送风有效性的描述参数在线视频

下面介绍送风有效性的描述参数

描述送风有效性的参数的特点

是不涉及室内污染源的情况

只涉及新空气和旧空气的关系

不管旧空气是否已经被污染

首先我们介绍空气龄

Air age

这个概念最早于20世纪80年代

由Sandberg提出

空气龄的定义是指

空气进入房间到达某点的时间

在房间送风为全新风的时候

某点的空气龄越小

说明该点的空气越新鲜

空气质量就越好

它还反映了房间排除污染物的能力

平均空气龄小的房间

去除污染物的能力就强

由于空气龄的物理意义明显

因此作为衡量空调房间空气新鲜程度

与换气能力的重要指标

得到了广泛的应用

但正像这张图所示

某点的空气是由不同的空气微团组成

每个空气微团到达这一点的时间是不一样的

也就是说这些微团的年龄有长有短

因此该点所有微团的空气龄

存在一个概率分布函数f(τ)

和累计分布函数F(τ)

概率分布函数

是指年龄为τ的空气微团

在某点空气中所占的比例

全年龄段的比例加在一起一定等于1

所以微团的年龄概率分布

对整个时间区间的积分就等于1

累计分布函数

是指年龄比τ短的空气微团所占的比例

所以是微团的概率分布函数

在年龄0-τ区间对时间的积分

如果τ达到了上限正无穷

这时累计分布函数F(∞)也等于1了

因为某点的平均空气龄τp

是指该点所有微团的空气龄的平均值

所以可以用这个公式来表达

它的物理意义是利用概率分布函数f(τ)

来对各微团的年龄段进行加权平均

所以平均空气龄等于概率分布函数与时间的乘积

对时间τ的积分

为了求得平均空气龄

和累计分布函数的关系

继续做一些变换

在这个式子的基础上进行推导

既然累计分布函数是概率分布函数的积分

那么它的导数就是概率分布函数了

然后我们再来两步变量合并

最后我们就得到了这样一个表达式

我们来看前面这一项

把0和∞代进去看看会是什么样

当τ等于0的时候

这一项变成了0乘以1

自然等于0

当τ等于∞的时候

F(∞)=1

这是我们刚才说过的

那么这一项也变成0了

最后某点的平均空气龄τp

与累计分布函数就呈现这样的关系

另外还有一些与空气龄类似的时间概念

这里介绍两个这样类型的参数

残余时间和驻留时间

残余时间

是指空气从当前位置到离开房间的时间

在这里用τrl来表示

驻留时间

是指空气从进入室内直到离开房间的时间

相当于在室内逗留的总时长

在这里用τr来表示

从这张图上

大家可以看到空气龄 残余时间

和驻留时间的关系

也可以表达成这样的式子

空气龄与残余时间之和等于驻留时间

刚才我们谈的是室内某点的空气龄

对于一个房间来说

空气龄同样有意义

但是需要求取房间的平均空气龄

房间求平均空气龄

采用的是体积平均的方法

那么房间体平均空气龄

可以表述为这样的形式

对于一个通风房间来说

体平均的空气龄越小

说明房间里的空气从整体上来看越新鲜

在理想活塞流通风条件下

驻留时间就等于房间的名义时间常数τn

也就是出口处空气龄τe

而平均空气龄就是1/2的驻留时间

或者说是1/2的房间名义时间常数

对于充分均匀混合流来说

室内各处空气龄都相同

跟出口处也一样

相当于房间名义时间常数

对于介于完全混合流与活塞流之间的

气流组织方式

可以确定的是入口空气龄最短

如果没有滞留区的话

出口处空气龄最长

但如果室内有滞留区存在

滞留区有些质点的平均空气龄

会比出口处的平均空气龄还要长

第二点要向大家介绍的

是关于送风有效性的参数

“换气效率”

也就是把房间旧空气置换掉的效率

那么理论上最短的换气时间是多少

从我们前面介绍的几种流型来看

无疑的是“理想活塞流”的换气效率最高

房间的平均空气龄最短

因为在理想活塞流条件下

房间里所有的旧空气都无法走回头路

只能一路被推到出口去

而其他任何一种流型

都会有旧空气微团

在室内打转或者走弯路

而且混合得越充分

这种就地打转的机会就越多

所以换气效率就被定义为

本房间若采用理想活塞流的平均空气龄

与实际通风条件下房间平均空气龄的比值

反映了新鲜空气置换原有空气的速度

与活塞通风下置换速度的比值

写成公式是这样的

分子是理想活塞流的平均空气龄

是1/2的房间名义时间常数

分母是实际通风条件下房间平均空气龄

比值折算为百分比

那么这个值当然小于等于100%

我们来看看一些典型通风形式的换气效率

活塞流约等于100%

全面孔板送风

近似活塞流

所以也接近100%

单风口下送上排

接近充分混合流

但有一定的置换通风成分

换气效率在50~100%之间

而最常见的上送上排风

最接近充分混合流

空气龄近似房间的名义时间常数

所以其换气效率大约就是50%

房间有换气效率的定义

房间内各质点也可以有换气效率

空间各点的换气效率

都可用这个公式来定义

就是房间的名义时间常数

与某质点的实际空气龄之比

相当于理想均匀混合流下的

房间平均空气龄

与该质点的实际空气龄之比

房间内各点的换气效率是可以大于100%的

反映了这一点新鲜空气

替换原有空气的有效程度

比如送风口附近质点的空气龄就非常短

换气效率绝对大于100%

但这些单个质点的换气效率

与房间的总换气效率并没有直接关系

第三个有关送风有效性的参数

叫做送风可及性Accessibility of Supply Air

缩写为ASA

传统的气流组织评价指标

如空气龄和换气效率

均反映的是稳态情况

当我们需要反映送风

在任意时刻到达室内各点的能力

就需要考虑在有限时间内送风的有效性

送风可及性的定义是

在流场不变的条件下

假设送风口的空气

含有浓度为Cs的指示剂气体

房间内部没有源

则该送风口在历时T时间后

对空间位置i的可及性

就可以用这个公式来描述

公式中的Ci(τ)是τ时刻

在i点的指示剂浓度

这个送风可及性ASAi

其实反映的是送风中所有的空气微团

在T时间后到达i点的百分比

所以ASA是数值介于0~1之间的无量纲指标

所以ASAi的数值越大

反应该风口对i点的贡献越大

达到稳态后

也就是经历无限长时间

如果只有一个风口

空间内各点的可及性会达到1

如果有多个风口

ASAi反映的是在向室内的全部送风中

某个风口的贡献所占的比例

也就是说

如果房间有多个风口送风

达到稳态时

所有风口各自对i点的可及性之和

也等于1

由于特定流场中的ASA的分布

需要通过CFD进行模拟才能获得

所以并不容易求出解析解

现在我们可以看看一个比较简单

而且也比较常见的例子

一个矩形的房间

长4米 高2.8米 宽度3米

上侧送风 对侧下排风

从这里我们可以看到

时间从5分钟到65分钟

各时刻房间里各点的

送风可及性指标ASA发展的情况

图中 深色的是ASA>0.5的区域

从图中看到

在5分钟的时候

只有吊顶贴附射流的一部分区域

有50%以上的送风微团到达这里

随着时间的推移

房间越来越多的区域

有送风口送进来的空气进入

中间部分是送风最不容易到达的部位

甚至到了65分钟的时候

已经一个多小时了

中间还有一小块地方ASA低于0.5

也就是说有不超过50%的送风空气微团

能到达这个位置

尽管如此

如果继续送风

在足够长的时间后

房间里所有的位置

包括中心这一小块白色的区域

可及性也都会达到1

虽然我们在定义送风可及性的时候

用到了指示剂

但其实送风可及性是流场自身的特性

与送风有无指示剂无关

送风指示剂只是一种假想手段

来表征送风与室内旧空气的不同之处

因为就物质种类来说

室内空气与室外空气都是同一种物质

混到一起就分辩不开了

但室外空气是新鲜空气

从这个意义上来说

室外空气与室内空气不同

所以送风指示剂只是在假想中

用来追踪室外新风的流动过程

以便我们能看见这个流场的特性而已