導(dǎo)語：太陽輻射置換通風(fēng)管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1．概述

置換通風(fēng)系統(tǒng)從它最早在北歐的出現(xiàn)和使用，至今已有二十多年的，但由于它在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)方面的突出表現(xiàn)，近年來仍倍受巨人矚目，1999年被列入“歐盟第五框架計(jì)劃”支持的研究項(xiàng)目，項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人D.Blay是筆者博士導(dǎo)師，因而有幸參加了該項(xiàng)目的部分研究。在第一階段研究過程中，我們對室內(nèi)單一熱源的情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究［1-3］和計(jì)算機(jī)住址研究［4］，得到了單一熱源下置換通風(fēng)系統(tǒng)的溫度場和速度場，結(jié)果表明：(1)熱源的存在不影響水平方向上的溫度的均勻度；(2)除熱源上方有較明顯的上升氣流外，整個(gè)速度場均勻、平穩(wěn)，呈層流或低紊流狀態(tài)；(3)維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失對溫躍層高度無明顯影響，而外部環(huán)境溫度則使室內(nèi)溫度垂直分布有所改變。繼“單一熱源”的研究之后，我們在第二階段對“多熱源”［5］的情況又進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要側(cè)重于熱源之間的相互影響和對置換通風(fēng)系統(tǒng)溫度場的影響，結(jié)果表明：(1)雙熱源的存在降低了單熱源情況；(2)輔熱源溫度的變化并不影響溫躍層的高低；輔熱源氣流流量的大小不影響溫躍層的高度，而只是對上部區(qū)域的溫度有影響。

本文是置換通風(fēng)系統(tǒng)的系列研究的第三階段內(nèi)容，針對透過玻璃窗的太陽輻射對置換通風(fēng)系統(tǒng)的影響的研究，在置換通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于玻璃窗的存在，難免會有太陽的直射輻射透過玻璃窗進(jìn)入至室內(nèi)來，照射在地板、家具或其它物品上，形成了局部的熱表面區(qū)域，這些局部熱表面對室內(nèi)空氣具有加熱作用，形成自然對流，對室內(nèi)置換通風(fēng)平穩(wěn)的流場進(jìn)行了干擾。本文旨在提示透過玻璃窗的太陽輻射對置換通風(fēng)系統(tǒng)的干擾程度，以便能有的放矢的改進(jìn)、完善置換通風(fēng)系統(tǒng)，充分發(fā)揮這一新型通風(fēng)模式的優(yōu)點(diǎn)，為設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)依據(jù)，為置換通風(fēng)系統(tǒng)開辟更好的應(yīng)用前景。

2．實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)是在第二階段實(shí)驗(yàn)一雙熱源情況的基礎(chǔ)上開展的，因此，測試室內(nèi)已有一主一輔兩個(gè)熱源，為了模擬透過玻璃窗的太陽輻射照射在地板、家具或物品上形成的水平局部表面、傾斜的局部熱表面和垂直局部熱表面的情況，我們分別采用了電熱和電散熱器，用覆蓋在地板上的電熱膜模擬太陽在地板上形成的熱表面，用傾斜放置的電散熱器模擬太陽輻射在室內(nèi)形成的傾斜熱表面，用垂直放置的電熱膜模擬太陽輻射形成的垂直熱表面。

在正式實(shí)驗(yàn)之前，我們對增加電熱膜后系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測試。將4塊0.5m×1.0m的電熱膜鋪在測試室地板的中央，形成的總的熱量為240W。使冷風(fēng)供入量為190m3/h，送風(fēng)速度為0.03m/s，溫度為21.2℃，熱源暫關(guān)閉，測試室的外環(huán)境溫度(即大廳內(nèi)溫度)控制在20.3℃。我們連續(xù)4天對測試室內(nèi)垂直方向的溫度進(jìn)行測試，結(jié)果表明，增加了電熱膜后，在上述的實(shí)驗(yàn)條件下，至少需要24小時(shí)系統(tǒng)才能達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)測得熱膜表面溫度為36.4℃，測試室距地面1.5m處的壁溫為22.6℃，測試室的排風(fēng)溫度為23.8℃。

3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析和討論

太陽透過玻璃窗進(jìn)入室內(nèi)，照射至地板、家具或其它室內(nèi)物品上，形成或水平的、或垂直的、或成一定角度的局部熱表面，因此，我們的實(shí)驗(yàn)也分3種情況進(jìn)行考慮，用電熱膜分別模擬水平的局部熱表面、垂直的局部熱表面和與水平方向成10度角的局部熱表面，下面分別介紹3個(gè)實(shí)驗(yàn)情況。

3.1實(shí)驗(yàn)1：熱地板

在這部分實(shí)驗(yàn)中，為了到表演場燈光對地板形成的全面輻射情況，我們將整個(gè)地板都用電熱膜進(jìn)行了覆蓋，共有6.5㎡，全部工作時(shí)，最大熱量可達(dá)780W，主熱源熱風(fēng)供入量為46m3/h，我們對3種不同的電熱膜的熱流量的情況進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)條件被列在表1中，圖1則為我們對垂直方向溫度曲線的測試結(jié)果。

表1水平熱表面的實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)1情況1情況2情況3

冷風(fēng)送入速度(m/s)0.030.030.03

冷風(fēng)送入量(m/s)195195195

冷風(fēng)溫度(℃)21.420.321.2

熱氣流送入速度(m/s)0.390.390.39

熱氣流送入量(m3/h)464646

熱氣流溫度(℃)454545

環(huán)境空氣溫度(℃)20.520.121.0

電熱膜表面溫度(℃)34/29.4

距地面1.5m處壁溫(℃)24.521.123.3

測試室排風(fēng)溫度(℃)31.424.628.4

電熱膜熱流量(W)7800400

從圖1我們看到，在3種情況下，置換通風(fēng)系統(tǒng)的熱力分層現(xiàn)象或多或少總是存在的；將3種實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，水平熱表面熱流量的大小測試室下部及上部區(qū)域溫度的高低，也影響了溫躍層的高度。熱地板的存在，增加了室內(nèi)的余熱量，便利整個(gè)室內(nèi)的平均溫度變高，垂直溫度梯度曲線右移。

圖2為無量綱垂直方向溫度曲線，隨著電熱量的增加，溫躍層的高度有明顯降低，所以，熱地板對于置換通風(fēng)系統(tǒng)來講，是一個(gè)不利因素。對于現(xiàn)有大型體育和文藝表演性場館，有數(shù)據(jù)表明，約有三分之一的照明燈的能量被地板吸收，相當(dāng)?shù)匕灞患訜幔绻遣捎昧酥脫Q通風(fēng)系統(tǒng)的話(事實(shí)上，型體育和文藝表演性場館的首選就是置換通風(fēng)系統(tǒng))，對置換通風(fēng)的效果會有負(fù)面影響，但即使這樣，熱力分層現(xiàn)象仍然存在，垂直方向溫度曲線表明，下部人活動(dòng)區(qū)的溫度仍然比上部區(qū)域低，置換通風(fēng)系統(tǒng)仍然比混合式通風(fēng)系統(tǒng)顯得合理和經(jīng)濟(jì)。為了減小熱地板帶來的影響，應(yīng)想方設(shè)法選用對長波輻射吸收較低的地板材料，使置換通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)揮了出它最大的優(yōu)越性。

3.2實(shí)驗(yàn)2：傾斜局部熱表面

我們將一個(gè)板式電散熱器放置在測試室中央，并與地面成10度角，該散熱器的尺寸為110cm×23cm，功率為1000W，冷風(fēng)送入量仍然是195m3/h，熱源被關(guān)閉，測試在改變電散熱器的熱流量的情況下室內(nèi)的溫度，具體的實(shí)驗(yàn)條件列在2表中。

表2傾斜熱表面的實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)1情況1情況2

冷風(fēng)送入速度(m/s)0.030.03

冷風(fēng)送入量(m/s)195195

冷風(fēng)溫度(℃)20.420.8

環(huán)境空氣溫度(℃)19.319.2

距地面1.5m處壁溫(℃)22.921.7

測試室排風(fēng)溫度(℃)29.423.6

電熱膜熱流量(W)880220

圖3垂直方向溫度曲線

圖4垂直方向無量綱溫度曲線

圖3表示的是測試室內(nèi)垂直方向溫度曲線，我們?nèi)匀荒軌蚩吹綗崃Ψ謱蝇F(xiàn)象，而且傾斜表面的熱流量越大，上部區(qū)域的溫度越高，垂直方向的溫度梯度越大，溫躍層越明顯。事實(shí)上，這個(gè)局部熱表面也就是置換通風(fēng)系統(tǒng)中的一個(gè)室內(nèi)局部熱源，正是它形成的羽卷流，攜周圍的空氣，將熱量直接帶到上部區(qū)域，而使得下部基本不受影響，體現(xiàn)出置換通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)越性。

圖4是該情況下的無量綱垂直方向溫度曲線，這次我們看到，傾斜表面的熱流量的大小不對溫躍層的高度產(chǎn)生明顯影響。這一結(jié)果與我們的第一階段采用送入熱氣流來模擬上升氣流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符［1］，即在冷風(fēng)供入量不變的條件下，熱氣流的溫度不影響溫躍層的高度，與經(jīng)典的羽卷流的理論有相悖之處［5，6］，但經(jīng)典的羽卷流理論是在均勻的溫度場情況下，而且也沒有考慮由底部不斷送入的冷空氣，這說明，在置換通風(fēng)系統(tǒng)中不能簡單套用經(jīng)典羽卷流的研究成果，對于置換通風(fēng)系統(tǒng)中熱源上方的上升氣流的模型，還有待于進(jìn)一步的分析和研究。

3.3實(shí)驗(yàn)3：垂直局部熱表面

在此部分實(shí)驗(yàn)中，我們將4塊大小為304mm×497mm的電熱膜垂直放置，并圍成一個(gè)長方體，安置在測試室的中央，這樣就形成了4個(gè)不同朝向的垂直熱表面。每塊電熱膜的最大功率可達(dá)1000W，即熱流強(qiáng)度為6Kw/㎡，具體的實(shí)驗(yàn)條件列在表3中。

表3水平熱表面的實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)1情況1情況2情況3

冷風(fēng)送入速度(m/s)0.030.030.03

冷風(fēng)送入量(m/s)198199199

冷風(fēng)溫度(℃)20.020.720.9

環(huán)境空氣溫度(℃)19.720.619.5

電熱膜熱流量(W)74.195.8110.8

距地面1.5m處壁溫(℃)21.322.622.5

測試室排風(fēng)溫度(℃)25.428.429.9

電熱膜熱流量(W)4807801000

圖5和圖6分別是測試室內(nèi)平均垂直溫度曲線和無量綱垂直溫度曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電熱膜的功率越大，測試室上部區(qū)域的越高，但下部區(qū)域的溫度無明顯不同，而且，圖5中3種實(shí)驗(yàn)情況下的無量綱溫度曲線幾乎重合，說明垂直熱表面的熱流量的大小不影響溫躍層的高度，這里我們得到了與實(shí)驗(yàn)二相同的結(jié)論。

圖5垂直方向溫度曲線

圖6垂直方向無量綱溫度曲線

4．結(jié)束語

置換通風(fēng)的原理簡單，然而機(jī)理復(fù)雜，室內(nèi)氣流的流動(dòng)特性，特別是熱物體上方上升熱氣流及其拾周圍冷空氣的流動(dòng)模型還沒有完全建立起來，無論是置換通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究還是計(jì)算機(jī)住址研究都有待于進(jìn)一步地深入。