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供热模式下柱面贴附通风气流组织特性及作用效果研究

李琳娜  
【摘要】:大空间建筑中空气环境的营造主要通过通风空调系统来实现,而气流组织形式是影响通风空调效果的重要和直接因素。目前传统的气流组织形式在大空间建筑中供热模式下应用时往往由于热浮升力存在而使得热气流难以到达空间下部区域。房间中存在着通风效率低和送风速度过小等问题。作为一种替代方案,柱面贴附通风(CAV)因地制宜结合大空间中普遍存在的柱体单元。热气流在柱子的“牵引扶持”作用下克服向上的浮力作用,从而高效地送至下部工作区,以较少能耗达到较好供热效果。本文针对供热模式下柱面贴附通风模式气流组织特性及作用效果进行研究。本文对供热模式下柱面贴附通风理论进行研究。以缩尺模型为基础进行可视化实验验证柱面贴附通风可行性并进行三维速度场测试验证数值模拟模型。通过数值模拟对供冷与供热模式下气流流动特性进行对比,从流场分布、热舒适性、送风有效性、污染物排除有效性四个方面对作用效果进行评价,并对回风口位置进行优化。气流组织特性的研究发现,柱面贴附送风供热时的气流流动形态明显不同于供冷模式,需要考虑浮升力对气流扩散的影响,引入综合反映惯性力和浮升力的无因次准则数——阿基米德数Ar。Ar≤2.241×10-3时,热射流可流动至空间下部撞击地面产生扩展康达效应,形成有效的二次贴附现象。在Ar不断减小过程中,惯性力作用提升明显,送风效果越好,排热效率基本呈不断增大趋势,最大值近似为1.158。当0.6×10-3≤Ar≤5.6×10-3时,柱面贴附送风排污效率基本在1附近波动。通风作用效果方面,研究发现混合通风(MV)供暖时,空间高度方向上出现明显的热力分层现象,室内温度上高下低。而CAV模式下房间高度方向上热分层现象不明显,排热效率为1.037,与MV相比节省了14.18%的能量。CAV模式下工作区空气龄为298.9s,远远小于混合通风,送风有效性更强。同时柱面贴附通风模式送风射流能在扩展康达效应作用下贴附于地面向四周扩散流动,而扩散流动形成的“空气湖”状气流组织分布类似于置换通风模式,人体呼吸区1.7m高度处CO2浓度仅为458.67ppm,可有效提升人员的热舒适性。回风口位置降低时增强的卷吸作用加剧了大空间下部区域的空气扰动,对气流的引导使得气流流向更为规律,排热效率和排污效率均稍有提高,柱面贴附通风回风口位置位于0.25H处时比位于0.75H处排热效率提升5.6%、排污效率提升8.9%。柱面贴附通风回风口位置高低对空气龄,ADPI,PMV,DR,CO2分布影响均不大,都处于较高水平处。本文给出了供热模式下柱面贴附通风气流流动特性及作用效果,进一步完善了从供冷到供热的理论体系,为柱面贴附通风气流组织工程设计奠定了理论基础。


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