摘要 本文分析了空调建筑空气幕实际承受的作用压差,指出目前国内现有的空气幕设计计算方法均只考虑总作用压差中的1~2项,存在严重误差。阐明空气幕总作用压差应全面计算热压、风压、机械压及平衡压,并对各压差组成项的影响因素和计算进行了讨论,提出了总作用压差的具体计算方法。 关键词 空调 空气幕 作用压差 | |||||||||||||
不设空气幕的空调建筑大门在5Pa正压作用下每平方米面积外泄的冷量相当于三百多平方米建筑所耗冷量。因此人员出入频繁的大门口要设计安装空气幕。但相当多的空调建筑空气幕实际未能起到应有作用。究其原因,从根本上说,是目前使用的空气幕设计计算方法不当造成的,其中空气幕作用压差计算不当是最主要的问题。空气幕是一种平面射流。平面射流在两侧压力不平衡时产生弯曲,偏向压力较小一侧。对空气幕而言,弯曲达到一定程度后就失去封闭作用。因而空气幕必须具有足够的抗弯能力,以抵抗相应的作用压差。因此,空气幕作用压差是空气幕设计后一个最重要的条件参数,其确定是空气幕计算的第一步,也是最重要的一步。但是国内对于空气幕总作用压差空竟由几部分组成,只计算某一部分会有多大误差,没有清楚的认识和明确的把握。目前国内广泛应用的几种计算方法,均是计算单一热压或单一风压作用下的空气幕的,虽然人们已认识到这是不合理的,但是目前还未有成熟的符合我国实际情况的方法[1],从而造成空气幕计算结果偏小的后果。为此,有必要对空调建筑的空气幕作用压差进行全面深入的分析,以便正确确定空气幕作用压差。
(3) |
当风压、热压、机械压共同作用建立起室内外空气压差后,空气在此压差作用下将从围护结构上的孔洞和缝隙向压力较小一侧渗透,使得压差逐渐下降,直至进出建筑物的空气量平衡,形成一个新的稳定的总作用压差为止。这种建筑物为保持空气渗入和渗出量平衡而产生的压差变化,称不平衡压。平衡压与风压、热压、机械压的大小和围护结构的气密性有关,可在后三项之和的0~30%之间[4],必须通过整个建筑物的空气质量平衡计算才可算出:
(8)
式中I表示迎风面,o表示背风面,风压与计算点方位有关,热压与计算点的高度有关,可用计算机采用叠代法计算。不便要用上述方法计算时,也可采用以下结果偏大的公式近似计算[5]:
(9)
式中 -----分别是迎风面、背风面的风压,用式(1)计算;
F′,F′′-----分别是空气幕作用下迎风面、背风面的总开口(缝隙)净面积,策m2。
其中设空气幕的大门面积按式(7)计算。
5 各压差成分对总作用压差的影响及比例
如上所述,建筑物内外空气总作用压差Δp是风压、热压、机械压和平衡压四个因素综合作用的结果。可否忽略某些因素,只计算其中的1~2项呢?以下通过一个例子来考察。
【例】某空调建筑总高27m,内设直接采光的中庭,中庭顶部设有排风口,面积总计0.4 m2,大门们地迎风面,宽B=4.4 m,高H=2.5 m。单层铝合金窗,窗缝总长L=2000 m;其他门处于背风面,是经常关闭的,门缝总长L=30 m;室内温度tn=26℃,ρ=1.181kg/m3,室外夏季空调计算温度tw=35℃,ρ=1.146kg/m3;室外平均风速1.6m/s;室内新风量为9.8 m3/s,机械排风量为8 m3/s。计算空气幕总作用压差并比较热压、风压、机械压、平衡压各部分相对大小。
【解】根据Δpz =Δpw +Δph +Δpm -Δpe 由式(2)~(9),分别计算出风压、热压、机械压、平衡压的数值,列于表2。计算细节说明如下:
计算例 表2
压差组成 |
热压Δph |
风压Δpw |
设备压Δpm |
平衡压Δpe |
总压差Δpz |
计算值(Pa) |
-0.75 |
1.39 |
-1.70 |
0.54 |
-1.59 |
比例 |
0.47 |
0.87 |
1.07 |
0.34 |
1 |
(1)设计算对象近似矩形建筑,查得迎风面风压系数Cw=0.95,背风面风压系数Cw =-0.15,不考虑风速沿高度的变化。
(2)车间建筑设计对称,除大门以外,迎见面和背风面的其他空气流动面积(缝隙面积)分布均匀,可认为相等。
(3)由[9]表3.23推得铝合金窗窗缝μF≈3.2×10-5,由[5]表4-4门缝μF=0.01
(4)取空气幕效率q=0.8,据[4]空气幕射流角30°, ,可用侧送空气幕的大门流量系数值。查[5]表4-3得μ=0.425,则包含空气幕的大门的迎风面空气流动面积F′和北风面空气流动面积F′′分别为:
F′=4.4×2.5×(1-0.8)×0.245+2000×3.20×10-5/3=0.56m2
F′′=30×0.01+2000×3.20×10-5×2/3+0.4×0.64=0.3+0.043+0.256=0.599
(5)考虑到空调送排风系统管道的复杂,计算热压时不计机械送排风开口的影响。
分析表2数据可看出:
(1)由于总作用压差是代数和,因而有可能出某项压差绝对值大于总压差的现象。
(2)夏季空调建筑热压所占比例很小。其原因首先是因为空调内外温差较小,如果按冬季空调,室内20℃,室外-10℃时,经试算热压将达2.93Pa,其绝对值大于总压差。其次现代空调建筑门窗气密性大大提高,使得中和面高度降低,热压减少。若按一般双层钢窗流量系数μF=0.0014计,经试算热压可达6.91Pa,其绝对值亦大于总压差。由此可知,对夏季密闭良好的空调建筑,仅计算单一热压来确定空调建筑空气幕时,计算结果将偏小。本例中小50%以上,其他情况下偏小程度与风速、温差、排风比和密闭程度有关。
(3)设备压所占比例相当大。本例中空调建筑为保持正压而设置的风机设备造成的压力绝对值比总作用压差还大,若忽略不计将造成重大误差。
(4)风压所占比例较高。娄室外风速较高时,风压绝对值有大于总作用压差的可能。但由于平衡压也随风速增大且与风压方向相反,部分抵消了风压的作用,故若用单一风压计算空气幕将有偏大和偏小两种可能,其偏离程度与风速、温差、排风比和密闭程度有关。
6 结论
1.目前国内使用的空气幕设计方法未全面考虑空调建筑空气幕所实际随的压力,采用单一热压或风压做计算压差,计算结果严重偏小,不宜用于空调建筑物空气幕计算。
2.空调建筑空气幕总作用压差应综合考虑热压、风压、机械压及平衡压,按式(1)~(9)计算。
参考文献
1秦红,空气幕现有设计计算方法应用与扩展分析,2002年全国暖通空调制冷年学术年会论文集
2 孙一坚,简明通风设计手册,北京:中国建筑工业出版社,1999
3 1989 ASHRAE Handbook-Heating, Ventilating, and Air Conditioning Fundamentals
4 Faye C. McQuiston, Jerild D. Parker. Heating, Ventilation and Air Conditioning Analysis and Design. Second Edition. New York: John Wiley && sons pub. Com., 198.
Nils R. Grimm, Robert C. Rolsaler. Handbook of HVAC Design. New York: McGraw-Hill pub. com, 1990
6 井上宇市著,范存养等译,空气调节手册,北京:中国建筑工业出版社,1986。