散流器平送氣流組織計算方法的優化

單 濱 林艷艷

(1.中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢 430223； 2.中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430071)

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散流器平送氣流組織計算方法的優化

單 濱1林艷艷2

(1.中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢 430223； 2.中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430071)

介紹了氣流組織的基本要求，結合設計手冊中推薦的散流器送風設計計算方法，提出了優化的散流器平送氣流組織設計計算方法，并通過實例證明，優化后的方法避免了現有設計方法需要查表的不便。

散流器，氣流組織，計算方法

散流器送風是公共建筑舒適性空調經常采用的送風方式之一。關于散流器平送氣流組織的設計方法，在設計手冊[1]和專業書籍[2]中均有介紹，國標圖集[3]中也提供了散流器的性能參數供設計選用。在分析了設計手冊和專業書籍的計算方法之后，提出了一種優化的計算方法，便于設計人員快速設計選型。

1 氣流組織的基本要求

空調區的氣流組織設計，應根據空調區的溫濕度參數、允許風速、噪聲標準、空氣質量、溫度梯度以及空氣分布特性指標等要求，結合內部裝修、工藝或家具布置等確定[4]。在散流器送風氣流組織設計計算過程中，空調區風速及散流器送風速度是兩項重要的控制指標。

1.1 對空調區室內風速的要求

對于舒適性空調人員長期逗留區域，在熱舒適等級為Ⅱ級的情況下，冬季空氣調節區室內平均風速vpj≤0.2 m/s，夏季空氣調節區室內平均風速vpj≤0.3 m/s。

1.2 對滿足噪聲標準的送風速度要求

對于不同的建筑物，為了保證室內聲環境質量，散流器頸部最大送風速度尚應滿足表1要求[1]。

表1 散流器頸部最大送風速度 m/s

2 設計手冊推薦的散流器送風設計計算方法

設計手冊推薦的散流器送風氣流組織設計計算方法是目前設計人員常用的計算方法之一。其采用的主要計算公式及計算流程如下文所述。

2.1 散流器送風的基本公式

P. J. Jackman 對圓形多層錐面型散流器和盤式散流器進行實驗，實驗時將單個散流器設置于房間的平頂中央(與平頂齊平)，氣流水平吹出，不受阻擋。房間呈方形或者接近方形。綜合實驗結果，提出散流器射流衰減方程式[1]。

(1)

其中，vx為距散流器中心水平距離為x處的最大風速，m/s;vs為散流器的送風速度，m/s;K為送風口常數，多層錐面散流器取1.4，平盤式散流器取1.1；F為散流器的有效面積，m2；x為以散流器中心為起點的射流水平距離，m;x0為平送射流原點與散流器中心的距離，多層錐面散流器取0.07 m。

因送風速度滿足以下關系式：

(2)

其中，Ls為散流器送風量，m3/s。

式(1)可改寫為:

(3)

室內平均風速與房間尺寸和氣流射程有關，并按下式計算:

(4)

其中，vpj為室內平均風速，m/s;n為射程比，即射程距離與房間(或分區)長度1/2的比值，按照式(5)進行計算;A為空調房間(或分區)的長度，m;H為空調房間(或分區)的高度，m。

(5)

2.2 設計手冊中推薦的氣流組織設計計算步驟

1)根據房間(或分區)的尺寸布置散流器，計算單個散流器送風量Ls。

2)假定射程比n=0.375(即射程為散流器中心到墻面或分區線距離的75%)，按照式(4)計算室內平均風速vpj，或按照文獻[1]提供的計算表查取。分別根據送冷風和送熱風的情況，對vpj進行修正并校核vpj是否滿足要求。

3)根據散流器送風量Ls，在文獻[1]提供的計算表中查取送風速度vs、有效面積F及散流器的直徑。

4)進行其他參數的驗算，例如根據建筑物允許噪聲標準，按照表1進行送風速度驗算。

5)按照計算所得的散流器直徑，查取產品樣本選取散流器的型號，并校核其射程。

3 氣流組織計算方法的優化

設計手冊推薦的計算方法在使用時需要查取表格，使用起來不是太方便。故對其計算方法進行了一些改進，盡量避免查表帶來的不便。

3.1 計算公式的改進

考慮到在設計過程中，散流器的頸部風速是一項重要控制指標，并且設計樣本參數中往往提供的是喉部面積和喉部風速，利用散流器有效面積系數的概念，對式(1),式(3)進行了變換。另外考慮到后續設計過程進行風道系統水力計算的要求，增加了散流器的壓力損失計算公式。

因為:

(6)

其中，a為散流器面積有效系數，按照樣本選取或近似取為0.9[2]；F0為散流器的頸部面積，m2。

故有:

(7)

其中，v0為散流器的頸部風速，m/s。

式(1)，式(3)分別改寫為：

(8)

(9)

散流器的全壓損失、靜壓損失分別按式(10)，式(11)計算:

(10)

其中，ΔP為散流器的全壓損失，Pa；ζ為以喉部風速計算的散流器的局部阻力系數，對圓形多層錐面散流器可取3；ρ為空氣密度，可近似取為1.2 kg/m3。

(11)

其中，ΔPj為散流器的靜壓損失，Pa。

3.2 優化的氣流組織設計計算步驟

根據行業標準[5]定義，射程x即散流器中心至射流末端速度為0.5 m/s時的距離，故計算中vx取0.5 m/s。在設計中射程一般按照散流器中心至墻面(或分區邊線)距離的0.75倍～1.0倍計算，即n=0.375～0.5。基于以上兩點，優化的氣流組織設計計算步驟如下：

1)根據房間(或分區)的尺寸布置散流器，計算單個散流器的送風量Ls。

2)分別假定n=0.375及n=0.5，按照式(4)計算室內平均風速vpj。需要注意對于散流器平送氣流組織，室內平均風速vpj是按照等溫射流條件計算得到的。送冷風時，vpj應取計算值的1.2倍；送熱風時，vpj應取計算值的0.8倍。故對于舒適性空調人員長期逗留區域，在熱舒適等級為Ⅱ級的情況下，計算得到的vpj≤0.25 m/s即可認為符合要求。否則應重新劃分區域，重新進行散流器的布置。

3)根據單個散流器的送風量Ls，分別得到n=0.375及n=0.5時的散流器喉部面積F0計算值和散流器喉部直徑D0計算值。

散流器喉部面積F0通過由式(9)導出的式(12)計算，散流器喉部直徑D0由式(13)計算：

(12)

(13)

其中，D0為散流器的頸部直徑，m。

4)由步驟3)計算分別得到n=0.375及n=0.5時散流器喉部直徑D0的兩個計算值，取介于兩個計算值之間的散流器標準規格型號，根據式(14)計算實際散流器喉部面積F0，根據式(7)計算實際散流器喉部風速v0并根據表1進行允許噪聲校核，根據式(15)，式(5)分別計算實際散流器送風射程x及n，根據式(4)計算實際的室內平均風速vpj并進行冷熱工況修正。

(14)

(15)

5)根據式(10)，式(11)分別計算散流器的全壓損失和靜壓損失。

3.3 計算實例及結果驗證

現以文獻[1]中提供的例題為例進行設計計算并驗證優化計算方法的準確性。

例題：一間辦公室內區擬采用圓形散流器送風，建筑尺寸為長×寬×高=24 m×20 m×4 m。根據房間負荷及送風溫差計算，房間總送風量為3.336 m3/s。

設計計算過程如下：

步驟1)：將該房間長度方向分為4等分，每等分6 m；寬度方向分為3等分，每等分6.7 m。共劃分為12個分區，每個分區長×寬=6.7 m×6 m。每個分區內布置一個圓形散流器，每個散流器的送風量為0.278 m3/s。

步驟2)，3)計算結果見表2，步驟4)，5)計算結果見表3。根據表3的結果，可選擇喉部直徑為300 mm的散流器，與文獻[1]給出的計算結果基本一致。

表2 優化計算方法步驟2)，3)各項計算值

表3 優化計算方法步驟4)，5)各項計算值

但是需要注意，經過計算和對比，通過式(9)計算所得的氣流射程相比文獻[3]提供的氣流射程數值上偏大10%～20%(數據計算及對比過程本文中不再贅述)。故建議當按照文獻[3]提供的參數設計選用散流器時，宜將根據式(9)計算所得的射程乘以0.8～0.9的修正系數選用。

4 結語

1)在設計手冊推薦的計算方法基礎上，優化了散流器平送氣流組織設計計算方法，應用優化計算方法可以較為快速的完成設計計算，避免了現有計算方法需要查表的不便。當利用優化計算方法通過Excel表格或類似軟件在計算機上計算時，使用更為方便。

2)經過對比驗證，優化計算方法與設計手冊推薦的計算方法選型結果基本一致。

3)通過優化計算方法得到的射程計算值比國標圖集中提供的散流器射程參數偏大10%～20%，建議實際射程可取計算值的0.8倍～0.9倍。

[1] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2008：1911-1956.

[2] 馬最良，姚 楊.民用建筑空調設計[M].北京：化學工業出版社，2003：186-188.

[3] 中國航天建筑設計研究院(集團).10K121風口選用與安裝[Z].2010.

[4] GB 50376—2012,民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[5] JG/T 14—2010,通風空調風口[S].

Optimization of the calculation method of the air distribution with air diffusers

Shan Bin1Lin Yanyan2

(1.SouthChinaMetallurgicalEngineeringTechnologyCo.,Ltd,Wuhan430223,China；2.Central-SouthArchitecturalDesignInstitute,Wuhan430071,China)

The paper introduces basic air distribution demands. Combining with air diffuser blowing design calculation methods introduced in the design manual, it puts forward design calculation methods of optimizing air diffuser blowing distribution. Through practical examples, it proves that: the optimized method avoids inconvenience of current design method.

air diffuser, air distribution, calculation method

1009-6825(2016)31-0127-03

2016-08-24

單 濱(1986- )，男，碩士，工程師； 林艷艷(1986- )，女，碩士，工程師

TU834.31

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