噴射滲透式纖維空氣分布系統(tǒng)的建筑送風實驗研究

劉剛寇野王杏

（1中建三局三公司 陜西西安 710032 2西安大明宮先鋒置業(yè)有限責任公司 陜西西安 710032）

隨著科技不斷進步，人們對建筑內(nèi)部環(huán)境的要求開始朝著更舒適、更健康的方向發(fā)展。由于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)管道積灰及運行管理等方面的問題[1,2]，不能有效地保證室內(nèi)良好的空氣品質(zhì)（IAQ）的要求，甚至引發(fā)病態(tài)建筑綜合癥（SBS:Sick Building Syndrome）和建筑相關(guān)疾病（BRI:Building Related Illness）。在此背景之下,一個更加方便清潔的新型送風系統(tǒng)—纖維空氣分布系統(tǒng)就越來越受到大家的重視。纖維空氣分布系統(tǒng)（Fabric Air Dispersion System，簡稱FADS）是一種由特殊聚酯纖維制成的集空氣傳輸和散布于一體的空調(diào)末端裝置。系統(tǒng)主要的送風形式有純滲透、條縫、條縫滲透以及噴射、噴射滲透等。系統(tǒng)一般安裝在空調(diào)房間的頂部，通過整個管壁的纖維縫隙和經(jīng)過設(shè)計的小孔出風，如圖1所示。

圖1 纖維空氣分布系統(tǒng)送風及安裝示意圖

國外對于該系統(tǒng)的研究成果主要來自產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的設(shè)計技術(shù)人員的科學研究，其中 k.Gebke[3]在技術(shù)研究報告中簡述了此系統(tǒng)最近的發(fā)展狀況。在各類型的纖維送風系統(tǒng)中，噴射滲透式送風系統(tǒng)采用的較為普遍。此類型的系統(tǒng)送風分為兩個部分，一部分由纖維風管的纖維縫隙滲透出風，另一部分由開設(shè)的噴孔射流送風至空調(diào)空間。纖維風管的孔隙率是影響兩部分風量分配的主要因素，不同材料滲透出風和射流出風的風量比例不同。由于滲透送風和射流送風動力均來自管道內(nèi)的壓力，并且射流速度初始速度也受管道內(nèi)壓力影響，為滿足送風距離，設(shè)計中往往對射流速度有一定要求，那么勢必會影響到射流和滲透的兩部分的風量分配。本研究通過全尺寸實驗測試的方法，分析了滲透噴射式纖維空氣分布系統(tǒng)送風滲透風量和射流風量兩部分風量的比例的關(guān)系，以及由于射流速度變化引起的風量分配比例的變化規(guī)律，為系統(tǒng)初步設(shè)計和實際應(yīng)用提供參考。

1 實驗設(shè)置

1.1 實驗臺設(shè)置

實驗所用房間的大小尺寸為7.0 m×4.0 m×3.14 m（長×寬×高），實驗用風管是某公司生產(chǎn)的滲透射流型纖維風管，布置在房間頂部中央，風管長3.5m，直徑0.3m，小孔直徑0.008m，均勻排列，小孔之間的距離是 0.1m；開孔方向分別為 4、5、6、7、8點方向，如圖2所示。送風由離心風機提供，額定送風量為1500 m3/h，為了避免影響室內(nèi)流場，進風來自室外空氣，送風風量由節(jié)流閥控制。排風口設(shè)置在右側(cè)墻中心處，風口為正方形風口，為距地面2.55m，大小尺寸為：0.5×0.5 m2。

圖2 全尺寸實驗系統(tǒng)示意圖：(a)正視圖，(b)側(cè)視圖

1.2 實驗儀器及精度

速度測試選用SWA31風速探頭配合Swema多點測試采集系統(tǒng)，最多可控制16個測點同時測量，速度場的多點實時無擾動監(jiān)測。對于每個測點的速度測試，采樣頻率設(shè)置為2Hz，采樣周期設(shè)置為180s，以消除湍流射流脈動性對測試結(jié)果準確性的影響。測量時所用SWA31風速探頭剛經(jīng)過廠家標定，測速范圍：0.1-30.0m/s，測溫范圍：-20-80°C。用于送風系統(tǒng)送風量測試的SWA31探頭在本文速度測試范圍內(nèi)（6-15m/s）最高誤差為0.1m/s，全尺寸實驗設(shè)置如圖3所示。

圖3 全尺寸測量實驗系統(tǒng)圖

1.3 測點設(shè)置

測試沿風管圓弧方向選取了五排測點，分別為4、5、6、7、8點方向，沿風口長度方向選取了18個測點，且各測點均勻布置，間距為200mm。在速度測試部分，測試速度進行處理，采用公式（1）計算平均速度：

滲透與射流風量比例的測試的小孔出風風速設(shè)定為為6.5m/s-14m/s，速度每次增加1m/s，每調(diào)節(jié)一次出風速度，測量一次系統(tǒng)的總送風量，測試開孔間距見圖4。

圖4 射流初始速度測點布置示意圖

2 實驗工況及結(jié)果

表1 不同開孔面積不同射流風速下系統(tǒng)送風量Q（m3/h）

3 數(shù)據(jù)分析

當射流速度增大時，送風量增大，當射流出口面積（開孔面積）增大時，送風量增大。根據(jù)公式可以計算出射流出風量，以出口風速為橫坐標，以射流出風量與總送風量的比值為縱坐標作圖如下：

圖5 不同開孔面積比下射流占風量百分比與射流速度變化關(guān)系圖

如圖5所示，射流出口面積（開孔面積）與風管表面積比影響射流出風量所占總風量比例，射流出風面積（開孔面積）越大，射流所占的總送風量的百分比越高，射流出口面積（開孔面積）與風管表面積的比值增加8%，射流所占的總送風量的百分比越高增加大約10%。當射流出口面積（開孔面積）與風管表面積比一定時，射流速度增大時，射流出風量所占總送風量的比值逐漸減小，即射流出量減少；射流速度由6.4m/s增大到15m/s時，射流風量占總送風量的比降低幅度為10%左右。

4 結(jié)語

射流滲透式纖維空氣分布系統(tǒng)的送風一部分由纖維縫隙通過滲透的方式進入送風空間，另一部分通過開設(shè)的小孔通過射流的方式進入送風空間。兩部分風量的比值受到風管材料本身的材料特性和管道內(nèi)的壓力的影響，還受到小孔開設(shè)的大小和數(shù)量的影響。當小孔出風速度一定時，開孔的總面積越大，射流部分所占的比例越大；開孔面積一定時，射流出風速度越高，射流出風量所占比例越小，變化規(guī)律不受開孔面積的變化影響。

[1]李建興,張美元.空調(diào)系統(tǒng)送風方式對熱舒適性的影響.中國建設(shè)信息供熱制冷,2005,10:77-80.

[2]姚壽廣,馬哲樹,陳寧等.室內(nèi)空氣品質(zhì)研究現(xiàn)狀及發(fā)展評述.華東船舶工業(yè)學院學報,2002,16(3):21-27.

[3]K.Gebke, N. Paschke, BUILDING CODES＆COMPLIANCE,A Summary of Air Dispersion Systems (Fabric),technical research report of DuctSox Corp. 2011, DSWPBC1111A.