氣流組織對室內(nèi)空氣品質(zhì)及人體熱舒適性的影響 【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　建筑環(huán)境與設(shè)備工程</b></p><p>　　氣流組織對室內(nèi)空氣品質(zhì)及人體熱舒適性的影響</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　根據(jù)舒適性空調(diào)定義，它是應(yīng)用于以人為主的

2、空氣環(huán)境調(diào)節(jié)，其作用是維持良好的室內(nèi)空氣狀態(tài)，為人們提供適宜的工作或生活環(huán)境，以利于保證工作質(zhì)量和提高工作效率，以及維持良好的健康水平。為此，能否為人創(chuàng)造舒適的環(huán)境，往往需要涉及到氣流組織的概念。它是室內(nèi)空調(diào)的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的使用效果。因為只有合理的氣流組織才能均勻地消除室內(nèi)熱量或冷量，創(chuàng)造良好的熱舒適環(huán)境，并能更有效地排除空氣中的有害物，控制室內(nèi)空氣品質(zhì)。因此，合理的氣流組織對創(chuàng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境意義重大。</

3、p><p>　　[關(guān)鍵詞] 氣流組織；空氣品質(zhì)；人體熱舒適；計算流體力學(xué)</p><p>　　氣流組織、室內(nèi)空氣品質(zhì)及人體熱舒適</p><p><b>　　1.1 氣流組織</b></p><p>　　空調(diào)房間的氣流組織,是指確定合適的送回風(fēng)口形式、位置、規(guī)格、數(shù)量和送回風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)速、溫度等參數(shù),使室內(nèi)工作區(qū)空氣的溫度、濕

4、度、速度和潔凈度能更好地滿足工藝要求及人們的舒適感要求[1,2,3]。按照送、回風(fēng)口位置和型式的不同,氣流組織大致可以分為以下幾種：上送下回,下送上回,上送上回，中送風(fēng)[4,5]。</p><p>　　1.2 室內(nèi)空氣品質(zhì)</p><p>　　室內(nèi)空氣品質(zhì)問題是一門交叉學(xué)科,其定義在不斷發(fā)展。最初認(rèn)為它只與室內(nèi)的污染物有關(guān),但隨著研究的不斷深入,人們認(rèn)識到這種定義已無法完全包含空氣品質(zhì)的內(nèi)

5、容[6]。美國供暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會在1996年提出了一個新的通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)62-1989R,包括可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)和感受到的空氣品質(zhì)等概念,并將其定義為空調(diào)空間中絕大部分(80%或80%以上)人沒有對室內(nèi)空氣表示不滿意,并且空氣中沒有已知的污染物濃度達(dá)到了可能對人體產(chǎn)生嚴(yán)重健康威脅的濃度。這個標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了客觀方面和主觀方面，比較科學(xué)和全面。像有些氣體中的氛、CO等沒有氣味,對人也沒有刺激作用,不會被人感覺到,但卻對人危害很大。如果僅用感

6、受到的室內(nèi)空氣品質(zhì)那是不夠的,必須同時引入可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)，于是也提出了空氣齡、換氣效率和排污效率等許多新概念以及與之相對應(yīng)的試驗方法[7,8]。</p><p><b>　　1.3 人體熱舒適</b></p><p>　　熱舒適是指人體對熱環(huán)境的主觀熱反應(yīng)[1,7,9]。美國供暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)[10]中明確定義：熱舒適是指對熱環(huán)境表示滿意的狀態(tài)。而熱

7、平衡是人感到舒適的必備條件。人的熱平衡即人體新陳代謝產(chǎn)生的熱量與自身蒸發(fā)、導(dǎo)熱、對流和輻射的失熱量的代數(shù)和相平衡。對人體而言，與周圍環(huán)境的導(dǎo)熱、對流及輻射換熱是得熱或失熱的過程，而汗液蒸發(fā)則完全是失熱的過程[11]。</p><p>　　Bedford在1936年提出熱舒適的7級評價指標(biāo)，而從1996年開始ASHRAE使用Fanger的預(yù)測平均投票數(shù)（PMV）和預(yù)測不滿意率百分?jǐn)?shù)（PPD）評價指標(biāo)[12,13]。

8、</p><p>　　氣流組織對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響</p><p>　　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的氣流組織對室內(nèi)空氣品質(zhì)影響很大，設(shè)計合理，不僅可將新鮮空氣按質(zhì)按量地送到人員活動區(qū)，還可及時將污染物排出。設(shè)計不當(dāng)，易造成送、回風(fēng)短路，房間內(nèi)有空氣滯留區(qū)。因而，要想改善、優(yōu)化室內(nèi)空氣品質(zhì)，就需要合理的設(shè)計氣流組織[14]。</p><p>　　由于建筑的裝潢材料 、空調(diào)設(shè)備、人員

9、等的影響，室內(nèi)空氣中存在大量的有害物質(zhì)，而這些有害物質(zhì)中的一部分要作為評價室內(nèi)空氣品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)[15]。要減少污染物質(zhì)，目前普遍采用的混合式空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)首先與室內(nèi)空氣混合，再到達(dá)人員活動區(qū)，以保證其均勻的溫度、濕度場，可這種做法必然使新風(fēng)受到污染，降低了空氣質(zhì)量。理想的氣流組織應(yīng)該將少量的高品質(zhì)空氣送給每一個人，使清潔的新鮮空氣首先到達(dá)人員活動區(qū)域，特別是呼吸區(qū)，再排出室外，而不是將大量不新鮮的空氣送到整個房間，這種氣流組織形式是對傳統(tǒng)

10、的暖通空調(diào)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。從理論上說室內(nèi)新舊空氣間的擾動及摻混愈少，較快、較好、較經(jīng)濟(jì)地改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的可能性就越大。這樣，置換通風(fēng)和個性化送風(fēng)[16]對提高室內(nèi)空氣品質(zhì)無疑是較好的通風(fēng)方式。</p><p>　　氣流組織對人體熱舒適性的影響</p><p>　　影響人體熱舒適感覺的因素有空氣溫度、空氣相對濕度，空氣流速、平均輻射溫度、人的新陳代謝率和衣服熱阻，前四個因素為室內(nèi)物理因素，后兩

11、個因素為個人因素[9,11,17]。</p><p>　　空氣溫度直接影響人體通過對流及輻射的干熱交換。氣流速度對人體流散熱量、蒸發(fā)散熱有影響。平均輻射溫度的改變,主要對人體輻射熱造成影響[18,19]。濕度對人體熱舒適的作用與空氣溫度有關(guān)。</p><p>　　氣流組織對人體熱舒適性的影響主要通過形成的速度場和溫度場而起作用的，不同的氣流組織方式會形成不同的速度場和流速場，從而產(chǎn)生截然不

12、同的熱舒適感覺。根據(jù)有關(guān)上送下回同側(cè)送風(fēng)氣流組織的溫度場模擬實驗得到，在垂直方向溫度梯度過大時，會使人體感覺不舒適。而氣流速度對人產(chǎn)生影響的就是吹風(fēng)感，它是指空氣的流動而引起人體不適應(yīng)的局部冷感覺。一般在送風(fēng)口附近的人，會感覺到有較強(qiáng)的吹風(fēng)感。因此，對于空調(diào)的設(shè)計要注意氣流組織形式的選擇以及對出風(fēng)溫度、速度設(shè)計的控制，使?jié)M足人舒適性的要求。</p><p><b>　　研究現(xiàn)狀</b><

13、;/p><p>　　4.1 室內(nèi)空氣品質(zhì)研究</p><p>　　圍繞室內(nèi)空氣質(zhì)量的系統(tǒng)研究最初主要著眼于室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量的關(guān)系，以及室內(nèi)空氣污染物對人體健康的影響。1965年，荷蘭學(xué)者Biersteker等進(jìn)行了世界上第一個系統(tǒng)的、大規(guī)模的室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量的關(guān)系。他們以鹿特丹60個住戶為對象，測定了室內(nèi)、外SO2和煙塵的關(guān)系，獲得了空氣污染事件期間的室內(nèi)環(huán)境相對安全性、抽煙對于室內(nèi)氣溶膠

14、生成、室內(nèi)SO2衰減與建筑物新舊程度的關(guān)系等重要信息。這一研究表明室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量存在顯著的差異，并且揭示室內(nèi)空氣質(zhì)量對人體健康的影響可能超過室外[20]。隨后，關(guān)于室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量關(guān)系的研究一直未停止過，而且涉及面越來越寬。通過這些研究，人們對各種條件下，不同污染物的室內(nèi)與室外關(guān)系有了全面的認(rèn)識，并建立了一系列室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量關(guān)系的模型。</p><p>　　20世紀(jì)60年代開始關(guān)于室內(nèi)空氣污染健康效應(yīng)的

15、研究主要集中在各種人類活動引起的呼吸性健康疾病。同一時期，國外大規(guī)模出現(xiàn)裝修熱。北歐、美國和其他國家先后開始大量使用甲醛制品，很多居住者出現(xiàn)了急性刺激和急性中毒癥狀，甚至引起中毒性肝炎或是過敏性紫癜。于是，一部分專業(yè)的工作人員圍繞著甲醛污染問題，相繼開展了一些科學(xué)研究。20世紀(jì)80年代美國EPA的總暴露量評價方法學(xué)研究(TEAM)提供了一個全面評價室內(nèi)和室外暴露對人體總暴露貢獻(xiàn)的模型[20]。這個研究得到的一個結(jié)論是：對于揮發(fā)性有機(jī)化合

16、物來說，通常情況下，室內(nèi)污染源對人體總暴露的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室外工業(yè)污染源。</p><p>　　隨著對于室內(nèi)空氣污染問題認(rèn)識的不斷深化，室內(nèi)環(huán)境作為衛(wèi)生和環(huán)境科學(xué)的重要組成部分越來越受到重視。一些室內(nèi)環(huán)境管理機(jī)構(gòu)開始設(shè)立。在他們的指導(dǎo)下，室內(nèi)環(huán)境立法也開始進(jìn)行，到目前為止，歐美各發(fā)達(dá)國家，亞洲的日本、韓國和我國香港地區(qū)，以及世界衛(wèi)生組織已建立比較完善的室內(nèi)環(huán)境法規(guī)。</p><p>　　4.

17、2 舒適性的數(shù)值研究預(yù)測</p><p>　　現(xiàn)今已出現(xiàn)許多復(fù)雜、多樣和大型現(xiàn)代建筑，僅憑實驗和理論分析的方法對室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行精確分析，已經(jīng)很難實現(xiàn)?？捎捎谟嬎銠C(jī)及計算技術(shù)的發(fā)展，流動模型的改進(jìn)和計算傳熱學(xué)的發(fā)展，一種新的研究方法——計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)出現(xiàn)了，它實現(xiàn)了對室內(nèi)氣流的數(shù)值模擬；計算了室內(nèi)溫度 、速度等的分布；研究了舒適性和有害物濃度計算等問題[21,22]。相應(yīng)的國際上出現(xiàn)了一些大型的流場

18、計算軟件，如Fluent、Phoenics和Teach等。因此，借助于計算流體力學(xué)（CFD）對室內(nèi)的空氣環(huán)境參數(shù)進(jìn)行預(yù)測是目前的研究方向之一。當(dāng)前，國外在這方面進(jìn)行的研究主要有：陳清焰博士預(yù)測了單個房間內(nèi)的熱響應(yīng)；Shuzo和Murakami等人建立了計算暖體假人模型，預(yù)測了室內(nèi)人體熱舒適；Flakt k.k.在CFD程序中加入PMV等熱舒適性指標(biāo)的計算模式，對空間內(nèi)的熱舒適性作了預(yù)測[8,23]。在國內(nèi)，重慶建筑大學(xué)的姚潤明等人把舒適

19、的評價標(biāo)準(zhǔn)PMV/PPD模型與建筑動態(tài)熱模擬及計算流體力學(xué)模擬相結(jié)合，對通風(fēng)房間進(jìn)行了室內(nèi)氣候及熱舒適性的模擬與分析?？偟膩碚f，運(yùn)用CFD技術(shù)可以對空調(diào)區(qū)間的氣流組織形式進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化，設(shè)計出</p><p><b>　　研究前景展望</b></p><p>　　1)人體熱舒適研究：不同地理區(qū)域的人體熱舒適區(qū)是否具有普遍性？在動態(tài)熱環(huán)境下，人體熱舒適的環(huán)境參數(shù)范圍是否有

20、變化？</p><p>　　2）氣流運(yùn)動是影響人體熱舒適和室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要因素，關(guān)于氣流對人體熱舒適的影響還沒有得到滿意的定量關(guān)系，氣流與這二者之間的關(guān)系有待研究。</p><p>　　3)為降低室內(nèi)污染物,達(dá)到更好的室內(nèi)空氣品質(zhì),往往會犧牲很大一部分能耗在非工作區(qū)內(nèi),造成了能源的浪費(fèi)。這其中很多都是由于氣流組織設(shè)計不合理所致。所以要設(shè)計合理的氣流組織形式,在達(dá)到空氣品質(zhì)要求的同時降低能

21、源消耗。</p><p>　　4)進(jìn)一步完善CFD軟件：進(jìn)一步提高計算精度，至少達(dá)到與熱負(fù)荷之類模擬計算相當(dāng)?shù)木龋恍枰M(jìn)一步統(tǒng)一與CFD相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫，提高使用效率，如加強(qiáng)與CAD數(shù)據(jù)庫的連接以提高其通用性；需要通過系列實測驗證CFD的計算結(jié)果，完善軟件產(chǎn)品的開發(fā)。</p><p>　　5)空調(diào)系統(tǒng)是實現(xiàn)人體熱舒適和高空氣品質(zhì)的重要手段。要加強(qiáng)空調(diào)的基礎(chǔ)研究，實現(xiàn)由隱態(tài)的調(diào)節(jié)方式向動態(tài)過

22、程的轉(zhuǎn)化，這是當(dāng)前空調(diào)研究的重要方向。</p><p>　　6)隨著建筑設(shè)計人員對人體熱舒適與室內(nèi)空氣品質(zhì)重要性認(rèn)識的提高，在建筑設(shè)計中要考慮如何創(chuàng)造人體熱舒適和高標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)空氣品質(zhì)環(huán)境。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　對于設(shè)計舒適性中央空調(diào)的目的就是為了改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，滿足人體熱舒適性的要求，而其中送風(fēng)過程中

23、如果選擇的氣流組織形式不當(dāng)就會給人帶來不適，且加重室內(nèi)環(huán)境污染程度。因而，通過對氣流組織、室內(nèi)空氣品質(zhì)、人體熱舒適性三者的了解，可以在設(shè)計中央空調(diào)時，能夠做到心中有數(shù)。在設(shè)計時能多加考慮，避免盲目設(shè)計而影響后期設(shè)計的進(jìn)程。同時，在了解有關(guān)資料后對于當(dāng)前的研究進(jìn)程有了一定的了解，能夠擴(kuò)展知識面。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1

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