散流器平送氣流組織計(jì)算方法的優(yōu)化

單 濱 林艷艷

(1.中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223； 2.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430071)

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散流器平送氣流組織計(jì)算方法的優(yōu)化

單 濱1林艷艷2

(1.中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223； 2.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430071)

介紹了氣流組織的基本要求，結(jié)合設(shè)計(jì)手冊(cè)中推薦的散流器送風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，提出了優(yōu)化的散流器平送氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并通過(guò)實(shí)例證明，優(yōu)化后的方法避免了現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法需要查表的不便。

散流器，氣流組織，計(jì)算方法

散流器送風(fēng)是公共建筑舒適性空調(diào)經(jīng)常采用的送風(fēng)方式之一。關(guān)于散流器平送氣流組織的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)手冊(cè)[1]和專(zhuān)業(yè)書(shū)籍[2]中均有介紹，國(guó)標(biāo)圖集[3]中也提供了散流器的性能參數(shù)供設(shè)計(jì)選用。在分析了設(shè)計(jì)手冊(cè)和專(zhuān)業(yè)書(shū)籍的計(jì)算方法之后，提出了一種優(yōu)化的計(jì)算方法，便于設(shè)計(jì)人員快速設(shè)計(jì)選型。

1 氣流組織的基本要求

空調(diào)區(qū)的氣流組織設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)空調(diào)區(qū)的溫濕度參數(shù)、允許風(fēng)速、噪聲標(biāo)準(zhǔn)、空氣質(zhì)量、溫度梯度以及空氣分布特性指標(biāo)等要求，結(jié)合內(nèi)部裝修、工藝或家具布置等確定[4]。在散流器送風(fēng)氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，空調(diào)區(qū)風(fēng)速及散流器送風(fēng)速度是兩項(xiàng)重要的控制指標(biāo)。

1.1 對(duì)空調(diào)區(qū)室內(nèi)風(fēng)速的要求

對(duì)于舒適性空調(diào)人員長(zhǎng)期逗留區(qū)域，在熱舒適等級(jí)為Ⅱ級(jí)的情況下，冬季空氣調(diào)節(jié)區(qū)室內(nèi)平均風(fēng)速vpj≤0.2 m/s，夏季空氣調(diào)節(jié)區(qū)室內(nèi)平均風(fēng)速vpj≤0.3 m/s。

1.2 對(duì)滿(mǎn)足噪聲標(biāo)準(zhǔn)的送風(fēng)速度要求

對(duì)于不同的建筑物，為了保證室內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量，散流器頸部最大送風(fēng)速度尚應(yīng)滿(mǎn)足表1要求[1]。

表1 散流器頸部最大送風(fēng)速度 m/s

2 設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的散流器送風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的散流器送風(fēng)氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算方法是目前設(shè)計(jì)人員常用的計(jì)算方法之一。其采用的主要計(jì)算公式及計(jì)算流程如下文所述。

2.1 散流器送風(fēng)的基本公式

P. J. Jackman 對(duì)圓形多層錐面型散流器和盤(pán)式散流器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將單個(gè)散流器設(shè)置于房間的平頂中央(與平頂齊平)，氣流水平吹出，不受阻擋。房間呈方形或者接近方形。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出散流器射流衰減方程式[1]。

(1)

其中，vx為距散流器中心水平距離為x處的最大風(fēng)速，m/s;vs為散流器的送風(fēng)速度，m/s;K為送風(fēng)口常數(shù)，多層錐面散流器取1.4，平盤(pán)式散流器取1.1；F為散流器的有效面積，m2；x為以散流器中心為起點(diǎn)的射流水平距離，m;x0為平送射流原點(diǎn)與散流器中心的距離，多層錐面散流器取0.07 m。

因送風(fēng)速度滿(mǎn)足以下關(guān)系式：

(2)

其中，Ls為散流器送風(fēng)量，m3/s。

式(1)可改寫(xiě)為:

(3)

室內(nèi)平均風(fēng)速與房間尺寸和氣流射程有關(guān)，并按下式計(jì)算:

(4)

其中，vpj為室內(nèi)平均風(fēng)速，m/s;n為射程比，即射程距離與房間(或分區(qū))長(zhǎng)度1/2的比值，按照式(5)進(jìn)行計(jì)算;A為空調(diào)房間(或分區(qū))的長(zhǎng)度，m;H為空調(diào)房間(或分區(qū))的高度，m。

(5)

2.2 設(shè)計(jì)手冊(cè)中推薦的氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算步驟

1)根據(jù)房間(或分區(qū))的尺寸布置散流器，計(jì)算單個(gè)散流器送風(fēng)量Ls。

2)假定射程比n=0.375(即射程為散流器中心到墻面或分區(qū)線(xiàn)距離的75%)，按照式(4)計(jì)算室內(nèi)平均風(fēng)速vpj，或按照文獻(xiàn)[1]提供的計(jì)算表查取。分別根據(jù)送冷風(fēng)和送熱風(fēng)的情況，對(duì)vpj進(jìn)行修正并校核vpj是否滿(mǎn)足要求。

3)根據(jù)散流器送風(fēng)量Ls，在文獻(xiàn)[1]提供的計(jì)算表中查取送風(fēng)速度vs、有效面積F及散流器的直徑。

4)進(jìn)行其他參數(shù)的驗(yàn)算，例如根據(jù)建筑物允許噪聲標(biāo)準(zhǔn)，按照表1進(jìn)行送風(fēng)速度驗(yàn)算。

5)按照計(jì)算所得的散流器直徑，查取產(chǎn)品樣本選取散流器的型號(hào)，并校核其射程。

3 氣流組織計(jì)算方法的優(yōu)化

設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的計(jì)算方法在使用時(shí)需要查取表格，使用起來(lái)不是太方便。故對(duì)其計(jì)算方法進(jìn)行了一些改進(jìn)，盡量避免查表帶來(lái)的不便。

3.1 計(jì)算公式的改進(jìn)

考慮到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，散流器的頸部風(fēng)速是一項(xiàng)重要控制指標(biāo)，并且設(shè)計(jì)樣本參數(shù)中往往提供的是喉部面積和喉部風(fēng)速，利用散流器有效面積系數(shù)的概念，對(duì)式(1),式(3)進(jìn)行了變換。另外考慮到后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行風(fēng)道系統(tǒng)水力計(jì)算的要求，增加了散流器的壓力損失計(jì)算公式。

因?yàn)?

(6)

其中，a為散流器面積有效系數(shù)，按照樣本選取或近似取為0.9[2]；F0為散流器的頸部面積，m2。

故有:

(7)

其中，v0為散流器的頸部風(fēng)速，m/s。

式(1)，式(3)分別改寫(xiě)為：

(8)

(9)

散流器的全壓損失、靜壓損失分別按式(10)，式(11)計(jì)算:

(10)

其中，ΔP為散流器的全壓損失，Pa；ζ為以喉部風(fēng)速計(jì)算的散流器的局部阻力系數(shù)，對(duì)圓形多層錐面散流器可取3；ρ為空氣密度，可近似取為1.2 kg/m3。

(11)

其中，ΔPj為散流器的靜壓損失，Pa。

3.2 優(yōu)化的氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算步驟

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]定義，射程x即散流器中心至射流末端速度為0.5 m/s時(shí)的距離，故計(jì)算中vx取0.5 m/s。在設(shè)計(jì)中射程一般按照散流器中心至墻面(或分區(qū)邊線(xiàn))距離的0.75倍～1.0倍計(jì)算，即n=0.375～0.5?；谝陨蟽牲c(diǎn)，優(yōu)化的氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：

1)根據(jù)房間(或分區(qū))的尺寸布置散流器，計(jì)算單個(gè)散流器的送風(fēng)量Ls。

2)分別假定n=0.375及n=0.5，按照式(4)計(jì)算室內(nèi)平均風(fēng)速vpj。需要注意對(duì)于散流器平送氣流組織，室內(nèi)平均風(fēng)速vpj是按照等溫射流條件計(jì)算得到的。送冷風(fēng)時(shí)，vpj應(yīng)取計(jì)算值的1.2倍；送熱風(fēng)時(shí)，vpj應(yīng)取計(jì)算值的0.8倍。故對(duì)于舒適性空調(diào)人員長(zhǎng)期逗留區(qū)域，在熱舒適等級(jí)為Ⅱ級(jí)的情況下，計(jì)算得到的vpj≤0.25 m/s即可認(rèn)為符合要求。否則應(yīng)重新劃分區(qū)域，重新進(jìn)行散流器的布置。

3)根據(jù)單個(gè)散流器的送風(fēng)量Ls，分別得到n=0.375及n=0.5時(shí)的散流器喉部面積F0計(jì)算值和散流器喉部直徑D0計(jì)算值。

散流器喉部面積F0通過(guò)由式(9)導(dǎo)出的式(12)計(jì)算，散流器喉部直徑D0由式(13)計(jì)算：

(12)

(13)

其中，D0為散流器的頸部直徑，m。

4)由步驟3)計(jì)算分別得到n=0.375及n=0.5時(shí)散流器喉部直徑D0的兩個(gè)計(jì)算值，取介于兩個(gè)計(jì)算值之間的散流器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格型號(hào)，根據(jù)式(14)計(jì)算實(shí)際散流器喉部面積F0，根據(jù)式(7)計(jì)算實(shí)際散流器喉部風(fēng)速v0并根據(jù)表1進(jìn)行允許噪聲校核，根據(jù)式(15)，式(5)分別計(jì)算實(shí)際散流器送風(fēng)射程x及n，根據(jù)式(4)計(jì)算實(shí)際的室內(nèi)平均風(fēng)速vpj并進(jìn)行冷熱工況修正。

(14)

(15)

5)根據(jù)式(10)，式(11)分別計(jì)算散流器的全壓損失和靜壓損失。

3.3 計(jì)算實(shí)例及結(jié)果驗(yàn)證

現(xiàn)以文獻(xiàn)[1]中提供的例題為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并驗(yàn)證優(yōu)化計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

例題：一間辦公室內(nèi)區(qū)擬采用圓形散流器送風(fēng)，建筑尺寸為長(zhǎng)×寬×高=24 m×20 m×4 m。根據(jù)房間負(fù)荷及送風(fēng)溫差計(jì)算，房間總送風(fēng)量為3.336 m3/s。

設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程如下：

步驟1)：將該房間長(zhǎng)度方向分為4等分，每等分6 m；寬度方向分為3等分，每等分6.7 m。共劃分為12個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)長(zhǎng)×寬=6.7 m×6 m。每個(gè)分區(qū)內(nèi)布置一個(gè)圓形散流器，每個(gè)散流器的送風(fēng)量為0.278 m3/s。

步驟2)，3)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，步驟4)，5)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。根據(jù)表3的結(jié)果，可選擇喉部直徑為300 mm的散流器，與文獻(xiàn)[1]給出的計(jì)算結(jié)果基本一致。

表2 優(yōu)化計(jì)算方法步驟2)，3)各項(xiàng)計(jì)算值

表3 優(yōu)化計(jì)算方法步驟4)，5)各項(xiàng)計(jì)算值

但是需要注意，經(jīng)過(guò)計(jì)算和對(duì)比，通過(guò)式(9)計(jì)算所得的氣流射程相比文獻(xiàn)[3]提供的氣流射程數(shù)值上偏大10%～20%(數(shù)據(jù)計(jì)算及對(duì)比過(guò)程本文中不再贅述)。故建議當(dāng)按照文獻(xiàn)[3]提供的參數(shù)設(shè)計(jì)選用散流器時(shí)，宜將根據(jù)式(9)計(jì)算所得的射程乘以0.8～0.9的修正系數(shù)選用。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的計(jì)算方法基礎(chǔ)上，優(yōu)化了散流器平送氣流組織設(shè)計(jì)計(jì)算方法，應(yīng)用優(yōu)化計(jì)算方法可以較為快速的完成設(shè)計(jì)計(jì)算，避免了現(xiàn)有計(jì)算方法需要查表的不便。當(dāng)利用優(yōu)化計(jì)算方法通過(guò)Excel表格或類(lèi)似軟件在計(jì)算機(jī)上計(jì)算時(shí)，使用更為方便。

2)經(jīng)過(guò)對(duì)比驗(yàn)證，優(yōu)化計(jì)算方法與設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的計(jì)算方法選型結(jié)果基本一致。

3)通過(guò)優(yōu)化計(jì)算方法得到的射程計(jì)算值比國(guó)標(biāo)圖集中提供的散流器射程參數(shù)偏大10%～20%，建議實(shí)際射程可取計(jì)算值的0.8倍～0.9倍。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：1911-1956.

[2] 馬最良，姚 楊.民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：186-188.

[3] 中國(guó)航天建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán)).10K121風(fēng)口選用與安裝[Z].2010.

[4] GB 50376—2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JG/T 14—2010,通風(fēng)空調(diào)風(fēng)口[S].

Optimization of the calculation method of the air distribution with air diffusers

Shan Bin1Lin Yanyan2

(1.SouthChinaMetallurgicalEngineeringTechnologyCo.,Ltd,Wuhan430223,China；2.Central-SouthArchitecturalDesignInstitute,Wuhan430071,China)

The paper introduces basic air distribution demands. Combining with air diffuser blowing design calculation methods introduced in the design manual, it puts forward design calculation methods of optimizing air diffuser blowing distribution. Through practical examples, it proves that: the optimized method avoids inconvenience of current design method.

air diffuser, air distribution, calculation method

1009-6825(2016)31-0127-03

2016-08-24

單 濱(1986- )，男，碩士，工程師； 林艷艷(1986- )，女，碩士，工程師

TU834.31

A