纖維送風(fēng)系統(tǒng)中，噴射滲透式送風(fēng)系統(tǒng)采用的較為普遍。此類型的系統(tǒng)送風(fēng)分為兩個(gè)部分，一部分由纖維風(fēng)管的纖維縫隙滲透出風(fēng)，另一部分由開設(shè)的噴孔射流送風(fēng)至空調(diào)空間。纖維風(fēng)管的孔隙率是影響兩部分風(fēng)量分配的主要因素，不同材料滲透出風(fēng)和射流出風(fēng)的風(fēng)量比例不同。由于滲透送風(fēng)和射流送風(fēng)動(dòng)力均來(lái)自管道內(nèi)的壓力，并且射流速度初始速度也受管道內(nèi)壓力影響，為滿足送風(fēng)距離，設(shè)計(jì)中往往對(duì)射流速度有一定要求，那么勢(shì)必會(huì)影響到射流和滲透的兩部分的風(fēng)量分配。本研究通過(guò)全尺寸實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法，分析了滲透噴射式纖維空氣分布系統(tǒng)送風(fēng)滲透風(fēng)量和射流風(fēng)量?jī)刹糠诛L(fēng)量的比例的關(guān)系，以及由于射流速度變化引起的風(fēng)量分配比例的變化規(guī)律，為系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

1.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)所用房間的大小尺寸為7.0 m×4.0 m×3.14 m（長(zhǎng)×寬×高），實(shí)驗(yàn)用風(fēng)管是某公司生產(chǎn)的滲透射流型纖維風(fēng)管，布置在房間頂部中央，風(fēng)管長(zhǎng)3.5m，直徑0.3m，小孔直徑0.008m，均勻排列，小孔之間的距離是 0.1m；開孔方向分別為 4、5、6、7、8點(diǎn)方向，如圖2所示。送風(fēng)由離心風(fēng)機(jī)提供，額定送風(fēng)量為1500 m3/h，為了避免影響室內(nèi)流場(chǎng)，進(jìn)風(fēng)來(lái)自室外空氣，送風(fēng)風(fēng)量由節(jié)流閥控制。排風(fēng)口設(shè)置在右側(cè)墻中心處，風(fēng)口為正方形風(fēng)口，為距地面2.55m，大小尺寸為：0.5×0.5 m2。

圖2 全尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖：(a)正視圖，(b)側(cè)視圖

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及精度

速度測(cè)試選用SWA31風(fēng)速探頭配合Swema多點(diǎn)測(cè)試采集系統(tǒng)，最多可控制16個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，速度場(chǎng)的多點(diǎn)實(shí)時(shí)無(wú)擾動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)的速度測(cè)試，采樣頻率設(shè)置為2Hz，采樣周期設(shè)置為180s，以消除湍流射流脈動(dòng)性對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。測(cè)量時(shí)所用SWA31風(fēng)速探頭剛經(jīng)過(guò)廠家標(biāo)定，測(cè)速范圍：0.1-30.0m/s，測(cè)溫范圍：-20-80°C。用于送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量測(cè)試的SWA31探頭在本文速度測(cè)試范圍內(nèi)（6-15m/s）最高誤差為0.1m/s，全尺寸實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖3所示。

圖3 全尺寸測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

1.3 測(cè)點(diǎn)設(shè)置

測(cè)試沿風(fēng)管圓弧方向選取了五排測(cè)點(diǎn)，分別為4、5、6、7、8點(diǎn)方向，沿風(fēng)口長(zhǎng)度方向選取了18個(gè)測(cè)點(diǎn)，且各測(cè)點(diǎn)均勻布置，間距為200mm。在速度測(cè)試部分，測(cè)試速度進(jìn)行處理，采用公式（1）計(jì)算平均速度：

滲透與射流風(fēng)量比例的測(cè)試的小孔出風(fēng)風(fēng)速設(shè)定為為6.5m/s-14m/s，速度每次增加1m/s，每調(diào)節(jié)一次出風(fēng)速度，測(cè)量一次系統(tǒng)的總送風(fēng)量，測(cè)試開孔間距見圖4。

圖4 射流初始速度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2 實(shí)驗(yàn)工況及結(jié)果

表1 不同開孔面積不同射流風(fēng)速下系統(tǒng)送風(fēng)量Q（m3/h）

3 數(shù)據(jù)分析

當(dāng)射流速度增大時(shí)，送風(fēng)量增大，當(dāng)射流出口面積（開孔面積）增大時(shí)，送風(fēng)量增大。根據(jù)公式可以計(jì)算出射流出風(fēng)量，以出口風(fēng)速為橫坐標(biāo)，以射流出風(fēng)量與總送風(fēng)量的比值為縱坐標(biāo)作圖如下：

圖5 不同開孔面積比下射流占風(fēng)量百分比與射流速度變化關(guān)系圖

如圖5所示，射流出口面積（開孔面積）與風(fēng)管表面積比影響射流出風(fēng)量所占總風(fēng)量比例，射流出風(fēng)面積（開孔面積）越大，射流所占的總送風(fēng)量的百分比越高，射流出口面積（開孔面積）與風(fēng)管表面積的比值增加8%，射流所占的總送風(fēng)量的百分比越高增加大約10%。當(dāng)射流出口面積（開孔面積）與風(fēng)管表面積比一定時(shí)，射流速度增大時(shí)，射流出風(fēng)量所占總送風(fēng)量的比值逐漸減小，即射流出量減少；射流速度由6.4m/s增大到15m/s時(shí)，射流風(fēng)量占總送風(fēng)量的比降低幅度為10%左右。

4 結(jié)語(yǔ)

射流滲透式纖維空氣分布系統(tǒng)的送風(fēng)一部分由纖維縫隙通過(guò)滲透的方式進(jìn)入送風(fēng)空間，另一部分通過(guò)開設(shè)的小孔通過(guò)射流的方式進(jìn)入送風(fēng)空間。兩部分風(fēng)量的比值受到風(fēng)管材料本身的材料特性和管道內(nèi)的壓力的影響，還受到小孔開設(shè)的大小和數(shù)量的影響。當(dāng)小孔出風(fēng)速度一定時(shí)，開孔的總面積越大，射流部分所占的比例越大；開孔面積一定時(shí)，射流出風(fēng)速度越高，射流出風(fēng)量所占比例越小，變化規(guī)律不受開孔面積的變化影響。

[1]李建興,張美元.空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)方式對(duì)熱舒適性的影響.中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷,2005,10:77-80.

[2]姚壽廣,馬哲樹,陳寧等.室內(nèi)空氣品質(zhì)研究現(xiàn)狀及發(fā)展評(píng)述.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,16(3):21-27.

[3]K.Gebke, N. Paschke, BUILDING CODES＆COMPLIANCE,A Summary of Air Dispersion Systems (Fabric),technical research report of DuctSox Corp. 2011, DSWPBC1111A.