送回风形式对气流分布的影响与优化设计应用研究

送回风形式对气流分布的影响与优化设计应用研究

陈利

上海秋元华林建设集团有限公司 上海 201318

摘 要：随着社会的不断发展，人们对空调品质的要求也在不断提高，空调效果的好坏不仅与空调设备，管道，施工工艺有关，还与室内送回风的气流分布有关。对风口类型的选择，风口的布置方式，风口的送风速度和送风温度等都需要通过合理的选择和布局才能达到均匀气流分布，从而使室内特别是离地两米的工作区或生活区空调参数满足人们的需求。本文主要介绍主要常见的几种送回风的形式和特点及对气流分布不同的影响，为空调设计及施工中选择送回风形式提供参考依据。

关键词：送风；回风；射流；汇流；气流分布；影响；优化设计

引言

气流分布对空调系统的效果起着至关重要的作用，而送回风形式又是影响气流分布的主要因素，所以在空调设计和施工时需要对送回风形式的综合考虑，选择最合适的送回风形式，达到较好的气流分布。

1、气流分布的重要性

1.1 气流分布

将处理过的空气送进空调房间，与空调房间的空气进行热质交换后，再排出空调房间。气流的进入和排出，必然会使室内空气的流动，不同的空气流动状况会产生不同的空调效果。合理地分布空调房间的空气的流动，使空调房间空气的温度、湿度、流速等参数尽可能好地满足工艺要求和人们的舒适性要求，这就是气流分布。

1.2 气流分布影响空调舒适性及工艺性要求

气流分布对送风温差衰减和送风速度衰减会有一定的影响，在气流流动过程当中，气流的风速和温度必然会受到周围空气和热源的影响，使送风口位置的温度与工作区位置的温度有差值，送风口位置的速度与工作区位置的速度有差值，这些衰减会影响以下几个方面：

1）工作区温度、速度、湿度、洁净度等参数的均匀性；

2）室内人员的吹风感，有时风速过大，到达工作区是人员有吹风感。有时风速衰减过快，提前落进工作区，风速虽然有衰减，但是中心风速吹到人员身上依然可以有吹风感。

3）特殊工艺对风速的要求，比如说羽毛球场馆进行羽毛球运动时，舞台上需要干冰烟雾效果时。

1.3 气流分布影响空调初投资和运行费用

气流分布影响着送风量大小或送风温度差，合理的气流分布可以减小送风量，送风量小了风管管径和空调箱电机功率都会相对减小，从而影响整个空调系统设备管路的初投资和运行费用。

1.4 气流分布影响土建工程和室内装修设计

气流分布是否合理对风管管径和风管的走向都有影响，进而也会影响土建工程和室内装修设计。

1.5 空调的气流分布对室内或工作区空气的新鲜程度影响

气流分布合理，可以将新鲜空调送风送到工作区或活动区，还可以及时排出污染物；气流分布不合理，容易使送风和回风之间直接断路，使室内大部分空气得不到流通和置换。

1.6 空调的气流分布对空调冷热负荷的影响

可以通过气流分布设计，将送风直接送到工作区，或者将送风避开热源送到工作区，这样可以减少一定量的空调冷热负荷。

2、送风射流和回风汇流的简介

2.1 等温射流和非等温射流

射流类型按照温度场来分的话有等温射流和非等温射流。一般空调的送风温度与室内的空气温度不同，所以空调送风射流基本上是非等温射流。非等温射流在其射程中，由于与周围空气密度不同，所受浮力与重力不同，从而使射流轴心线发生弯曲，空调制冷时风口的冷射流轴心线是向下弯曲，如图1。制热时风口的热射流向上弯曲，如图2。

图1 冷空气射流 图2 热空气射流

2.2 自由射流和受限射流

射流类型按气流是否受限分为自由射流和受限射流。本文中讨论的受限射流为贴附射流，一般空调的送风中，自由射流和贴附射流可能都有。自由射流的流体与周围空气之间有较大的速度梯度，使流体减速，同时卷吸周围空气，射流的边界也越来越宽，如图3。贴附射流的上端与吊顶之间的距离小，上端卷吸周围的空气少，上端速度就衰减地慢，流速比下端大，所以上端静压比下端静压小，由于静压差使射流贴附在吊顶向前流动。这样总体卷吸的空气量就少，在贴附过程中气流断面的速度衰减就变慢了，使射流距离变大，如图4。

图3 自由射流 图4 贴附射流

2.3 汇流

汇流是回风口或者排风口的气流流动形式，汇流的特点是距汇流点相同的距离的球面上的流速相等，而且离汇流点距离越大，流速是二次方衰减的，即流速衰减较快，作用范围小，距离风口半径之处，风速只有20%，如图5，所以回风口或排风口的位置和形状对气流分布的影响范围不大。但是在分析气流分布组织形式时，着重要对送风口的射流进行分析，与此同时还要考虑回风或者排风的合理布局，来实现需要的气流分布组织形式。如回风汇流不在送风的射流区内，回风的布置对气流分布影响不大，如图 6，如果回风口布置在送风口的射流区内，对气流分布影响还是比较大的，因此对回风口或排风口的布局合理性的考虑也是必不可少的。

图5汇流速度场 图6 送风速度场和回风速度场

3、送风形式

送风形式主要有四种：上侧送风、吊顶送风、喷口送风、孔板送风。下面就主要介绍这四种送风形式。

3.1 上侧送风

上侧送风，风口位置一般安装靠近吊顶位置的墙身上，上侧送风特点如下：

1）人员工作区或者活动区为回流区

2）射流可以设计成可贴附吊顶，如图7，以便加大射流的距离，射流距离与以下因数有关：

（1）风口顶部与吊顶之间的距离，风口离吊顶越近，贴附射流的距离越远。

（2） 风口射流的速度与温度的大小，射流的速度越大，射流距离越大，射流空气温度越大，射流距离越大。

（3）风口射流的出风口角度，出风口的角度对射流轴心线的初始方向有影响，从而影响射流的距离。

3）射流速度越大，相对的噪声可能就越大，由于可能会导致噪声大，所以射流的速度受到了噪声的限制，所以射流的速度不能很大。

4）通常使用百叶风口，可以选择单层百叶或者双层百叶风口。

5）由于风速不能太大，适用的跨度就会受到限制，一般在10米以内；高度不太低的空间，高度太低的话，送风射流就会提前进入人员工作区或活动区，给人吹风感。如客房，办公室，小跨度中庭，以及部分跨度大，高度高的工业建筑。

图7 贴附射流

3.2 吊顶送风

吊顶送风就是将风口安装在天花吊顶上，向下吹风，或者贴附形风口贴附吊顶吹风，如图8属于上送风形式，吊顶送风的特点：

1）人员工作区或者活动区为回流区，回风形式可以上回也可以下回。

2）工作区或者活动区的特性决定散流器的类型。

3）适用于大跨度、小层高的空间，如大型商场，大型办公室，展馆等。

4）常用风口有贴附形方形散流器，非贴附形方形散流器，贴附形圆形散流器，非贴附形圆形散流器，条缝形散流器。

5）吊顶上方需要有适当的安装空间。

6）吊顶散流器的工作区或者活动区的温度分布比较均匀。

图8 吊顶送风

3.3 喷口送风

喷口一般用于送风口与工作区或活动区的距离较远的场合，可以将喷口安装在侧墙上侧送，也可以将喷口安装在吊顶向下送。空间面积大时利用吊顶送风口无法将气流均匀送到工作区或活动区，这时需要使用喷口进行送风了。喷口送风的特点如下：

1）通常同侧回风，虽然喷口送风风速较大，但是人员工作区或者活动区为回流区。如图9。

2）喷口出流速度高，气流射程长，气流可以室内空气充分混合，能在室内形成较大的回流区，达到布置少量风口就可以满足气流分布均匀的要求。

3）噪声大，送风射流时，由于速度大，产生的噪声也相对较大，一般由于喷口安装位置较高或者离人的活动区较远，所以在对噪声要求不是很高的场所，完全可以使用。

4）适用于高大空间，如影剧院，体育场馆，机场候机楼，大型厂房，各种挑高大厅、大型活动场所和火车站候车厅等。

图9 喷口射流

3.4 孔板送风

孔板送风是指气流进过孔板上的小圆孔或短条形孔到达室内，如图10。

孔板送风的特点如下：

1）通常采用下回风形式，有时也有地面孔板送风，吊顶上回风的情况。

2）由于孔板送风的气流混合比较好，可以大范围在相同的情况下与室内空气混合，温差和风速衰减较快，所以温度场和速度场都比较均匀，适用于温差和风速要求严格的环境。

3）要求空调机组的送风量大，换气次数达到20~150次/小时（一般空调换气次数为10次/小时），要选择大风量的空调机组，所以风机的运行费用比较高。

4）吊顶空间用作为送风静压箱，因为整个吊顶作为风箱，所以吊顶空间要求比较通透，而且要求吊顶空间内比较干净。

5）适用于高精度空调或净化空调，一般不用于舒适性空调，如用于恒温恒湿机房和洁净车间等。

图10 孔板送风

4、回风形式

回风口不应该布置在送风的射流区内，防止风流短路。有集中负荷的地方，要尽量把回风口放在集中负荷处，提高通风效率和排污效率，回风主要有下回风和上回风。

4.1 下回风

工作区在回流区，速度衰减和温度衰减量都很大。比较特殊的情况是可利用走廊回风，可以再走廊侧的门上或墙上可以安装回风口通往走廊，空气处理机的回风口可以放在走廊的端头，将走廊里的风吸走，送进房间的空气经过换热后就可以流到走廊里，从走廊回到空调处理机内，如图11。一般用于用于办公室，居住建筑。

图11 利用走廊回风

4.2 上回风

适用于主要热源在上部，如天花照明；或者下回风道不好布置的场合。要求是要有足够的可利用吊顶空间来安装回风道。另外，置换送风是通过对流，所以回风一般也需要上回风。

5、回风与送风形式搭配

5.1 回风和上送风搭配的形式有

5.1.1 单侧送回风

送回的百叶风口上下叠放，上面的送风口水平送风，下面的风口往上抽风，如图12，比如酒店客房的风机盘管。上面的送风口水平送风，下面的风口在同侧靠近地面的墙身上。如图13。

图12 同侧上送上回 图13同侧上送下回

5.1.2 异侧送回风

室内房间的两端吊顶上，一边吊顶送风口，一边吊顶回风口，比如风机盘管的接驳送回风管将送回风管至于房间的两端。吊顶送回风，吊顶上部分散流器是送风，一部分散流器是回风，如图14。回风还可以散流器不接入风机盘管而利用整个吊顶内空间作为回风道，但是要求吊顶空间内比较干净，如图15。

图14 图15

5.2 回风和中送风搭配的形式

可采用上回风和下回风形式，对室内中部以上的空间不用考虑空调效果好不好。用于制冷空调送风，冷空气从中部的送风口射流出后由于冷空气密度比周边空气密度低，所以冷空气就会降到人员工作区或者活动区，所以用于制冷时回风口采用上回风和下回风的形式都可以。如果用于制热空调送风时，回风口采用下回风，但是该形式不建议制热使用。适用于高大空间的制冷要求，如高大办公室，高大中庭，高大厂房，如图16。

图16高大空间用中送风形式

5.3 回风和下送风搭配的形式

5.3.1 送回风主要搭配形式

（1）下送下回，立式风机盘管一般安装在窗沿下方，可以抵御窗户缝隙的渗透负荷，如图17。

图17 立式风机盘管

（2）地板送吊顶回，地板送风利用架空地板下的空间安装风管道将送风送进工作区，或者直接利用架空地板下空间做送风静压箱，但是要求架空地板下方干净。地板送风直接送进工作区，所以比较节能。如图18。

图18 架空地板送风吊顶回风

（3）置换通风的下送上回，空气从下面的送风口几乎接近自然对流的风速流出来，从上部通过自然对流回风，温度场和速度场取决于自然对流的情况，在有热源的位置，比如室内人员或发热设备，周围会产生从下往上的自然对流，出现自然对流后就会形成一个负压，周围的空气会向负压区流动进行补充。所以热源越大的地方得到的置换通风的冷气流就越多，这种情况下部的温度比较低，而上部的温度就比较高。如图19。

图19置换通风

5.3.2 下送风上回风的优点

以上地板送吊顶回和置换通风属于下送风上回风，下送风上回风的优点：可以降低空调的负荷，能耗低，比较节能，人员主要在2米以下的工作区或活动区，照明主要在顶部，如果是上送风的话，冷气流就会带走灯光的热量后才到工作区。更有利于污染物的排放，因为污染源主要集中在人员工作区和活动区，下送风的送风量更容易排挤掉工作区的污染物，所以下送风的工作区的空气质量要好于上送风的空气质量。

5.3.3 冬季的气流分布附加考虑

由于人员一般在离地2米的工作区或活动区，所以夏季供冷工况的气流分布比较容易做到合理性，冬季可能造成热空气往上升，降不下来，室内温度梯度过大的问题。冬季送暖风应该进行认真的校核，或采用以下的措施：

（1）提高送风速度（减小送风口有效截面积）

（2）减小送风温差（加大送风量）

（3）采用与夏季不同的送风方式。

6、结论与建议

综上所述，气流分布是室内空调的非常重要环节，它直接影响着空调系统的使用效果。而送风回风形式决定了气流分布是否合理。合理的气流分布不仅提高空调效果，而且还能减少空调系统的初投资和使用时的运行费用，所以在暖通空调设计以及在施工时要根据不同的场合和条件来综合考虑送回风的形式。

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