无风道诱导风机通风空调系统设计计算方法.docx

无风道诱导风机通风空调系统设计计算方法摘要无风道诱导风机空调系统是一种新型的空调系统，本文介绍了其基本工作原理和组成。提出了可供工程设计的气流组织计算方法，提供了计算所需要的，以实验为基础获得的实验数据。给出了具体的设计步骤和计算例题。对多股平行非等温射流、贴附射流对射流特性的影响进行了讨论。关键词诱导风机空调系统气流组织设计方法1引言无风道诱导风机已经广泛应用于国内地下停车场，至仿已有近万中诱导风机使用在国内几百个地下停车场内，为改善地下停车场的空气品质，降低地下停车场通风系统的一次投资和运转费用起到了一定的作用。实际上，这种通风空调系统在国外，除了用于地下停车场的通风换气以外，在高大空间空调系统中也得到了广泛的应用，尤其是在日本应用工程很多，其中些典型应用实例引人注目。2001的在广州国际会展中心的空调设计中，日本佐藤设计事务所在大面积的展览会场中，采用了无风道诱导风机空调系统，这是这种系统第一次在国内空调工程中应用，因此引起了国内空调界极大的兴趣，也引发了对这种系统在空调工程中可行性的激烈争论。由于在广州国际会展中心的空调设计中，日方只提供了设计方案，而未提供设计所必需的计算资料，因此给国内设计人员的设计造成了很大的困难，同进也增加了这种能风空调系统神秘的色彩。为解决无风道诱导通风系统在空调工程应用过程中所缺少的设计计算资料，笔者从2001年中期开始，对这种系统进行了深入的研究，通过对其主要部件的改造，性能的测试，以及设计计算方法的研究，尤其是通过实际工程的实践，基本上掌握了这种系统工程空调工程的设计计算方法，为今后在国内空调工程中推广和应用这种先进系统提供一实用的设计参考资料。2工作原理及系统的组成由文献[1]的分析可以知道，当空气由直径为D0的喷品，以送风速度V0向往一个不受周围界面表面限制的空间扩散时，由于射流边界与周围介质间的紊流动量交换，周围空气不断被卷入，沿射程方向，射流不断扩大，射流流量不断增加，射流轴心速度则逐渐衰减。如图1所示，无风道诱导风机空调系统的空调机组送出的空气不是像传统的空调系统那样，通过送风风道将经过处理的空气送到需要的地方，而是通过喷嘴直接送入空调空间，而诱导风机机组被置于射流主气流的流道中，当射流轴心速度下降时，利用诱导风机，使主气流获得新的动力，将处理过的空气送到指定的位置，通过改变诱导风机机组的送风口角度和方向，还可以调整冷、热气流的落差，防止了冷风过早进入工作区，导致人体不舒适，也解决了热风难以下送的难题，同时还可以使主气流转向，避免了送风死区的出现，减少了区域温差。图1无风道诱导风机空调系统示意图目前可利用的诱导风机机组有两种形式，一种形式为：诱导风机机组有三个送风口，且送风口的位置有5个方向可以安装，回风口置于机组后部和两侧上部，这种被称为TOPVENT®2的诱导风机为瑞典ABB公司在日本的控股公司富列克特公司的专利产品。另一种形式为：诱导风机采用上下角度分别可以调节30°的平面送风口，由于单机风口的宽度可以达到1800mm，因此可能形成很宽的平面射流，回风口可以设在机组后部，或者下部，这一产品已由笔者研制成功，并获得中国专利。3设计计算方法采用诱导风机替代传统的风道用于空调系统，其风险性远远大于常规有道空调系统，可能出现的问题是：①由空调机组送出的冷风未能达到诱导风机处，就下落，结果在空调房间内出现明显的区域温差；②冷气流中途下落，导致明显的"吹风感"，引起人体不舒适；③送风不送到所有需要空调的区域，形成气流停滞区；④气流噪声问题；⑤热风下送总是。上述这些问题，归纳起来，在设计过程中需要解决的实际上就是：①气流组织计算问题；②气流组织形式问题。下面分别说明。3．1气流组织计算3．1．1基本计算公式虽然最近十年，CFD技术在气流组织设计中已得到一定的应用，但是由于影响因素繁多，其准确性沿无法替代以实验为基础的计算方法。国内外空调工程设计中采用的主要还是以实验为基础的计算方法。如图1所示，无风道诱导风机空调系统，实际上是多股喷口射流的叠加。气流组织计算的目的就是确定：①轴心速度衰减规律；②轴心轨迹，即射流落差；③轴心温度衰减规律。目前国际上使用的射流计算公式的形式基本相同[3～5]，主要区别在于通过实验得到经验系数不尽相同。轴心速度衰减公式：式中V0--出风口平均风速，m/s；Vx--射程X处轴心速度，m/s；K1--轴心速度常数，无因次；A0--出风口有效面积，m2。X--射程，m。非等温射流轴心轨迹，即射流落差计算公式：式中Y--射流轴心偏离水平轴之距离，m；a0--射流出口轴线与水平轴之夹角；y--系数，与风口形式和尺寸有关，y=±，无因次；K2--轴心温度常数，无因次；Ar0--阿基米德数。轴心温度衰减规律：式中TO--出风口送风温度，℃；TX--射程X处轴心温度，℃；T