一种基于建筑构件底端的贴附式内循环送风装置

1.本实用新型属于通风气流组织技术领域，涉及送风方法和送风装置，具体涉及一种基于建筑构件底端的贴附式内循环送风装置。


背景技术：

2.随着科学技术的进步，人们对于室内环境的要求也逐步提高。不仅要保证房间内的温度，还要保证人体的舒适性，所以对送风方式也发展出更多的研究内容。室内通风是控制室内环境的基础，合理的送风方法可以有效地改善活动区域的热舒适性和空气品质。
3.传统送风方式大部分是通过顶部送风，但是在较为高大的空间内，顶部送风会由于速度衰减而送不到人员工作区。并且在较为高大的空间内，由于人的身高限制，在两米以上的空间中的环境并不需要调节到舒适，这种传统送风方式不利于节能。还有部分送风方式采用地板送风，但是这种方式因增加建设地板下通风管道而产生高额成本。
4.现代建筑物发展多样化，很多建筑物内存在大量的柱体布局用作支撑结构。这种柱体布局不同于常规的室内的布局，传统的通风方式的设计需要规避柱体分布，不利于室内通风；并且具有多柱体分布的空间往往非常宽阔，这种宽阔的空间会形成宽阔的人员活动区域，传统的通风方式不利于气流组织的设计。


技术实现要素：

5.针对现有顶部和地板送风及多柱体空间中的通风存在的缺陷与不足，本实用新型的目的在于提供一种基于建筑构件底端的贴附式内循环送风装置，解决高大空间中顶部送风由于速度衰减而送不到人员工作区的问题，降低成本，特别适用于有需要局部空气控制的空间。
6.本实用新型通过以下技术方案实现：
7.一种基于建筑构件底端的贴附式内循环送风装置，其特征在于，包括风机和静压箱；静压箱与建筑构件底端之间呈贴合设置，静压箱与建筑构件底端贴合的侧面为贴合面，静压箱上与贴合面相对的侧面设置有进风口，进风口处设置风机，静压箱的顶面与贴合面相交形成相交线，相交线处设置有朝上的出风口。
8.优选的，自相交线一端至另一端均设置为出风口。
9.优选的，建筑构件底端为柱脚、墙边或墙角。
10.优选的，建筑构件底端为墙边，静压箱呈矩形结构设置。
11.优选的，建筑构件底端为墙角，静压箱呈l形结构设置。
12.优选的，静压箱内设置有换热器。
13.进一步的，换热器包括带有翅片的换热盘管和设置在换热盘管两端的换热器进水管路和换热器出水管路。
14.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
15.本实用新型设计了一种基于贴附效应的下送风装置，将送风装置贴附于建筑构件
底端，充分利用了非人员活动区的空间，经过静压箱处理后的气流沿建筑构件壁面先自下向上流动，然后气流脱离建筑构件壁面，实现平行射流，能够有效的调节人员活动空间的舒适性，能够形成很好的温度分层，达到节能的目的。本实用新型能够解决高大空间中顶部送风会由于速度衰减而送不到人员工作区的问题。对比地板送风时，本实用新型能够在实现较好的控制效果的同时，减少因增加建设地板下通风管道而产生高额成本的问题。
16.进一步的，建筑构件底端为柱脚，静压箱是由若干扇形箱体围成的环形结构或扇形结构，通过本实用新型的这种分体式设计，能够实现适用于不同圆柱位置的送风要求，满足人员的舒适度要求，提高竖壁贴附通风的有效性，此装置不受建筑高度限制，且此种送风方式不受柱体大小限制。
附图说明
17.图1柱体送风装置整体示意图；
18.图2矩形和l形装置整体示意图；
19.图3装置安装方式示意图；
20.图4实施例1几何尺寸示意图；
21.图5实施例1结果云图；
22.图6实施例2不同高度房间尺寸图；
23.图7实施例2不同高度房间温度云图；
24.图8实施例2不同房间内出风口中心线速度、温度变化规律图；
25.图9实施例2不同高度房间1.7米高度横向速度、温度变化规律图；
26.图10实施例3不同风速下截面温度云图；
27.图11实施例3不同风速下截面速度云图；
28.图12实施例3不同风速下出口中心线温度变化规律图；
29.图13实施例4几何尺寸图；
30.图14实施例4四柱空间截面云图；
31.图15实施例4墙角空间截面云图；
32.图16实施例4墙边空间截面云图；
33.其中，图中各个符号分别代表以下含义：1、条缝风口，2、供回水管路，3、供回水接口，4、换热器，5、轴流风机，6、进风口，7、静压箱主体，8、环形静压箱内径，9、环形静压箱外径，10、出风口高度，11、条缝风口宽度，12、箱体宽度，13、箱体高度，14、进风口直径，15、换热器进水口。16、换热器翅片，17、换热器出水口，18、柱体。
具体实施方式
34.为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型进行描述，这些描述只是进一步解释本实用新型的特征和优点，并非用于限制本实用新型的权利要求。
35.在现代建筑物中存在一种以柱体作为支撑结构的高大建筑类型，同时由于商场、候车厅等等有人员聚集区域需要保证一定的舒适性，因此需要因地制宜地利用建筑结构实现良好的送风效果。本实用新型充分利用建筑结构，在不破坏现有设施的情况下能够实现便捷的送风效果。在实际地运用送风方法以及铺设送风装置的过程中，主要送风装置安装
在建筑构件，例如柱脚、墙边和墙角，来实现本实用新型内容中的送风方法。
36.本实用新型基于建筑构件底端的贴附式内循环送风装置，包括风机5、静压箱7；静压箱7与建筑构件底端之间呈贴合设置，静压箱7与建筑构件底端贴合的侧面为贴合面，静压箱外侧面即与贴合面相对的侧面上设置有进风口6，进风口6处设置有风机5，静压箱7的顶面与贴合面相交形成相交线，相交线处设置有朝上的出风口1。优选的，自相交线一端至另一端均设置为出风口1，即所述的出风口为条缝风口，经过静压箱处理后的气流沿建筑构件壁面先自下向上流动，然后气流脱离建筑构件壁面，实现平行射流。静压箱7结构为至少有一个面与建筑构件壁面贴合的四边体、环形体、扇形体或者异型体结构。
37.静压箱7内设置有空气处理装置，空气处理装置为换热器4；换热器4包括带有翅片16的换热盘管和设置在换热盘管两端的换热器进水管路15和换热器出水管路17；换热器进水管路15和换热器出水管路17通过供回水管路2和供回水接口3与外部水源连接。
38.所述建筑构件底端为柱脚、墙边或墙角。
39.在柱脚的安装方法如图1所示，主要由四个不完整环形(四分之一环形)送风装置组成的环形送风装置。装置中包含圆形通风口将靠近地面的空气吸入装置，轴流风机提供动力，静压箱容纳空气处理装置和空气，出风口为条缝风口将处理后的空气送入室内。
40.本实用新型具体实施例的不完整环形送风装置中关键参数如图1，条缝风口宽度为20mm、条缝风口高度为15mm、箱体高度为200mm、箱体宽度为200mm、内径为500m、外径为600mm。在送风装置外侧有两个圆形通风口直径为180mm。空气处理装置为带有翅片的换热盘管，内有流动水作为介质能将空气进行换热处理。如图3(a)、图3(b)、图3(d)和图3(e)所示，不完整环形送风装置能够将两个、三个或四个进行组合，即静压箱7是由若干扇形箱体围成的环形结构或扇形结构，可以根据不同的实际需求组成不同的环形送风装置。通过本实用新型的分体式设计，能够实现适用于不同圆柱位置的送风要求，满足人员的舒适度要求，提高竖壁贴附通风的有效性，此装置不受建筑高度限制，且此种送风方式不受柱体大小限制。
41.在墙角的安装方法如图3(f)所示，整体为l形送风装置，本实用新型具体实施例的l形送风装置中关键参数如图2(b)所示，条缝风口宽度为20mm、条缝风口高度为15mm、箱体高度为200mm、箱体宽度为200mm。在送风装置外侧有四个圆形通风口直径为180mm。空气处理装置为带有翅片的换热盘管，内有流动水作为介质能将空气进行换热处理。
42.在墙边的安装方法如图3(c)所示，为矩形送风装置，本实用新型具体实施例的矩形送风装置中关键参数如图2(a)所示，条缝风口宽度为25mm、条缝风口高度为10mm、箱体高度为200mm、箱体宽度为200mm。在送风装置外侧有两个圆形通风口直径为180mm。空气处理装置为带有翅片的换热盘管，内有流动水作为介质能将空气进行换热处理。
43.一种基于建筑构件底端的送风方法，其特征在于，基于所述的贴附式内循环送风装置，包括：
44.1)根据空间的类型、围护结构的热工参数、人员和设备等条件，确定空间的冷热负荷，根据控制温度确定送风温度；
45.2)根据空间的热负荷和送风温度确定该空间所需的送风量；采用的公式如下：
46.47.式中：m为送风量，kg/s；q为空间的冷热负荷，kw；c
p
为空气定压比热容，kj/(kg
·
℃)；tr为空间内空气温度，℃；ts为送风温度，℃。
48.3)选择至少有一个面与建筑构件贴合的区域，将计算得到的总送风量按照既定空间内选定的建筑构件区域数量进行平均分配；例如，空间中有100平米，有两个装置，每个装置的控制区域大小40、60平米，空间总分冷热负荷为200瓦，则每个装置的冷热负荷为80、120瓦。
49.4)沿选定的建筑构件壁面底端，结合建筑构件所处空间形状，进行风机、进风口、静压箱和出风口形成结构设计，使得静压箱至少有一个面与建筑构件壁面贴合；如果空间中存在柱体，则在柱脚处安装环形装置，如果空间中没有柱体，则根据使用要求安装矩形、l形的送分装置
50.5)将进风口位于静压箱的侧面，出风口位于静压箱的顶部且与建筑构件壁面贴合；所述的出风口为条缝风口；
51.6)根据设定的送风控制区域的参数确定送风速度；采用的公式如下：
52.h
hor
＝1.84v-1.1
53.h
ver
＝-0.77v2 4.172v-2.965
54.式中：h
hor
为气流运动高度；v为送风速度；h
ver
为水平射流距离。
55.7)根据送风量和送风速度确定出风口1宽度；根据送风量确定静压箱尺寸；采用的公式如下：
[0056][0057]
式中：v为送风速度，m/s；m为送风量，m3/s；sa为出风口1的面积；
[0058]
若为环形送风装置，计算方式如下：
[0059][0060]
若为矩形或l形装置计算方式如下：
[0061]
sa(d)＝d
×r[0062]
r为装置内径或条缝风口长度(若为环形送风装置r为内径，若为矩形或l形送风装置r为条缝风口长度)，m。
[0063]
若为环形送风装置，则根据送风量大小选取静压箱高度为200mm～500mm，宽度200mm～400mm的送风装置。若为矩形的送风装置则选取静压箱高度为200mm～500mm，宽度为200mm～400mm，长度为1000mm～40000mm规格的送风装置。
[0064]
8)根据出风口1的面积和出风口1形状计算得到出风口1宽度。
[0065]
9)根据出风口1宽度和静压箱尺寸安装送风装置，开启风机进行送风。
[0066]
实施例1
[0067]
在房间内选择房间中心的柱体作为目标对象，在房间内应用本实用新型送风方式需要在柱脚处布置本实用新型送风装置，如图4所示，房间大小为8
×8×
8m(长
×
宽
×
高)房间中心处有一直径1m的圆形柱体。装置安装在柱脚处，
[0068]
为了实现本实用新型送风方式达到良好的送风效果，需要根据房间参数确定送风装置参数，首先确定装置送风量，其送风量主要取决于房间内的负荷，房间用途为商场、客
站、大厅等场合，本实施例以夏季工况为例，因此使用面积冷指标方法确定房间内的冷负荷为25w/m2。接着确定送风温度参数，由于室内控制温度为26℃，因此将送风温度选择为22℃(控制温度和送风温度的温差在6度内)，由此计算送风量为，将其转化为体积流量确定送风控制区域为距离柱体距离2m内，高度在3m以下区域为控制区域，根据公式h
hor
＝1.84v-1.1和h
ver
＝-0.77v2 4.172v-2.965确定送风速度为3m/s，根据送风速度和送风量确定条缝风口的宽度为25mm宽度。
[0069]
根据应用场合选用图3(a)中组合形式，由四块装置拼接形成的环形送风装置。装置中可调参数为风机5、条缝风口宽度11，条缝风口与风机共同作用来控制装置送风速度，进而决定装置整体性能，其中条缝风口的宽度范围为5～55mm宽度，本实施例选用25mm宽度，条缝风口高度10可调节，参数范围为2～10mm，其目的是为了让气流流出时能够达到更好的贴附效果，本实施例选用10mm。静压箱宽度12、静压箱高度13共同控制静压箱大小，取决于送风量的大小。静压箱宽度12参数范围200mm～500mm，静压箱高度13参数范围100mm-400mm，本实施例选用静压箱宽度12
×
静压箱高度13为200
×
200mm。
[0070]
通过数值仿真来分析本实用新型送风方式的应用效果，本实施例中使用适合室内通风研究的realizablek-ε流动模型，使用simple算法。least squares cell based梯度项，压力项，动量项，湍流动能湍流耗散率为二阶迎风差分。由于空气的温度变化较小，空气密度使用boussinesq假设。将选取以西指标作为评价标准温度、速度、pmv、ppd。
[0071]
pmv(predicted mean vote，预测平均评价)为热舒适评价指标。是以人体热平衡的基本方程式以及心理生理学主观热感觉的等级为出发点，考虑了人体热舒适感诸多有关因素的全面评价指标。pmv方程形式如下：
[0072]
pmv＝(0.303
×e(-0.036m)
0.028)
×
l
[0073]
其中：
[0074]
l＝m-w-3.05
×
10-3
[5733-6.99(m-w)-pa]-0.42(m-w-58.15)-1.7
×
10-5
×m×
(5867-pa)-0.001
×m×
(34-ta)-i
cl
[0075]
其中：
[0076]icl
＝3.96
×
10-8
×fcl
×
[(t
cl
273.15)
4-(ts 273.15)4]-f
cl
×
hc×
(t
cl-ta)
[0077]
式中：m为新陈代谢率，w/s；w为人体做功率，w/s；pa为环境空气中水蒸气分压力，pa；ta为空气温度，℃；f
cl
为穿衣人体与裸体表面积之比；为平均辐射温度，℃；t
cl
为穿衣人体外表面平均温度，℃；hc为对流热交换系数，w/(s
·
m2·
℃)；
[0078]
pmv指数表明群体对于( 3～-3)七个等级热感觉投票的平均指数，见下表1。
[0079]
表1pmv热感觉标尺
[0080][0081]
pmv指标代表了同一环境下绝大多数人的感觉，所以可以用来评价一个热环境舒适与否，但是人与人之间存在个体差异，因此pmv指标并不一定能够代表所有个人的感觉。为此，使用预测不满意百分比ppd(predicted percent dissatisfied)指标来表示人群对热环境不满意的百分数，并利用概率分析法，给出pmv与ppd之间的定量关系：
[0082]
ppd＝100-95exp[-(0.03353pmv4 0.2179pmv2)]
[0083]
简化式：ppd＝5 20.7pmv2[0084]
经过计算，其结果如图5所示，图中(a)为截面位置(b)为截面温度云图、(c)为截面速度云图、(d)为截面pmv云图、(e)为截面ppd云图；从图5(b)中可以观察到明显的温度分层现象，在4.02m以下的空间温度均不超过26℃，在人员活动区内的平均温度为25.1℃，说明在温度控制上，这种依附于柱体的下送风装置及方法能够保证人员活动区内的温度舒适。20℃的送风在贴附柱体向室内运动时同周围的空气发生对流换热，由于空气浮升力的存在，在射流距离达到4m时脱离柱体，水平向室内运动。结合图5(c)和图(d)，可以发现，使用本装置后的空间内的流动主要分为三部分，柱体涡流区、地面涡流区、顶部紊流区域，其中柱体涡流和地面涡流是调节室内温度的主要流动，顶部紊流区域可以将送风作用区域控制在4m以下。风速大的地方主要集中在环柱体的0.3米，而人员活动区域的风速比较平稳，不会引起强烈的吹风感。使用送风装置及方法可以使人员活动区内的pmv值在-0.7到1之间，是一个非常舒适的区间。图5(e)中结果显示，在人员活动区将有超过84％的人员感到满意。充分说明了此送风装置及方法的优越性。
[0085]
实施例2
[0086]
本实施例将选取一个存在柱体的房间作为对象，为了对比本实用新型送风方式在不同高度空间的适用性，将本实用新型安装在三个不同高度(5m、8m、11m)的高大空间内，空间中存在以直径为1m的圆形柱体，其几何尺寸如图6所示。
[0087]
首先需要确定房间内的冷热负荷，经过测量其面积冷负荷为25w/m2。房间总热负荷为1600w。室内控制温度为26℃，实际送风温度为22℃，由此计算出送风量为1113m3/h。采用静压箱宽度200mm，静压箱高度200mm，进风口直径180mm。
[0088]
由于考虑到人员活动区的影响，将风速设置为3m/s，此时的条缝风口宽度为25mm，为了风口与建筑壁面形成更好的贴附效果，将设置条缝风口高度为10mm。
[0089]
在房间内的通过测试结果发现，在不同高度房间内应用本实用新型送风方式都能够达到很好的温度控制效果。选取空间内的截面作为分析对象，如图7所示。图中(b)为5m房间截面温度云图、(c)为8m房间截面温度云图、(d)为11m高度房间截面温度云图。从图7中可以观察到，不同房间截面的温度都出现了分层现象，这有利于夏季制冷工况的节能。同时发现在不同房间内在5m以下高度为温度分布形式高度相似。
[0090]
在出风口中心线的速度、温度变化规律如图8所示。发现在出风口中心线上的速度衰减很快，其衰减的趋势符合的公式形式，其中a1在5m、8m、11m的房间高
度取值分别为-0.7874、0.2074、0.1492中，a2为送风速度3m/s。t1在5m、8m、11m的房间高度取值分别为2.5819、1.6841、1.6879。这种衰减趋势有利于形成空气分层现象，将控制空气在人员活动区形成较好的空气湖。从其温度变化趋势可以观察到在3.7m以下，均能将温度控制在23～26℃之间，这种房间下部的舒适温度会给人员带来较好的热舒适性，为了研究在横向方向的温度变化，取人员呼吸区高度1.7m处的温度变化，如图9所示，发现在不同房间内的稳定温度是逐渐增大，其稳定温度分别为24.9℃、26.4℃、26.8℃，在人员活动区内的温度较为平均，其温度波动最大值在4℃以内。其中人员活动区的平均pmv分别为0.245、0.320、-0.147，平均ppd分别为76.2％、81.9％、75.3％，这说明本实用新型送风方式能够在不同高度的房间内都能实现控制好人员活动区内的热舒适性。
[0091]
实施例3
[0092]
本实施例将选取实施例1中的几何模型，如图4所示，研究不同条缝风口宽度下(不同风速)的送风表现形式。房间内的负荷为25w/m2。其送风量选用1113m3/h。采用的静压箱宽度为300mm，静压箱高度为250mm，进风口直径为190mm。为了对比不同风速下的装置表现形式，将条缝风口的宽度设置为15mm、25mm、35mm、40mm。其对应送风风速为1.0m/s、2.1m/s、3.3m/s、4.0m/s。条缝风口高度统一设置为8mm。
[0093]
图10和11为其温度和速度的云图，(a)为1.0m/s、(b)为2.1m/s、(c)为3.3m/s、(d)为4.0m/s。通过对图11进行分析，发现本实用新型送风方式在同一房间内可以通过调节送风风速来实现温度的动态调控，风速越大，人员活动区平均温度越接近26℃，风速越小，人员活动区的温度越高，但是其吹风感越低，因此，需要找到一个合适的风速来实现最优的选择，通过本实施例的分析发现，在送风速度3m/s是可以实现吹风感和热舒适性最合适的平衡。其次通过对不同风速的研究中还发现了射流高度与送风速度呈现线性关系，送风速度越高，射流高度越高。其关系满足下式：
[0094]hhor
＝1.84v-1.1
[0095]
式中：h
hor
为气流运动高度，v为送风速度。
[0096]
水平射程与送风速度呈现抛物线关系，其关系符合下式：
[0097]hver
＝-0.77v2 4.172v-2.965
[0098]
式中：h
ver
为水平射流距离，v为送风速度。
[0099]
通过对射流高度和水平射程的总结，还可以发现本实用新型的最优风速范围应该在3～5m/s。其次在对其射流中心速度的研究中还发现，中心线射流速度衰减曲线满足公式：
[0100][0101]
其中：h为测点高度，单位m。
[0102]
c1为初始速度相关系数，在风速为3m/s时c1取-7.86。
[0103]
c2为空间阻力系数，取27.58。
[0104]
从图12中可以观察出在射流的过程中，其速度衰减存在拐点，在大量的实验之后发现这个拐点是气流脱离壁面的高度，因此通过对拐点的研究，采用添加导流板的方式将射流高度减少、同时将水平射程增加。或者可以将建筑构件壁面做光滑来使得射流高度增加、同时水平射程减少。通过这种方式可以进一步的强化本实用新型送风方式的调节能力。
[0105]
在对本实用新型内容大量的研究表明，速度衰减脱离壁面的高度在整体射流高度的三分一处。
[0106]
实施例4
[0107]
在本实施例中将对比本实用新型送风方式在将装置安装在多柱空间内、将装置安装在墙角位置、将装置安装在墙边位置的应用场景。三种应用场景中，房间尺寸大小如图13所示，其中四柱模型中有四根1m直径的圆形柱体，房间尺寸为16
×
16
×
8m(长
×
宽
×
高)，房间中间位置柱体四周安装四组环形送风装置。将装置安装在墙角的工况和将装置安装在墙边位置的工况中，两者的房间尺寸均为8
×8×
5(长
×
宽
×
高)，矩形装置尺寸为3000
×
200
×
200mm，l形装置尺寸为1500
×
200
×
200mm，分别放置在墙边中间和墙角处。装置条缝风口分别为25mm、30mm、30mm。控制风速为3.1m/s、3.1m/s、3.2m/s。
[0108]
图14至图16为将装置安装在多柱空间内、墙角位置、墙边位置三种应用场景的截面数据云图，其中(a)为截面位置、(b)为温度云图、(c)为风速云图、(d)为pmv云图、(e)为ppd云图。
[0109]
从图14中可以看出在四柱空间内同样出现温度分层现象，同时在四柱空间内，人员活动区内平均pmv值为1.1，ppd值为76.2％。从图15中可以看出，在墙角处安装本实用新型装置的结果云图中可以观察到温度分层明显，其中人员活动区pmv值1.2，ppd值为64.3％。从图16中可以看出，在墙边处安装本实用新型装置的结果云图中可以观察到温度分层不明显，但是在人员活动区的温度控制在26℃左右，其中人员活动区pmv值0.8。ppd值为79.2％。通过上述结果的分析可以发现本实用新型送风方式在多柱空间、墙角空间、墙边位置三种场景的应用中均可以获得很好的结果。