典型高大空間建筑空調(diào)通風(fēng)

氣流組織設(shè)計常見氣流組織形式及評價豎壁貼附射流設(shè)計實例及其

節(jié)能效果冬季氣流組織問題及解決

路徑目錄CONTENTS11223301常見氣流組織形式及評價氣流組織示意圖建筑空調(diào)是能耗大戶，

在“雙

碳目標(biāo)”背景下，應(yīng)該增加對

氣流組織節(jié)能的要求，即滿足

相同的室內(nèi)環(huán)境需求下，盡量

降低末端能耗?？照{(diào)通風(fēng)氣流組織設(shè)計的

目的：使空調(diào)區(qū)內(nèi)形成均

勻穩(wěn)定的溫濕度、氣流速

度和潔凈度，滿足人體舒

適的需求。.》》

上部送風(fēng)混合通風(fēng)（全室空調(diào)）北京通州綠心地下商業(yè)（上送下側(cè)回）北京浦項中心（上送首層頂回）

氣流組織常用評價標(biāo)準(zhǔn)：熱舒適性（PMV、

PPD、不均勻

系數(shù)、ADPI

），空氣品質(zhì)或污染物控制（空氣齡、換氣效率、通風(fēng)效率），評價分層效果的指標(biāo)（能量利用系數(shù)）。缺少對末端輸送能耗的關(guān)注！

上部送風(fēng)混合通風(fēng)可以滿足人員區(qū)的舒適性要求，一般采用

CFD可以進行評價。

維持氣流組織所需的能耗包含建筑能耗和末端輸送能耗。全室空調(diào)是傳統(tǒng)的設(shè)計形式，由于負(fù)擔(dān)了整個空間的負(fù)荷，建筑能耗無折減。

末端輸送能耗（Pe

∝（

Q，p））體現(xiàn)在送風(fēng)量和克服阻力上，上部送風(fēng)溫度可取露點溫度，具有較大送風(fēng)溫差，風(fēng)量較小。但混合通風(fēng)需提供較大全壓，輸送能耗很大。.》》

上部送風(fēng)混合通風(fēng)（全室空調(diào)）泰安文化藝術(shù)中心（上送下部后側(cè)回）

觀眾區(qū)換氣效率0.57，上送上排0.5

適用高大空間，高度H≥10m，建筑物

體積V＞1萬m3，空調(diào)區(qū)域高度與建筑物

高度之比h/H≤1/2時，這種空調(diào)方式才

經(jīng)濟合理。 空調(diào)區(qū)域分層空調(diào)冷負(fù)荷占全室空調(diào)冷

負(fù)荷的0.5~0.85，缺少數(shù)據(jù)時，取0.7。 非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)熱轉(zhuǎn)移包括輻射和對

流。

中下部側(cè)向送風(fēng)混合通風(fēng)在上部空間的氣流組織形式包括：自然進機械排，上部無氣流流動，下部部分氣流進入上部機械排，中部空氣幕隔絕，等等。.》》中下部側(cè)向送風(fēng)混合通風(fēng)（分層空調(diào)）北京麗澤SOHO中庭（下部側(cè)送下部側(cè)回，中部機械進風(fēng)上部機械排風(fēng)）泰安文化藝術(shù)中心門廳（中部側(cè)送下部側(cè)回） 實際設(shè)計中，建筑負(fù)荷取全室的0.7~0.8，

沒有達(dá)到理論下限值。究其原因，其一，室內(nèi)正壓排出氣流帶走部分上部負(fù)荷；其二，送風(fēng)卷吸上部空間氣流，負(fù)擔(dān)了部分負(fù)荷；第三，上部自然通風(fēng)或機械通風(fēng)不暢，無法對上部散熱壁面有效降溫，從而對下部輻射熱量較大。甚至卷吸室外空氣進入下部空間，

空調(diào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)了過量室外新風(fēng)負(fù)荷。

中下部側(cè)向送風(fēng)混合通風(fēng)分層空調(diào)設(shè)計并

?？趪H會展中心（中部側(cè)送下部側(cè)回）

未實現(xiàn)空調(diào)區(qū)域明顯分層，反而能耗較大。.》》中下部側(cè)向送風(fēng)混合通風(fēng)（分層空調(diào)）亞投行方案門廳（中部側(cè)送下部側(cè)回）主要原因為上述2和3。

常用噴口作為側(cè)向送風(fēng)口，其出口風(fēng)速大（不超過10m/s），湍流強度較大。

Ⅰ∝（Re），即與特征速度和尺寸相關(guān)。湍流強度是衡量射流混合程度強弱的指標(biāo)，常用脈動速度均方根值表示

脈動的大小。湍流強度越大，射流與周圍空氣摻混作用越強，且沿著射流方向摻混作用越強，射

流衰減越快。

噴口送風(fēng)壓損較大，輸送能耗大；且沿程摻混作用較強，分層效果不理想，過多地負(fù)擔(dān)了建筑負(fù)荷。CFD模擬一般設(shè)置出口為壓力出口或速度出口，不能完全體現(xiàn)風(fēng)口構(gòu)造引起的出風(fēng)湍流特性，導(dǎo)致模擬結(jié)果失真。相同風(fēng)量，球噴出口雷諾數(shù)和湍流強度約為條形風(fēng)口的25倍，壓損約3倍，多負(fù)擔(dān)的能耗僅僅為提供更遠(yuǎn)的射程。.》》中下部側(cè)向送風(fēng)混合通風(fēng)（分層空調(diào)）以某廠家條形風(fēng)口為例，垂直送風(fēng)距離3~8m

（基本滿足在大部分高

大空間凈高），喉部風(fēng)速3~4m/s，壓損10~20Pa。遠(yuǎn)小于噴口水平以某廠家球形噴口DN250為例，水平等溫送風(fēng)距離8~25m，

壓損20~160Pa。送風(fēng)。

地板/座椅送風(fēng)空調(diào)區(qū)域分層良好，空氣分布均勻，有較高的舒適度。

置換通風(fēng)形式具有較好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，通風(fēng)效率高。

空氣直接送入人員區(qū)，送風(fēng)溫度不宜太低，一般19~22℃

,較小的送風(fēng)溫差造成送風(fēng)量成倍增加，增大了末端輸送能耗。

回風(fēng)/排風(fēng)在上部，空調(diào)送風(fēng)負(fù)擔(dān)了部分上部空間負(fù)荷，

室內(nèi)溫度梯度較小，較中下部側(cè)向送風(fēng)負(fù)擔(dān)了更多的建筑負(fù)荷。.》》

地板/座椅送風(fēng)置換通風(fēng)（分層空調(diào)）?？趪H會展中心劇場（座椅送風(fēng)下側(cè)回頂部排）亞投行方案辦公區(qū)（地板送風(fēng)頂部回）

所有的氣流組織形式在不考慮室內(nèi)空氣品質(zhì)、能量利用效率和能耗的情況下，均能滿足室內(nèi)舒適性要求。

西安建筑科技大學(xué)的馬仁民老師提出不同送風(fēng)方式的換氣效率如下表a，單向流的換氣效率最高，置換通風(fēng)次之，混合通風(fēng)較低，尤其是上送上排的最低。在大空間氣流組織中應(yīng)避免采用上送上

排的混合通風(fēng)模式。

李琳等比較了高大空間四種氣流組織的氣流分布特性及能耗，見下表b。碰撞射流的熱舒適度最好，空調(diào)分層即能量利用系數(shù)高，末端能耗較小，應(yīng)在大空間氣流組織設(shè)計中優(yōu)先選擇。但文中

所述“碰撞射流”并非傳統(tǒng)意義上的碰撞射流，其流型示意圖見圖c。在與地面碰撞轉(zhuǎn)折后，其流型與壁面貼附射流近似，但豎向是管道流動?？照{(diào)方式溫度分層

效果工作區(qū)風(fēng)

速速度均勻

度溫度均勻

度送風(fēng)能耗碰撞射流好好好較小置換通風(fēng)好較好差小地板送風(fēng)較好差一般一般分層空調(diào)一般一般較好大表a

表b

圖c.》》

常見氣流組織評價

賀肖杰對混合通風(fēng)、置換通風(fēng)和貼附通風(fēng)的氣流組織性能做了比較，在熱舒適指標(biāo)方面，混合通風(fēng)適用于具有較大室內(nèi)負(fù)荷的情況，置換通風(fēng)在小負(fù)荷時表現(xiàn)更好，貼附通風(fēng)適用范圍更廣，不同負(fù)荷下室內(nèi)熱環(huán)境良好。在空氣品質(zhì)方面，置換通風(fēng)和貼附送風(fēng)的通風(fēng)效率均大于1，空氣品質(zhì)

較好，而混合通風(fēng)效率小于1。冬季送熱風(fēng)時，置換通風(fēng)送風(fēng)快速上浮，貼附送風(fēng)可以將熱風(fēng)送至

工作區(qū)。

清華大學(xué)的李先庭老師提出綜合各種高大空間氣流組織現(xiàn)有評價指標(biāo)的評價體系，結(jié)合不同權(quán)重給出百分制的評分，從而確定適合的氣流組織形式。其中，節(jié)能項體現(xiàn)能量利用系數(shù)的大小，即

空調(diào)分層效果帶來的建筑節(jié)能，并未涉及末端輸送能耗。

綜上所述，現(xiàn)有的常見氣流組織評價指標(biāo)涉及熱舒適性、空氣品質(zhì)和建筑節(jié)能，沒有空調(diào)通風(fēng)末端輸送能耗與上述指標(biāo)的綜合評價。不考慮末端輸送能耗的情況下，噴口送風(fēng)和地板/座椅送風(fēng)的

分層空調(diào)設(shè)計看起來很好，一旦考慮末端能耗的影響，其評價結(jié)果也未必優(yōu)良。.》》

常見氣流組織評價02

豎壁貼附射流設(shè)計實例及其節(jié)能效果

豎壁貼附射流屬于半受限射流，一般形式是送風(fēng)口布置在房間上部靠近豎壁的區(qū)域，送風(fēng)由于康達(dá)效應(yīng)與豎壁形成貼附現(xiàn)象，撞擊地面后轉(zhuǎn)為水平向擴散流動，在工作區(qū)形成類似于置換通風(fēng)的空氣湖，具有較高的空氣品質(zhì)和通風(fēng)效率。其節(jié)能性主要體現(xiàn)在以下兩點：一是在房間高度方向具有溫度分層，送風(fēng)只保證人員區(qū)舒適度，上部區(qū)域溫度不控制，送風(fēng)提供冷量大大小于全室空調(diào)冷負(fù)荷；二是由于康達(dá)效應(yīng)的“扶持”，送風(fēng)風(fēng)速衰減緩慢，熱質(zhì)交換均勻，送風(fēng)阻力小于混合通風(fēng)，進而風(fēng)機壓頭較小耗電少。

送風(fēng)口一般為條形風(fēng)口，出口風(fēng)速較低，湍流強度較小，沿程摻混周圍空氣較少，具有明顯的溫度分層現(xiàn)象，有利于減少負(fù)擔(dān)的建筑負(fù)荷。

出風(fēng)風(fēng)速低，出口壓損小。送風(fēng)口口在上部，沒有直接進入人員區(qū)，送風(fēng)溫差較置換通風(fēng)大，送風(fēng)量較小，空調(diào)末端能耗低。.》》

豎壁貼附射流原理

設(shè)計概況和要求：該房間為重要會議室，人員分布在居中的橢圓形會議桌。人員區(qū)舒適度應(yīng)滿足規(guī)范要求，空氣品質(zhì)高，送風(fēng)不能吹頭?？照{(diào)結(jié)合精裝修設(shè)計采用條縫風(fēng)口豎壁貼附射流氣流組織，

送、回風(fēng)口布置和單風(fēng)口豎壁貼附射流示意圖見下圖。

西安建筑科技大學(xué)的李安桂老師等對豎壁面貼附射流送風(fēng)氣流組織進行了一系列研究并提出了工程化設(shè)計方法，然而受限于精裝修設(shè)計，該會議室的風(fēng)口布置與文獻(xiàn)中設(shè)計方法提供的標(biāo)準(zhǔn)型式有較大差距，故提出用CFD技術(shù)優(yōu)化氣流組織設(shè)計的方法進行末端的選型計算。本工程建立簡化會議室模型，幾何尺寸為20x13x6（m

）；室內(nèi)設(shè)計溫度25℃

,相對濕度60％；熱源邊界條件設(shè)置如下：天花板20W/m2；西、北外墻33.08W/m2；地面38.65W/m2（人員負(fù)荷），其余墻面為絕熱墻.》》

貼附射流設(shè)計實例面。

按全室空調(diào)模式計算室內(nèi)熱、濕負(fù)荷，確定露點送風(fēng)溫度17℃

;然后按全室空調(diào)負(fù)荷計算總送風(fēng)

量為10000m3/h，可布置19個條縫風(fēng)口，每個尺寸為1.0x0.075（m），射流出口速度為2m/s

；在側(cè)墻上部設(shè)置單層百葉回風(fēng)口，為不影響貼附射流效果回風(fēng)風(fēng)速應(yīng)小于1m/s。此工況（工況一）

的CFD溫度和速度分布見下圖。

由圖可見，消除全室空調(diào)負(fù)荷的送風(fēng)氣流溫度場豎向分層不明顯，這是由于速度過大流場相互撞擊混合所致；工作區(qū)溫度低于熱舒適要求，速度場較均勻且滿足要求。.》》

貼附射流設(shè)計實例工況一縱截面速度分布圖工況一縱截面溫度分布圖

為提高工作區(qū)溫度且增大豎向溫度梯度以利于節(jié)能，在不改變送、回風(fēng)口的條件下，將送風(fēng)速度設(shè)為工況二1.5m/s進行上述模擬。其CFD溫度和速度分布見下圖。

由圖可見，工況二能夠有效去除室內(nèi)余熱，并形成很好的溫度分層，具有較高的通風(fēng)效率；工作區(qū)溫度場和速度場均滿足熱舒適要求。由于豎壁貼附送風(fēng)摻混作用弱，送風(fēng)撞擊地面偏轉(zhuǎn)后具有置換通風(fēng)的效果，空氣品質(zhì)較好。.》》

貼附射流設(shè)計實例工況二縱截面速度分布圖

工況二縱截面溫度分布圖

工況三進一步減小送風(fēng)風(fēng)速至1m/s，其CFD溫度和速度分布見下圖?？梢?，貼附射流已不能

到達(dá)工作區(qū)，室內(nèi)余熱無法有效去除。

該會議室采用射流風(fēng)速1.5m/s的條縫豎壁貼附射流氣流組織，相對于混合通風(fēng)的氣流組織，減少末端機組的供冷量約16%，同時總送風(fēng)量降至7500m3/h，末端風(fēng)機能耗降低約24%。.》》

貼附射流設(shè)計實例及節(jié)能量工況三縱截面速度分布圖工況三縱截面溫度分布圖03冬季氣流組織問題及解決路徑

內(nèi)區(qū)高大空間冬季送冷風(fēng)，氣流組織同夏季。

有熱負(fù)荷需求的高大空間，冬季送熱風(fēng)由于熱壓作用，送風(fēng)快速上浮，不能有效到達(dá)人員區(qū)，人員區(qū)的熱舒適和空氣品質(zhì)均差。室內(nèi)溫度場基本呈現(xiàn)下冷上熱的溫度梯度，射程距離遠(yuǎn)的送風(fēng)方式尤其突出。導(dǎo)致按全室空調(diào)計算得出的熱負(fù)荷不足，需增大供熱量。此為設(shè)計量足而效果不好的原因。

分層空調(diào)冬季不節(jié)能，冬季送風(fēng)量一般與夏季計算風(fēng)量相同，相對全室空調(diào)送風(fēng)量小，從而送風(fēng)溫度更高，其熱壓作用越強，豎向溫度梯度越大，能量利用系數(shù)低。

座椅/地送風(fēng)的置換通風(fēng)送風(fēng)直接進入人員區(qū)，送風(fēng)溫差小，送風(fēng)量較大，末端能耗大。且平面上溫度分布不均，風(fēng)口周圍溫度高于其他區(qū)域。

有的模擬結(jié)果未體現(xiàn)熱壓引起的溫度梯度，原因是未考慮室外空氣流通和上部熱負(fù)荷過大。.》》

高大空間冬季空調(diào)氣流組織問題泰安文化藝術(shù)中心門廳（中部側(cè)送下部側(cè)回，輔以地暖）協(xié)和醫(yī)院門診大廳（中部側(cè)送下部側(cè)回）

送風(fēng)溫度：冬季送熱風(fēng)的熱壓作用由送風(fēng)的溫度和周圍環(huán)境溫度決定，溫度越高，出風(fēng)上浮越快，室內(nèi)溫度梯

度越大。

建筑氣密性：下部出入口和頂部構(gòu)造的氣密性也影響了熱壓作用的強弱，某種意義上是主要因素。下部室外進風(fēng)加劇了熱壓作用，頂部出風(fēng)散失了熱量，造成能量浪費。

送風(fēng)溫差：送風(fēng)溫差小，送風(fēng)量大，末端能耗高；