利用射流原理的新型室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)

(石家莊二中實(shí)驗(yàn)學(xué)校 河北 石家莊 051430)

一、節(jié)能型新風(fēng)系統(tǒng)安裝的必要性

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，居民在室內(nèi)的時(shí)間越來越長，特別是城市居民每天平均約有90%以上的時(shí)間在室內(nèi)生活和工作[1-2]。建筑室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量不僅僅對居民的身體健康和舒適性有影響，更顯著的影響著室內(nèi)工作人員的工作效率，所以建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量越來越受到人們的重視。

為了提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。新風(fēng)系統(tǒng)是指將室外空氣經(jīng)過過濾后得到新鮮空氣，并送到室內(nèi)，同一時(shí)間把室內(nèi)污濁空氣排到室外，在達(dá)到系統(tǒng)的平衡的同時(shí)也對房間進(jìn)行了空氣的置換，使一個(gè)密閉的空間實(shí)現(xiàn)科學(xué)的空氣對流，就等于給你的房間增加了一個(gè)呼吸系統(tǒng)[3]。

目前幾乎全部的新風(fēng)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣之間的交換，克服運(yùn)行管道中的阻力，必須安裝一臺(tái)或兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，在長期運(yùn)行過程中，勢必會(huì)產(chǎn)生較大的能源消耗。為了減少新風(fēng)系統(tǒng)的能源消耗，本文設(shè)計(jì)了一種利用射流原理的室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)。

二、射流原理

射流器是一種應(yīng)用射流原理來抽吸氣體，加工制造的一種沒有運(yùn)動(dòng)部件的裝置，它通過工作流體射流對另一氣體進(jìn)行抽吸，它主要由噴嘴、吸入室、喉管和擴(kuò)壓管等部分組成。具體的工作原理是：當(dāng)具有一定壓力和速度的工作流體通過噴嘴，工作流體的壓力勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，從噴嘴出口高速噴出，根據(jù)伯努利方程，當(dāng)壓力勢能轉(zhuǎn)化動(dòng)能后，在噴嘴出口區(qū)域形成真空，從而將被抽介質(zhì)吸引出來，二股介質(zhì)在擴(kuò)壓管內(nèi)進(jìn)行混合及能量交換，最后以高于大氣壓力而排出[4]。

三、新型新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)前面介紹的射流器的工作原理，結(jié)合現(xiàn)有的新風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種結(jié)合射流器的新風(fēng)系統(tǒng)，其原理示意圖如圖1所示。

圖1 新風(fēng)系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)主要包括：射流器，全顯熱回收器，室內(nèi)空氣凈化裝置和管道等部件。

主要工作步驟：外界空氣通過安裝在室外的射流器的喇叭口狀的集氣器，被收集的空氣通過射流器的噴嘴，空氣速度增加，壓力降低，從而在射流器的噴嘴出口處，即吸入室內(nèi)形成低壓；室內(nèi)被污染的空氣在室內(nèi)與吸入室處的壓力差的作用下，被抽吸到射流器的吸入室內(nèi)，與外界來流混合，經(jīng)射流器的擴(kuò)壓段流出；室內(nèi)被污染的空氣經(jīng)射流器抽吸走后，引起室內(nèi)空氣產(chǎn)生負(fù)壓，室外的空氣在室內(nèi)外空氣壓差的作用下，通過進(jìn)風(fēng)管路安裝在室外的空氣收集器，經(jīng)可拆卸濾網(wǎng)過濾后送入室內(nèi)，流經(jīng)室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域，滿足人員活動(dòng)需要。

可拆卸濾網(wǎng)從室外到室內(nèi)主要包括粗效空氣過濾器、中效空氣過濾器、高效空氣過濾器、活性炭濾網(wǎng)等，以實(shí)現(xiàn)對空氣的逐級(jí)過濾。

全顯熱收集器主要作用是回收能量，節(jié)約資源。通過采用全顯熱回收器，使室內(nèi)被抽走的空氣與室外送入的空氣進(jìn)行能量交換：冬季時(shí)，室外空氣吸收室內(nèi)空氣的熱量；夏季時(shí)，室外空氣吸收室內(nèi)空氣的冷量，已達(dá)到節(jié)能減排的作用。

射流器的喇叭口狀的集氣器和進(jìn)風(fēng)管路安裝在室外的空氣收集器的外側(cè)都安裝有可調(diào)節(jié)開度大小的百葉窗，用于調(diào)整射流器的抽吸力的大小和進(jìn)入室內(nèi)空氣量的多少。當(dāng)室外風(fēng)速較大或室內(nèi)空氣質(zhì)量較好時(shí)，同時(shí)調(diào)小兩個(gè)百葉窗開度，以降低射流器的抽吸作用和增大進(jìn)氣管道的阻力，以減少室內(nèi)外空氣的換氣量，從而減少室內(nèi)空氣能量(包括熱量和冷量)的損失；當(dāng)室外風(fēng)速較小或室內(nèi)空氣質(zhì)量較差時(shí)，同時(shí)開大百葉窗開度的大小，起到增加室內(nèi)外空氣換氣量的作用，以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量得到較快的改善。

在主送風(fēng)管道上可安裝一個(gè)小型送風(fēng)機(jī)，在外界風(fēng)速較小抽吸力不足或需要快速改善空氣質(zhì)量時(shí)，可將改送風(fēng)機(jī)打開，以提高清潔空氣的送入量，達(dá)到快速改善空氣質(zhì)量的作用。

采用本文設(shè)計(jì)的利用射流器的室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，加工制造、安裝簡便，能夠很好的改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，滿足人民生活需要；

(2)整個(gè)系統(tǒng)幾乎沒有運(yùn)動(dòng)部件，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損，極大的減少了檢修和維護(hù)工作和費(fèi)用；

(3)幾乎沒有能源消耗，只要室外有自然風(fēng)，就可以實(shí)現(xiàn)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的；

(4)全顯熱收集器的使用，降低了因新風(fēng)系統(tǒng)安裝帶來的室內(nèi)能量(熱量和冷量)的損失，減少了維持室內(nèi)溫度所消耗的能源；

(5)整個(gè)裝置送風(fēng)量可調(diào)，并且室內(nèi)空氣流速較為緩和，室內(nèi)氣體流速不會(huì)太大，從而使人感覺比較舒適；

(6)非常適合在有雨、雪、風(fēng)沙和霧霾天氣不適合開窗換氣時(shí)使用。

四、全顯熱收集器優(yōu)化

全顯熱收集器的使用收集了被吸出濁氣的能量(熱量和冷量)，已達(dá)到節(jié)能的效果，但是能否節(jié)能要結(jié)合實(shí)際條件分析。

全顯熱收集器一方面收集能量，另一方面它作為新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部的阻力模塊，會(huì)增加系統(tǒng)的能量消耗。如果阻力過大，外界新鮮空氣將無法通過管道進(jìn)入室內(nèi)，需要在主送風(fēng)管道上安裝備用風(fēng)機(jī)。因此全顯熱收集器安裝與否需要根據(jù)全顯熱收集器的吸熱量Qx與備用風(fēng)機(jī)耗能量Qh大小之間的關(guān)系來決定。

當(dāng)Qx>Qh時(shí)，可安裝全顯熱收集器

當(dāng)Qx<=Qh時(shí)，不安裝全顯熱收集器

為了解決以上問題，可以在換熱器外部的送引風(fēng)管道上安裝旁路，此時(shí)熱交換器的管路連接圖如圖2所示。通過實(shí)時(shí)計(jì)算吸熱量與耗能量之間的大小關(guān)系，決定是否使送引風(fēng)通過全顯熱換熱器。

在新風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)管路和回風(fēng)管路上分別安裝送風(fēng)旁路和回風(fēng)旁路，起到隔離熱交換器的作用。在送風(fēng)旁路、送風(fēng)管路、回風(fēng)管路和回風(fēng)旁路上分別安裝有電動(dòng)閥門，在熱交換器送風(fēng)和回風(fēng)管路的進(jìn)出口位置分別安裝有4個(gè)壓力溫度流量測點(diǎn)，起到監(jiān)測送風(fēng)和回風(fēng)進(jìn)出熱交換器前后溫度、壓力和流量的作用。

壓力溫度和流量測點(diǎn)監(jiān)測到送風(fēng)進(jìn)出熱交換器前后的溫度(℃)、壓力(Pa)和流量(m3/s)分別為T1、P1、Q1和T2、P2、Q2，回風(fēng)進(jìn)出熱交換器前后的溫度和壓力分別為T4、P4、Q4和T3、P3、Q3，其中Q1=Q2，Q3=Q4。

圖2 新設(shè)計(jì)熱收集器結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得到熱換熱器的換熱量X(w)和送風(fēng)管道上熱交換器的阻力損失Y(w)。

X=cpQ1(T2-T1)=cpQ3(T4-T3)

Y=(P1-P2)Q1

實(shí)時(shí)計(jì)算X和Y的大小，通過對比比較，當(dāng)X>Y時(shí)，使用熱交換器，關(guān)閉送風(fēng)旁路和回風(fēng)旁路上的閥門，打開送風(fēng)和回風(fēng)管路上的閥門；當(dāng)X

五、結(jié)論

根據(jù)射流原理，設(shè)計(jì)了一種利用射流器的室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)，起到了改善室內(nèi)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量的目的，同時(shí)盡量減少了能源的消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

本文設(shè)計(jì)的一種利用射流器的室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合了射流器節(jié)能、無旋轉(zhuǎn)部件、易于維護(hù)等特點(diǎn)，利用環(huán)境中的自然風(fēng)的動(dòng)能，在幾乎無能源消耗的前提下，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)濁氣的排出，將室外經(jīng)處理后的新鮮空氣送入室內(nèi)，為人們提供清潔宜居的生活工作環(huán)境。對全熱交換器進(jìn)行了初步優(yōu)化設(shè)計(jì)，安裝了旁路系統(tǒng)和數(shù)據(jù)測點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對全顯熱交換器的運(yùn)行方式實(shí)時(shí)優(yōu)化，始終使新風(fēng)系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行方式，減少了能源消耗。