1、毕业设计 文 献综 述 建筑环境与设备工程 气流组织对室内空气品质及人体热舒适性的影响 前言： 根据舒适性空调定义，它 是应用于以人为主的空气环境调节，其作用是维持良好的室内空气状态，为人们提供适宜的工作或生活环境，以利于保证工作质量和提高工作效率，以及维持良好的健康水平。 为此，能否为人创造舒适的环境，往往需要涉及到气流组织的概念。它是室内空调的一个重要环节，直接影响着空调系统的使用效果。因为只有合理的气流组织才能均匀地消除室内热量或冷量，创造良好的热舒适环境，并能更有效地排除空气中的有害物，控制室内空气品质。因此， 合理的气流组织对创造良好的室内热环境意义重大。 1 气流组织、室内空气品质
2、及人体热舒适 1.1 气流组织 空调房间的气流组织 ,是指确定合适的送回风口形式、位置、规格、数量和送回风风量、风速、温度等参数 ,使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好地满足工艺要求及人们的舒适感要求 1,2。按照送、回风口位置和型式的不同 ,气流组织大致可以分为以下几种侧送侧回 ,顶部上送下回 ,下送上回 ,上送上回，中送风 1,3,4。 1.2 室内空气品质 室内空气品质问题是一门交叉学科 ,其定义在不断发展。最初认为它只与室内的污染物有关 ,但随着研究的不断深人 ,人们认识到这种定义已无法完全包含空气品质的内容 5。 美国供暖、制冷与空调工程师协会在 1996 年提出了一个新
3、的通风标准 62-1989R,包括可接受的空气品质和感受到的空气品质等概念。但有些气体 ,如氛、 CO等没有气味 ,对人也没有刺激作用 ,不会被人感觉到 ,但却对人危害很大 ,因而，仅用感受到的室内空气品质是不够的 ,必须同时引人可接受的室内空气品质。于是提出了空气龄、换气效率和排污效率等许多新概念以及与之相对应的试验方法 6。 1.3 人体热舒适 热舒适是指人体对热环境的主观热 反应。美国供暖、制冷与空调工程师协会标准7中明确定义：热舒适是指对热环境表示满意的状态。 Bedford 在 1936 年提出热舒适的 7级评价指标 8，而从 1996年开始 ASHRAE开始使用 Fanger的预测
4、平均投票数（ PMV）和预测不满意率百分数（ PPD）评价指标 9。 2 气流组织对室内空气品质的影响 空调系统设计的气流组织对室内空气品质影响很大，设计合理，不仅可将新鲜空气按质按量地送到人员活动区，还可及时将污染物排出。设计不当，易造成送、回风短路，房间内有空气滞留区。因而，要想改善、优化室内空气品质，就需 要合理的设计气流组织 10。由于建筑的装潢材料 、空调设备、人员等的影响，室内空气中存在大量的有害物质。要减少污染物质，目前普遍采用的混合式空调系统，送风首先与室内空气混合，再到达人员活动区，以保证其均匀的温度、湿度场，可这种做法必然使新风受到污染，降低了空气质量。理想的气流组织应该将
5、少量的高品质空气送给每一个人，使清洁的新鲜空气首先到达人员活动区域，特别是呼吸区，再排出室外，而不是将大量不新鲜的空气送到整个房间，这种气流组织形式是对传统的暖通空调系统的挑战。从理论上说室内新旧空气间的扰动及掺混愈少，较快 、较好、较经济地改善室内空气品质的可能性就越大。这样，置换通风和个性化送风 11对提高室内空气品质无疑是较好的通风方式。 3 气流组织对人体热舒适性的影响 影响人体热舒适感觉的因素有空气温度、空气相对湿度，空气流速、平均辐射温度、人的新陈代谢率和衣服热阻，前 4 个因素为室内物理因素，后 2 个因素为个人因素 12。 空气温度直接影响人体通过对流及辐射的干热交换。气流速度
6、对人体流散热量、蒸发散热有影响。平均辐射温度的改变 ,主要对人体辐射热造成影响 13,14。湿度对人体热舒适的作用与空气温度有关。 气流组织对人 体热舒适性的影响主要通过形成的速度场和温度场而起作用的 1，不同的气流组织方式会形成不同的速度场和流速场，从而产生截然不同的热舒适感觉。根据有关上送下回同侧侧送风气流组织的温度场模拟实验 1得到，在垂直方向温度梯度过大时，会使人体感觉不舒适。而气流速度对人产生影响的就是吹风感，它是指空气的流动而引起人体不适应的局部冷感觉。一般在送风口附近的人，会感觉到有较强的吹风感。因此，对于空调的设计要注意气流组织形式的选择以及对出风温度、速度设计的控制，使满足人
7、舒适性的要求。 4 研究现状 4.1 室内空气品质研究 围绕室内空气质量的系统研究最初主要着眼于室内与室外空气质量的关系，以及室内空气污染物对人体健康的影响。 1965 年，荷兰学者 Biersteker 等进行了世界上第一个系统的、大规模的室内与室外空气质量的关系。他们以鹿特丹 60 个住户为对象，测定了室内、外 SO2 和烟尘的关系，获得了空气污染事件期间的室内环境相对安全性、抽烟对于室内气溶胶生成、室内 SO2 衰减与建筑物新旧程度的关系等重要信息。这一研究表明室内与室外空气质量存在显著的差异，并且揭示室内空气质量对人体健康的影响可能超过室外 15。随后，关于室内与室外空气 质量关系的研
8、究一直未停止过，而且涉及面越来越宽。通过这些研究，人们对各种条件下，不同污染物的室内与室外关系有了全面的认识，并建立了一系列室内与室外空气质量关系的模型。 20 世纪 60年代开始关于室内空气污染健康效应的研究主要集中在各种人类活动引起的呼吸性健康疾病。同一时期，国外大规模出现装修热。北欧、美国和其他国家先后开始大量使用甲醛制品，很多居住者出现了急性刺激和急性中毒症状，甚至引起中毒性肝炎或是过敏性紫癜。于是，一部分专业的工作人员围绕着甲醛污染问题，相继开展了一些科学研究。 20世纪 80 年代美国 EPA 的总暴露量评价方法学研究 (TEAM)提供了一个全面评价室内和室外暴露对人体总暴露贡献的
9、模型 15。这个研究得到的一个结论是：对于挥发性有机化合物来说，通常情况下，室内污染源对人体总暴露的贡献远远高于室外工业污染源。 随着对于室内空气污染问题认识的不断深化，室内环境作为卫生和环境科学的重要组成部分越来越受到重视。一些室内环境管理机构开始设立。在他们的指导下，室内环境立法也开始进行，到目前为止，欧美各发达国家，亚洲的日本、韩国和我国香港地区，以及世界卫生组织已建立比较完善的室内环境法规。 4.2 舒适性的 数值研究预测 现今已出现许多复杂、多样和大型现代建筑，仅凭实验和理论分析的方法对室内热环境参数进行精确分析，已经很难实现。如今，由于计算机及计算技术的发展，流动模型的改进和计算传
10、热学的发展，一种新的研究方法 计算流体力学 (CFD)技术出现了，它实现了对室内气流的数值模拟；计算了室内温度 、速度等的分布；研究了舒适性和有害物浓度计算等问题 16,17。相应的国际上出现了一些大型的流场计算软件，如 Fluent、 Phoenics 和 Teach 等。因此，借助于计算流体力学（ CFD）对室内的空气环境参数进行预测 是目前的研究方向之一。当前，国外在这方面进行的研究主要有：陈清焰博士预测了单个房间内的热响应； Shuzo 和 Murakami 等人建立了计算暖体假人模型，预测了室内人体热舒适； Flakt k.k.在 CFD 程序中加入 PMV 等热舒适性指标的计算模式
11、，对空间内的热舒适性作了预测 6,18。在国内，重庆建筑大学的姚润明等人把舒适的评价标准 PMV/PPD 模型与建筑动态热模拟及计算流体力学模拟相结合，对通风房间进行了室内气候及热舒适性的模拟与分析。 5 研究前景展望 1)人体热舒适研究：不同地理区域的人体热舒适区是否具有普 遍性 ?在动态热环境下，人体热舒适的环境参数范围是否有变化？ 2）气流运动是影响人体热舒适和室内空气品质的重要因素，关于气流对人体热舒适的影响还没有得到满意的定量关系，气流与这二者之间的关系有待研究。 3)进一步完善 CFD 软件：进一步提高计算精度，至少达到与热负荷之类模拟计算相当的精度；需要进一步统一与 CFD 相关
12、联的数据库，提高使用效率，如加强与 CAD数据库的连接以提高其通用性；需要通过系列实测验证 CFD 的计算结果，完善软件产品的开发。 4)空调系统是实现人体热舒适和高空气品质的重要手段。要加强空调的基础研究 ，实现由隐态的调节方式向动态过程的转化，这是当前空调研究的重要方向。 5)随着建筑设计人员对人体热舒适与室内空气品质重要性认识的提高，在建筑设计中要考虑如何创造人体热舒适和高标准的室内空气品质环境。 总结 对于设计舒适性中央空调的目的就是为了改善室内空气品质，满足人体热舒适性的要求，而其中送风过程中如果选择的气流组织形式不当就会给人带来不适，且加重室内环境污染程度。因而，通过对气流组织、室
13、内空气品质、人体热舒适性三者的了解，可以在设计中央空调时，能够做到心中有数。在设计时能多加考虑，避免盲目设计而影响后期设 计的进程。同时，在了解有关资料后对于当前的研究进程有了一定的了解，能够扩展知识面。 参考文献： 1周正平 ,董凯军 ,刘蔚巍等 .空调房间气流组织与人体热舒适关系的初步探讨 J. 制冷空调与电力机械 ,2006,27,17-21. 2 连之伟 , 刘 蔚 巍 . 空 调 房 间 气 流 组 织 与 人 体 热 舒 适 J. 建 筑 热 能 通 风 空调 ,2006,25(5),22-26. 3赵荣义 ,范存养 ,薛殿华等 .空气调节 M.第四版 .北京 :清华大学出版社 ,
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