氣流組織對(duì)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(jì)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(duì)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(gè)重要環(huán)節(jié)，直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的使用效果。因?yàn)橹挥泻侠淼臍饬鹘M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(duì)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(jì)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(wèn)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(shí)到這種定義已無(wú)法完全包含空氣品質(zhì)的內(nèi)

5、容[6]。美國(guó)供暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)在1996年提出了一個(gè)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(méi)有對(duì)室內(nèi)空氣表示不滿意,并且空氣中沒(méi)有已知的污染物濃度達(dá)到了可能對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重健康威脅的濃度。這個(gè)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(méi)有氣味,對(duì)人也沒(méi)有刺激作用,不會(huì)被人感覺(jué)到,但卻對(duì)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(shí)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(duì)應(yīng)的試驗(yàn)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(duì)熱環(huán)境的主觀熱反應(yīng)[1,7,9]。美國(guó)供暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[10]中明確定義：熱舒適是指對(duì)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(duì)流和輻射的失熱量的代數(shù)和相平衡。對(duì)人體而言，與周圍環(huán)境的導(dǎo)熱、對(duì)流及輻射換熱是得熱或失熱的過(guò)程，而汗液蒸發(fā)則完全是失熱的過(guò)程[11]。</p><p>　　Bedford在1936年提出熱舒適的7級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，而從1996年開(kāi)始ASHRAE使用Fanger的預(yù)測(cè)平均投票數(shù)（PMV）和預(yù)測(cè)不滿意率百分?jǐn)?shù)（PPD）評(píng)價(jià)指標(biāo)[12,13]。

8、</p><p>　　氣流組織對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響</p><p>　　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的氣流組織對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)影響很大，設(shè)計(jì)合理，不僅可將新鮮空氣按質(zhì)按量地送到人員活動(dòng)區(qū)，還可及時(shí)將污染物排出。設(shè)計(jì)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(jì)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(píng)價(jià)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(dòng)區(qū)，以保證其均勻的溫度、濕度場(chǎng)，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(gè)人，使清潔的新鮮空氣首先到達(dá)人員活動(dòng)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(gè)房間，這種氣流組織形式是對(duì)傳統(tǒng)

10、的暖通空調(diào)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。從理論上說(shuō)室內(nèi)新舊空氣間的擾動(dòng)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(gè)性化送風(fēng)[16]對(duì)提高室內(nèi)空氣品質(zhì)無(wú)疑是較好的通風(fēng)方式。</p><p>　　氣流組織對(duì)人體熱舒適性的影響</p><p>　　影響人體熱舒適感覺(jué)的因素有空氣溫度、空氣相對(duì)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(gè)因素為室內(nèi)物理因素，后兩

11、個(gè)因素為個(gè)人因素[9,11,17]。</p><p>　　空氣溫度直接影響人體通過(guò)對(duì)流及輻射的干熱交換。氣流速度對(duì)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(duì)人體輻射熱造成影響[18,19]。濕度對(duì)人體熱舒適的作用與空氣溫度有關(guān)。</p><p>　　氣流組織對(duì)人體熱舒適性的影響主要通過(guò)形成的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)而起作用的，不同的氣流組織方式會(huì)形成不同的速度場(chǎng)和流速場(chǎng)，從而產(chǎn)生截然不

12、同的熱舒適感覺(jué)。根據(jù)有關(guān)上送下回同側(cè)送風(fēng)氣流組織的溫度場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)得到，在垂直方向溫度梯度過(guò)大時(shí)，會(huì)使人體感覺(jué)不舒適。而氣流速度對(duì)人產(chǎn)生影響的就是吹風(fēng)感，它是指空氣的流動(dòng)而引起人體不適應(yīng)的局部冷感覺(jué)。一般在送風(fēng)口附近的人，會(huì)感覺(jué)到有較強(qiáng)的吹風(fēng)感。因此，對(duì)于空調(diào)的設(shè)計(jì)要注意氣流組織形式的選擇以及對(duì)出風(fēng)溫度、速度設(shè)計(jì)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(duì)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(gè)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(gè)住戶為對(duì)象，測(cè)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(duì)安全性、抽煙對(duì)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(duì)人體健康的影響可能超過(guò)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(guò)，而且涉及面越來(lái)越寬。通過(guò)這些研究，人們對(duì)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(shí)，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(kāi)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(dòng)引起的呼吸性健康疾病。同一時(shí)期，國(guó)外大規(guī)模出現(xiàn)裝修熱。北歐、美國(guó)和其他國(guó)家先后開(kāi)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(guò)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(wèn)題，相繼開(kāi)展了一些科學(xué)研究。20世紀(jì)80年代美國(guó)EPA的總暴露量評(píng)價(jià)方法學(xué)研究(TEAM)提供了一個(gè)全面評(píng)價(jià)室內(nèi)和室外暴露對(duì)人體總暴露貢獻(xiàn)的模型[20]。這個(gè)研究得到的一個(gè)結(jié)論是：對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)化合

16、物來(lái)說(shuō)，通常情況下，室內(nèi)污染源對(duì)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(duì)于室內(nèi)空氣污染問(wèn)題認(rèn)識(shí)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(lái)越受到重視。一些室內(nèi)環(huán)境管理機(jī)構(gòu)開(kāi)始設(shè)立。在他們的指導(dǎo)下，室內(nèi)環(huán)境立法也開(kāi)始進(jìn)行，到目前為止，歐美各發(fā)達(dá)國(guó)家，亞洲的日本、韓國(guó)和我國(guó)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(cè)</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(shí)驗(yàn)和理論分析的方法對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行精確分析，已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)。可由于計(jì)算機(jī)及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，流動(dòng)模型的改進(jìn)和計(jì)算傳熱學(xué)的發(fā)展，一種新的研究方法——計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)出現(xiàn)了，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)氣流的數(shù)值模擬；計(jì)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(jì)算等問(wèn)題[21,22]。相應(yīng)的國(guó)際上出現(xiàn)了一些大型的流場(chǎng)

18、計(jì)算軟件，如Fluent、Phoenics和Teach等。因此，借助于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）對(duì)室內(nèi)的空氣環(huán)境參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)是目前的研究方向之一。當(dāng)前，國(guó)外在這方面進(jìn)行的研究主要有：陳清焰博士預(yù)測(cè)了單個(gè)房間內(nèi)的熱響應(yīng)；Shuzo和Murakami等人建立了計(jì)算暖體假人模型，預(yù)測(cè)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(jì)算模式，對(duì)空間內(nèi)的熱舒適性作了預(yù)測(cè)[8,23]。在國(guó)內(nèi)，重慶建筑大學(xué)的姚潤(rùn)明等人把舒適

19、的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)PMV/PPD模型與建筑動(dòng)態(tài)熱模擬及計(jì)算流體力學(xué)模擬相結(jié)合，對(duì)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?lái)說(shuō)，運(yùn)用CFD技術(shù)可以對(duì)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(duì)人體熱舒適的影響還沒(méi)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(huì)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(jì)不合理所致。所以要設(shè)計(jì)合理的氣流組織形式,在達(dá)到空氣品質(zhì)要求的同時(shí)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(jì)算精度，至少達(dá)到與熱負(fù)荷之類模擬計(jì)算相當(dāng)?shù)木?；需要進(jìn)一步統(tǒng)一與CFD相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)，提高使用效率，如加強(qiáng)與CAD數(shù)據(jù)庫(kù)的連接以提高其通用性；需要通過(guò)系列實(shí)測(cè)驗(yàn)證CFD的計(jì)算結(jié)果，完善軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。</p><p>　　5)空調(diào)系統(tǒng)是實(shí)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(shí)現(xiàn)由隱態(tài)的調(diào)節(jié)方式向動(dòng)態(tài)過(guò)

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(jì)人員對(duì)人體熱舒適與室內(nèi)空氣品質(zhì)重要性認(rèn)識(shí)的提高，在建筑設(shè)計(jì)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(duì)于設(shè)計(jì)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(guò)程中

23、如果選擇的氣流組織形式不當(dāng)就會(huì)給人帶來(lái)不適，且加重室內(nèi)環(huán)境污染程度。因而，通過(guò)對(duì)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(jì)中央空調(diào)時(shí)，能夠做到心中有數(shù)。在設(shè)計(jì)時(shí)能多加考慮，避免盲目設(shè)計(jì)而影響后期設(shè)計(jì)的進(jìn)程。同時(shí)，在了解有關(guān)資料后對(duì)于當(dāng)前的研究進(jìn)程有了一定的了解，能夠擴(kuò)展知識(shí)面。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1

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