散流器平送气流组织计算方法的优化

单 滨 林艳艳

(1.中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223； 2.中南建筑设计院股份有限公司，湖北 武汉 430071)



散流器平送气流组织计算方法的优化

单 滨1林艳艳2

(1.中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223； 2.中南建筑设计院股份有限公司，湖北 武汉 430071)

介绍了气流组织的基本要求，结合设计手册中推荐的散流器送风设计计算方法，提出了优化的散流器平送气流组织设计计算方法，并通过实例证明，优化后的方法避免了现有设计方法需要查表的不便。

散流器，气流组织，计算方法

散流器送风是公共建筑舒适性空调经常采用的送风方式之一。关于散流器平送气流组织的设计方法，在设计手册[1]和专业书籍[2]中均有介绍，国标图集[3]中也提供了散流器的性能参数供设计选用。在分析了设计手册和专业书籍的计算方法之后，提出了一种优化的计算方法，便于设计人员快速设计选型。

1 气流组织的基本要求

空调区的气流组织设计，应根据空调区的温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、温度梯度以及空气分布特性指标等要求，结合内部装修、工艺或家具布置等确定[4]。在散流器送风气流组织设计计算过程中，空调区风速及散流器送风速度是两项重要的控制指标。

1.1 对空调区室内风速的要求

对于舒适性空调人员长期逗留区域，在热舒适等级为Ⅱ级的情况下，冬季空气调节区室内平均风速vpj≤0.2 m/s，夏季空气调节区室内平均风速vpj≤0.3 m/s。

1.2 对满足噪声标准的送风速度要求

对于不同的建筑物，为了保证室内声环境质量，散流器颈部最大送风速度尚应满足表1要求[1]。

表1 散流器颈部最大送风速度 m/s

2 设计手册推荐的散流器送风设计计算方法

设计手册推荐的散流器送风气流组织设计计算方法是目前设计人员常用的计算方法之一。其采用的主要计算公式及计算流程如下文所述。

2.1 散流器送风的基本公式

P. J. Jackman 对圆形多层锥面型散流器和盘式散流器进行实验，实验时将单个散流器设置于房间的平顶中央(与平顶齐平)，气流水平吹出，不受阻挡。房间呈方形或者接近方形。综合实验结果，提出散流器射流衰减方程式[1]。

(1)

其中，vx为距散流器中心水平距离为x处的最大风速，m/s;vs为散流器的送风速度，m/s;K为送风口常数，多层锥面散流器取1.4，平盘式散流器取1.1；F为散流器的有效面积，m2；x为以散流器中心为起点的射流水平距离，m;x0为平送射流原点与散流器中心的距离，多层锥面散流器取0.07 m。

因送风速度满足以下关系式：

(2)

其中，Ls为散流器送风量，m3/s。

式(1)可改写为:

(3)

室内平均风速与房间尺寸和气流射程有关，并按下式计算:

(4)

其中，vpj为室内平均风速，m/s;n为射程比，即射程距离与房间(或分区)长度1/2的比值，按照式(5)进行计算;A为空调房间(或分区)的长度，m;H为空调房间(或分区)的高度，m。

(5)

2.2 设计手册中推荐的气流组织设计计算步骤

1)根据房间(或分区)的尺寸布置散流器，计算单个散流器送风量Ls。

2)假定射程比n=0.375(即射程为散流器中心到墙面或分区线距离的75%)，按照式(4)计算室内平均风速vpj，或按照文献[1]提供的计算表查取。分别根据送冷风和送热风的情况，对vpj进行修正并校核vpj是否满足要求。

3)根据散流器送风量Ls，在文献[1]提供的计算表中查取送风速度vs、有效面积F及散流器的直径。

4)进行其他参数的验算，例如根据建筑物允许噪声标准，按照表1进行送风速度验算。

5)按照计算所得的散流器直径，查取产品样本选取散流器的型号，并校核其射程。

3 气流组织计算方法的优化

设计手册推荐的计算方法在使用时需要查取表格，使用起来不是太方便。故对其计算方法进行了一些改进，尽量避免查表带来的不便。

3.1 计算公式的改进

考虑到在设计过程中，散流器的颈部风速是一项重要控制指标，并且设计样本参数中往往提供的是喉部面积和喉部风速，利用散流器有效面积系数的概念，对式(1),式(3)进行了变换。另外考虑到后续设计过程进行风道系统水力计算的要求，增加了散流器的压力损失计算公式。

因为:

(6)

其中，a为散流器面积有效系数，按照样本选取或近似取为0.9[2]；F0为散流器的颈部面积，m2。

故有:

(7)

其中，v0为散流器的颈部风速，m/s。

式(1)，式(3)分别改写为：

(8)

(9)

散流器的全压损失、静压损失分别按式(10)，式(11)计算:

(10)

其中，ΔP为散流器的全压损失，Pa；ζ为以喉部风速计算的散流器的局部阻力系数，对圆形多层锥面散流器可取3；ρ为空气密度，可近似取为1.2 kg/m3。

(11)

其中，ΔPj为散流器的静压损失，Pa。

3.2 优化的气流组织设计计算步骤

根据行业标准[5]定义，射程x即散流器中心至射流末端速度为0.5 m/s时的距离，故计算中vx取0.5 m/s。在设计中射程一般按照散流器中心至墙面(或分区边线)距离的0.75倍～1.0倍计算，即n=0.375～0.5。基于以上两点，优化的气流组织设计计算步骤如下：

1)根据房间(或分区)的尺寸布置散流器，计算单个散流器的送风量Ls。

2)分别假定n=0.375及n=0.5，按照式(4)计算室内平均风速vpj。需要注意对于散流器平送气流组织，室内平均风速vpj是按照等温射流条件计算得到的。送冷风时，vpj应取计算值的1.2倍；送热风时，vpj应取计算值的0.8倍。故对于舒适性空调人员长期逗留区域，在热舒适等级为Ⅱ级的情况下，计算得到的vpj≤0.25 m/s即可认为符合要求。否则应重新划分区域，重新进行散流器的布置。

3)根据单个散流器的送风量Ls，分别得到n=0.375及n=0.5时的散流器喉部面积F0计算值和散流器喉部直径D0计算值。

散流器喉部面积F0通过由式(9)导出的式(12)计算，散流器喉部直径D0由式(13)计算：

(12)

(13)

其中，D0为散流器的颈部直径，m。

4)由步骤3)计算分别得到n=0.375及n=0.5时散流器喉部直径D0的两个计算值，取介于两个计算值之间的散流器标准规格型号，根据式(14)计算实际散流器喉部面积F0，根据式(7)计算实际散流器喉部风速v0并根据表1进行允许噪声校核，根据式(15)，式(5)分别计算实际散流器送风射程x及n，根据式(4)计算实际的室内平均风速vpj并进行冷热工况修正。

(14)

(15)

5)根据式(10)，式(11)分别计算散流器的全压损失和静压损失。

3.3 计算实例及结果验证

现以文献[1]中提供的例题为例进行设计计算并验证优化计算方法的准确性。

例题：一间办公室内区拟采用圆形散流器送风，建筑尺寸为长×宽×高=24 m×20 m×4 m。根据房间负荷及送风温差计算，房间总送风量为3.336 m3/s。

设计计算过程如下：

步骤1)：将该房间长度方向分为4等分，每等分6 m；宽度方向分为3等分，每等分6.7 m。共划分为12个分区，每个分区长×宽=6.7 m×6 m。每个分区内布置一个圆形散流器，每个散流器的送风量为0.278 m3/s。

步骤2)，3)计算结果见表2，步骤4)，5)计算结果见表3。根据表3的结果，可选择喉部直径为300 mm的散流器，与文献[1]给出的计算结果基本一致。

表2 优化计算方法步骤2)，3)各项计算值

表3 优化计算方法步骤4)，5)各项计算值

但是需要注意，经过计算和对比，通过式(9)计算所得的气流射程相比文献[3]提供的气流射程数值上偏大10%～20%(数据计算及对比过程本文中不再赘述)。故建议当按照文献[3]提供的参数设计选用散流器时，宜将根据式(9)计算所得的射程乘以0.8～0.9的修正系数选用。

4 结语

1)在设计手册推荐的计算方法基础上，优化了散流器平送气流组织设计计算方法，应用优化计算方法可以较为快速的完成设计计算，避免了现有计算方法需要查表的不便。当利用优化计算方法通过Excel表格或类似软件在计算机上计算时，使用更为方便。

2)经过对比验证，优化计算方法与设计手册推荐的计算方法选型结果基本一致。

3)通过优化计算方法得到的射程计算值比国标图集中提供的散流器射程参数偏大10%～20%，建议实际射程可取计算值的0.8倍～0.9倍。

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2008：1911-1956.

[2] 马最良，姚 杨.民用建筑空调设计[M].北京：化学工业出版社，2003：186-188.

[3] 中国航天建筑设计研究院(集团).10K121风口选用与安装[Z].2010.

[4] GB 50376—2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[5] JG/T 14—2010,通风空调风口[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

单 滨(1986- )，男，硕士，工程师； 林艳艳(1986- )，女，硕士，工程师

TU834.31

A