暖通空調(diào)HV&AC計熱分布系數(shù)結(jié)構(gòu)分析西安建筑科技大學趙鴻佐☆趙蕾西北電力設計院王修川提要熱分布系數(shù)作為評價通風系統(tǒng)效率的重要指標之一,迄今除試驗外尚無其他定值方法。應用作者的溫度預測方法,證實了熱分布系數(shù)是熱分層高度及房間輻射傳遞因子的函數(shù)。得出的熱分布系數(shù)數(shù)學表達式與試驗結(jié)果吻合良好關鍵詞熱分布系數(shù)熱分層高度房間輻射傳遞因子Analysis of the structure of the heat distribution factorBy Zhao Hongzuo*, Zhao Lei and Wang XiuchuanAbstract Until recently there was no means but experiment to determinethe heat distribution factor, an important indicator of ventllationeffectiveness. Using the method of room temperature prediction by the authorsproves that the heat distribution factor(m)is a functlon of the thermalstratification height and the room radiation transfer factor and themathematical representation obtained of m agrees well with experiment results.Keywords heat distribution factor, thermal stratification height, roomradiation transfer factorXi an Uhiversity of Architecture Technology熱分布系數(shù)以及它的倒數(shù)溫度效率或通風系近年E.O. shilkrot'6提出室內(nèi)氣流紊流擴散傳輸統(tǒng)能量利用效率是評價通風效率的重要指標之一。的熱量在數(shù)值上相當有限,因此建議采用分區(qū)熱平雖然對它的研究可以迫溯到近半個世紀以前,但迄衡近似計算熱分布系數(shù)的方法。由此可見認識正今為止除試驗之外尚無其他有效的定值方法。自在不斷提高、充實和發(fā)展,因而最終的預測熱分布從1953年B.B.巴圖林指出了熱分布系數(shù)與熱源系數(shù)的目標是可以預期的及建筑面積比之間具有某種定量關系1之后,1熱分布系數(shù)的函數(shù)結(jié)構(gòu)H.A.弗努赫特2繼續(xù)在此基礎上做過一些工作,由于熱分布系數(shù)本質(zhì)上說是一個受限空間內(nèi)并對BB巴圖林的認識有所補充與修正;隨后Ⅱ.的熱對流擴散問題,因此它與一切建筑、熱源和通H安德烈夫認為熱分布研究應以里查遜數(shù)R風條件有關擇甚要者它首先是以下多個工程物(或阿基米德數(shù)Ar)作為非等溫流動分析的特征參中國煤化工數(shù);實踐中∏A.阿伊皮多夫4及馬仁民5先后應CNMH☆用Ar來統(tǒng)一歸納不同送風方式效果的試驗數(shù)據(jù);10055西安建筑科技大學環(huán)境工程系029)5524305收稿日期:1998-05國家自然科學基金資助項目(編號59608003)犒件修回日期:1999-06-182·專題研討1999年第29卷第4期理因素及幾何因素的函數(shù),即表1基本熱源模式特征1.1僅有熱t(yī)w.zo熱源模式溫度分布F對流擴散時Fm(Q,G,V,F,h,n,…)(1)A空均布等斜率0H0熱分布系數(shù)的函數(shù)結(jié)構(gòu)其中m為熱分布系數(shù);tw,z為工作區(qū)平均溫B.底平面均布零梯度由圖1度,℃;to為進風溫度,℃;tr為排風溫度,℃;Q為C.底部集中二段斜率10~H0中,A,B,C室內(nèi)排熱量,W;G為通風量,m3/s;V為建筑容注:表中W為室內(nèi)輻射傳遞因子溫度分布線積m3;F為建筑地板面積,m2;f為熱源面積,m2;可知h為熱源高度,m;ns為熱源個數(shù)。m=f(Z,△)然而,室內(nèi)動量及熱量平衡的微分方程組又無式中Z為熱分層高度,m;△為室內(nèi)頂棚處與熱分法解出表示熱分布系數(shù)與各物理量間的關系,也就層高度處的溫差,℃。若已知Z及△則m可以確使得在不同條件下得到的試驗結(jié)果無法科學地歸定,式中熱分層高度Z可以通過熱源上浮力羽流納統(tǒng)一,從而形成當前研究與應用上局限于經(jīng)驗性的解并使用下送風時的雙室模型而得出,而且它與認識的原因。式(1)有相同的變元,由于一般書刊中只有點熱源作者在文獻7,8]中指出:在有余熱的下部送或線熱源的解,而最重要、最實用的應是面熱源的風房間,室內(nèi)溫度分布是一個增函數(shù)。而決定室溫解,為此筆者最近求得它的兩個近似解9為垂直分布的主要因素是氣流平均流速及流向和熱接近正方形的矩形面熱源源分布條件及散熱方式。工程中熱源分布條件可zn=1/2m1以歸納成3種基本模式,即A.空間均布熱源,B.底(3)平面均布熱源,C.底部集中熱源。如果對典型熱源分布條件在流向限定的前提下對室溫分布逐寬帶狀面熱源加以研究,則凡是由典型熱源分布的不同組合構(gòu)成6 2mP的實際問題都是可以定量解決的。由于熱分布系數(shù)既是一些工程因素的函數(shù)同時又是以3個溫度其中zF為面熱源時的熱分層高度,m;Ar為房值來定義的,因此只要知道溫度變化的物理根據(jù),也就有可能得到式(1)的解了。間的阿基米德數(shù),A=EQV5;m為速度分布因討論圖1中A及B所包圍的三角形內(nèi)的所有子,試驗常數(shù);P為溫度分布因子,試驗常數(shù);b為溫度變化圖式,即5熱源的半寬,m。種基本變化,其中從本義上說熱分層高度Z實際上是對無限空1忙A,B,C是3種基本間中熱源上的自然對流熱運動所作限化熱源模式所對應的近似處理,因而面源的解中同時顯示了Ar,V溫度模式,而AB及f/F這3個重要變量的關系。如果再加上半經(jīng)驗BC則是由A+B及處理及流量修正還可以將離地面源或體熱源的熱B+C復合而成的源高度h3及均勻散布的熱源個數(shù)n引人到ZF的圖1基本熱源模式下的溫度分布溫度分布,再從表1表達式中。圖中△為地板表面上空氣溫度的特征參數(shù)及圖1是一個變化不大的值,因為在受限空間內(nèi)與送風溫度之差,△tE為頂棚與地板溫度之差可見,A及B不僅熱源上的熱氣流上升后橫向擴展而形成一個溫度是C的,也是AB及的小梯度區(qū)間,在理論上說假如混合充分則得到它BC的兩個極限狀況因此研究這5種分布基本上的中國煤化工也就概括了下部送風條件下的室溫實際可能分布。CNMHG(5)為了使討論能逐步深化,下面將問題分成兩類依次雖然文獻[8]給出了進行分析。Δ=P2(tE-to)(6)暖通空調(diào)Iv&AC專題研討·3式中P為熱源的輻射百分比。但因式(2)中的它的經(jīng)驗表達式為Z及△的函數(shù)組成仍是未知的,因而只好退而求其次,即因知△=0時有m的最大值,則由式(2)mmn=3.4(0.05+)(9)可先求解式中S=√V。即在同一建筑內(nèi)f/F愈大mmmT=f(Z)(7)值也隨之增大,按式(9)計算結(jié)果與直接試驗結(jié)果則m可以稱做理論的熱分布系數(shù)上限值,因為式的比較列于表3。mm的存在說明當Q值一定(7)是以式(5)為條件而存在的,所以在任意Z值時,加大風量固然能在一定范圍內(nèi)降低m值,但當范圍內(nèi)m值總要比實際上的m值為大。mr可以m降到mm之后,再增大通風量就不能進一步改根據(jù)圖1及表1條件由m值的定義而直接寫出:善通風效果了。(8)表3mm計算值與試驗值比較T0.12345678910備注ZE<2, C=0.2201710.1710.1310.0860.0850.0280.0280.0220.014平均差值式中s15.03.7751507.53.77.53.715.03.7=0.048ZF>2,C=1試驗值0.440.760.670.370.300.410.100.230.120.2標準偏差計算值0.460750.540.310.330460190.20.120.22d=0.035可見式(8)是一個隨ZF值增大而逐漸減小的遞減對于同一建筑內(nèi)部,在m=1到mm之間,m函數(shù)。利用式(8)這個理論構(gòu)架就有可能較容易地隨ZF的變化與fF無關,即不論fF大小如何最終得到實際的熱分布系數(shù)的解,為此需要進行有較寬廣的覆蓋范圍的大樣本試驗,這只有采用計算它們的變化軌跡是相同的,區(qū)別只是fF愈大就愈早到達mmin而已。對于不同的建筑,則各自有機模擬試驗才能迅速有效地完成。筆者應用以K-ε二方程紊流數(shù)學模型為基礎的三維其對應的軌線,即S=√V愈大者,它離理論的mPHONICS程序,對在表2所列的參數(shù)條件范圍內(nèi)值上限曲線愈近,應用式(8)及3種不同大小建筑的107組試驗進行了分析,試驗包括了3種不同大的試驗結(jié)果,可以歸納得到m=1-mm間的方程小的建筑及10種fF值熱源為中置單個貼地面為源,通風方式為下送上排,試驗結(jié)果的全部數(shù)據(jù)整m=1-C|16(3)045(10)理后歸納在圖2中式中的中括號部分表示用試驗方法得到的式(2)與表2模擬試驗參數(shù)跨度式(8)間的差異。應用式(10)計算m值時,對于已Q/W G/m/s Ar V/m F/m2 f/m2知的f/F,它的有效值僅在m>mmn部分。即使432~2.5~17.5~0.25900005400095052360036080對于最小的f/F值,計算也僅在m>0.2部分有效,因為當m<0.2時既無實用意義而且計算誤差1.0Af"F,-1,"16°?雜迅速發(fā)散。而在適用范圍內(nèi),即m>0.2范圍內(nèi)使用,則計算與試驗的誤差一般約小于0.05。由于=52.536式(9)及(10)是建立在理論分析與大樣本試驗基礎上的,因而總體上它對于下部送風的貼地面源問題是有足夠的可靠性的,對于離地面源問題因為試驗的覆蓋面不夠大,因而在此暫且不論。1.2有輻射熱轉(zhuǎn)移時的熱分布系數(shù)平面熱源h:=0=0聽墻尸紅熱經(jīng)常同時存在,即與上中國煤化以對流熱直接加熱CNM則無異于在室內(nèi)產(chǎn)生周圍,L,.,mx圖2計算機模擬試驗結(jié)果了一個位移的次熱源,而且次熱源的位置愈低,對圖2顯示對于每一個建筑熱源條件,存在一個熱分布系數(shù)的影響也愈大,因此輻射熱轉(zhuǎn)移的主要不依Z值大小而改變的最小熱分布系數(shù)值mm,影響可以簡化地歸結(jié)到地板表面氣溫的變化上?！?·專題研討1999年第29卷第4期下部進風的房間如果不是由于輻射的原因,除了地的溫度分布,根據(jù)熱分布系數(shù)定義可以直接寫出板自身是熱源的情況以外,空氣溫度在地板附近是mT=1-C(1-W)(17)與進氣溫度相同的。反之在輻射作用存在時,地板因得到輻射熱并轉(zhuǎn)而加熱了周圍的空氣因此可令式中z<2,C=2FW=tFo- toZF>2,C=1-式中tPo為地板表面上的空氣溫度,℃。及當W=0時式(17)退化成式(8),圖1中的AB及含義同式(1)。W表示地板及天棚處氣溫與進氣BC線亦退化成A及C線。當W在0-1之間變溫度差之比因為它是一個反映室內(nèi)輻射熱轉(zhuǎn)移的化時,mr曲線的變化略示如圖4。即輻射傳遞使存在對室溫分布或熱分布系數(shù)影響的一個指標,理論的熱分布上W愈大說明輻射的影響愈大,在不考慮輻射傳遞時W=0,所以可以稱W為室內(nèi)輻射傳遞因子。如以式(17)代替它的大小取決于兩種情況:①熱源直接投射到地板式(8)結(jié)合圖2的上的輻射熱量QF與室內(nèi)總散熱量Q。之比,即試驗結(jié)果,即可得到貼地面源考(12)慮輻射交換時的圖4m與W的關系曲線實際熱分布系數(shù)②室內(nèi)由表面溫度為tE的天棚向表面溫度為t式的地板輻射熱量,并經(jīng)地板加熱周圍空氣時,由文獻[8]有(1-W)(18)(13)因為貼地面源對地板的輻射為0,故此時應有W=F\a+。)+1W2。式(17)及(18)顯示了比式(8)及(10)更完整式中an為輻射換熱系數(shù)W/(m2K);a。為對流的結(jié)論,即熱分布系數(shù)不僅是熱分層高度Z而且換熱系數(shù),W/(m2·K)。如果同時存在情況①及②也是室內(nèi)輻射傳遞因子W的函數(shù)。對Z及W的則采用圖3的符號標記,此時式(13)應改為預先計算,使得m表達式中的變元數(shù)量大大減少了,亦即Z及W在求解m中起了一個中間變量的△作用。雖然不同形狀熱源對Z,W,m等的影響是不同的,但式(17)所揭示的規(guī)律及式(18)等對貼地(14)面源求解的例證說明了,m值可以求解的事實是則毋庸置疑的了?！鱰E為了進一步檢驗輻射作用存在與否的區(qū)別,下W=W1+W2a△tE面引用馬仁民教授提供的試驗條件及結(jié)果并歸納=W1+W2(1-W1)圖3存在輻射整理在圖5中。試驗是在V=5075m3的試驗室時的溫度分布內(nèi)進行的,通風采用3種不同風口的地板送風頂部圖中符號含義見Q+EG(1+1集中排風,熱源為體熱源,試驗中的熱源個數(shù)是1圖1注,下角標1,2分別表示①或2且均位于房間中部。試驗條件的W的平均值②兩種情況(15)按式(16)計算為0.2,由于筆者并未專門進行過體如果將式(15)中的p,Cp,ar,ac以常量代入,并將熱源的試驗,因此圖5是用筆者得到的離地面源的風量改成房間小時換氣次數(shù)N與容積的乘積則熱分層高度經(jīng)驗式近似處理的。此時式(15)可以簡化成中國煤化工h對CNMHG圖5中的虛線表示W(wǎng)QQ(16)離地面源在W=0時之實驗曲線,實線則是對近50已知W后,再回到圖1中AB及BC線表示個數(shù)據(jù)歸納得到的體熱源在W=0.2時的實驗曲暖通空調(diào)HV&AC專題研討·5·線,兩者room temperature distribution. Proceedings of roomvent在相對98, 1998. Stockholm位置及9趙蕾面熱源上浮力羽流的近似解西安建筑科技大學學報,1998,(4)變化趨方體熱平面熱源勢上的·簡訊致,對《中央空調(diào)的清洗與保養(yǎng)》肯定前0.2V=50.75書出版f-0.25a2h=0.6m面的分析是有由中國藍星化學清洗總公司編輯的《中央空調(diào)的清洗利的。與保養(yǎng)》已于1999年5月出版。該書具有較強的知識性和2結(jié)論實用性較為系統(tǒng)、詳細地介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu);中央空圖5存在和不存在輻射交換調(diào)的腐蝕、結(jié)垢及危害;中央空調(diào)清洗的意義、機理、藥劑作用時的熱分布系數(shù)21熱工藝;中央空調(diào)水系統(tǒng)的水質(zhì)處理維護與保養(yǎng);中央空調(diào)分布系清洗實例。數(shù)或溫度效率是有規(guī)律的,因而也是可以定量預測該書定價50元/本(包括掛號郵寄費)需要者可直接22熱分布系數(shù)的理論上限值可以表示成式西路洗》編輯部聯(lián)系:1000北京市朝陽區(qū)北土城的與《化學清(17)。對于面熱源,熱分層高度ZF可從式(3)及蒸發(fā)冷卻與熱能回收(4)得到,室內(nèi)輻射傳遞因子W則表示成式(15)或(16)。亦即理論熱分布系數(shù)是熱分層高度Z及空調(diào)新技術(shù)交流會室內(nèi)輻射傳遞因子W的函數(shù)。西安制冷學會、陜西省暖通空調(diào)學術(shù)委員會、陜西省暖2.3建筑及熱源尺度變化對熱分布系數(shù)的主要影通空調(diào)信息網(wǎng)與江蘇申海集團聯(lián)合主辦的蒸發(fā)冷卻與熱能回收空調(diào)新技術(shù)交流會于1999年4月22日在西安建國飯響是:熱分層高度Z相同時,較大的建筑空間即S店舉行。來自西安地區(qū)各設計院、高校和科研等單位120較大者,則熱分布系數(shù)愈接近理論上限值mr;在多名代表出席了大會。上海同濟大學和西安有關設計院和同一尺度建筑內(nèi)即S相同時,f/F愈大者則最小高校的專家進行了學術(shù)交流江蘇申海集團介紹了有關蒸熱分布系數(shù)mmn的值亦較大;當∫=F時則不論發(fā)冷卻與熱能回收空調(diào)應用研究成果。蒸發(fā)冷卻與熱能回Z,W,S為何值均有m=1。因而實際的熱分布系收技術(shù)是近年來發(fā)展的空調(diào)節(jié)能環(huán)保新技術(shù),在西北等地區(qū)具有廣泛的應用前景。有關這次交流會的內(nèi)容刊載在數(shù)可以在理論熱分布系數(shù)mr分析的基礎上引入《西安制冷》19年第1期專輯上建筑及熱源尺度的經(jīng)驗修正而得到。(本刊通訊員黃翔)3參考文獻1B.B.巴圖林,BAM愛里帖爾門工業(yè)廠房自然通風(中大型系列《制冷與空調(diào)應用技術(shù)叢書譯本)北京:冶金工業(yè)出版社,1957將陸續(xù)出版2H.A.弗努赫特,C.KO.基柯有余熱廠房自然通風計算(俄).蘇聯(lián)高校通報土建版,1959,(10)由西安制冷學會主編、科學出版社出版發(fā)行的大型系3ⅡH安德烈也夫.工業(yè)企業(yè)車間內(nèi)的熱濕傳播(中譯列《制冷與空調(diào)應用技術(shù)叢書》今年6月起陸續(xù)與讀者見本).北京:紡織工業(yè)出版社,1958面。該叢書共13分冊,書目分別為:第一冊《制冷空調(diào)原4A.A.阿伊皮多夫.接收放大管廠熱車間的通風換氣理》第二冊《制冷壓縮機》第三冊《制冷設備》第四冊《電(俄).BCT,1964,(10)冰箱與冰柜》第五冊《小型冷藏與冷飲裝置》第六冊《小型5馬仁民,地板送風氣流分布因素影響熱分布規(guī)律的研低溫冷庫》第七冊《小型果蔬冷藏氣調(diào)庫)第八冊《冷水機究暖通空調(diào),1985,15(3)組》第九冊《空調(diào)設備》第十冊《房間空調(diào)器》第十一冊6 EO Shilkrot. Determination of design loads on room《空調(diào)中國煤化工自動控制》、第十三冊heating& ventilation system using the method of zone by《特種CNMHG行業(yè)生產(chǎn)、運行操作zone balance. ASHRAE Trans, 1993, 90管理維修以有大制砱空調(diào)墳不刀國的科技人員。如要購7趙鴻佐,李安桂下部送風房間空氣溫度分布的預測暖買該叢書請與科學出版社發(fā)行處聯(lián)系,地址:北京市東城區(qū)通空調(diào),1998,28(5)東黃城根16號,郵政編碼:1007178 Hong-zuo Zhao, An-gui Li. A method for prediction of本刊通訊員黃翔)