高大空间常用风口的设计选型与讨论.doc

高大空间常用风口的设计选型与讨论
南京冠福工程技术有限公司苏州分公司：　　田元健　　凌云
摘要：探讨高大建筑空间内，送风口的结构布置形式、设计选型和主要技术参数的计算评估，结合鼓喷厂家提供的实验数据，并就应用温度感应自动调节控制的鼓形喷口的项目实例提出了设计、计算方法。
关键词：喷口的选型；射程、转角、阻力、噪声的设计计算方法及评估分析
1 概述
我们在实际的工程项目设计施工过程中，常常会需要对类似车站和机场的候车厅、体育馆、大型展览馆、装备车间等高大空间的空气气流组织进行设计和选型。那么研究和讨论根据已知条件来合理地设计和选择空气的气流组织以及各类送风口的问题就变得现实和需要了。为此结合实际的工程项目设计和应用的结果，讨论以下关心的问题：
２ 高大空间的送风口布置形式
对于高大空间送风口类型的选择和布置，一般而言，高大空间的空气气流分布形式较多采取上送风下回风的形式，与其对应的送风风口的布置形式常见的有顶送风和侧送风二种。对于选择顶送风时，常常选择可变旋流风口。而选择侧向送风时则多选择球形喷口或鼓形喷口，且可以考虑从二侧同时送风的布置形式。根据空间内热湿处理要求，无论考虑选择哪一类送风口，其风口都应具有夏季工况（即送冷风）、冬季工况和过渡季节这三种不同的送风方向的要求。以下结合我们的工程实例讨论如下：
2.1侧送风布置形式的风口设计选型
2.1.1 已知条件
某体育馆所，其长66m宽52m有效层高22m其容积为：75504m3,设计容纳人数为：7000人.夏季室内要求温度27℃±2℃,冬季室内要求温度17℃±2℃;夏季送风温度16℃,冬季送风温度26℃;设计冷负荷为：1050KW,设计热负荷为：875KW,即已知夏季送风温差为11℃,冬季送风温差为9℃,由建筑具体结构的设计决定可设置风口的安装高度为：12.2m.送风口考虑采取二侧上送风下
回风布置形式。要求所有送风口具有根据季节送风温度的变化自动调节送风角度的功能。

2.1.2设计选型
图1 球形喷口选型图
根据已知条件可按图1所示：
风口选型程序作出下列选择：　　　
1)送风量Q确定：
Q=G*cp*⊿t
夏季送风量：283528m3/h;
冬季送风量：288779m3/h;
式中：Ｇ为送风量，kg/s；
Cp为空气的定压比热；⊿t为送风温差，℃；
综合考虑系统可能的漏风和峰值负荷后，
可选定送风系统的最小额定风量为：297000m3/h。

2.1.3选择确定喷口型号、规格和数量
本例是属高大空间送风系统，所选择风口应具备送风射程远、单个风口的送风量大、安装调试方便、风口工作时噪声低等要求，为此选择的风口类型为鼓形喷口，鼓形喷口的的型号规格为：FK-GP/W/750*250； 图2鼓形喷口产品照片
其单个鼓喷的流通面积为：0.112m2;　　　　
单个风口的设计送风量为5940m3/h;
风口合计数量为：50个。
即沿着体育馆长度方向的间隔为2.5m,在
沿体育馆长度方向二侧布置鼓形喷口。
其主要技术参数,包括送风距离、夏季和冬季的送风转角值、噪声值评估、鼓形喷口内阻等；
具体的设计计算符号如图3所示：
图3 温度感应自动调节控制的鼓形喷口布置图　　　　　

2.1.4主要技术参数复核计算
１　水平送风距离x：
根据等温自由射流轴心速度衰减的计算表达式：
Ｖx/Vo=0.48/〔（ax/do）+0.145〕 (1)
式中：Vo　为鼓形喷口出风口断面的平均风速，m/s;

本例的Vo值为：Vo=5940/(3600*0.1125)=14.66m/s;
Vx 为射程达ｘ处的射流轴心速度，m/s; 按照一般的使用要求其计算射流断
面处的速度（也就是末端风速）取值为0.5m/s;
X 为射流断面到鼓形喷口出风口的距离，也即送风距离，m;
do 为鼓形喷口的当量内径（也就是气流的流通当量直径）
do=4*流通面积/2*鼓喷内周长；本例do为0.250m
a 为鼓形喷口的紊流系数，其值反映了鼓形喷口在送风气流所在各断面上的
速度不均匀程度,由鼓形喷口的结构、几何形状、表面粗糙度等因素来确定.对于各种射流风口而言，紊流系数值一般由实验测试而得。
附表一为由苏州市创建空调设备有限公司提供的温度感应自动调节控制的鼓形喷口、球形喷口紊流系数的测试值，可以在工程设计中加以引用的。
表１　　　　常用射流风口的紊流系数实验数值
鼓形喷口型号规格　　　　紊流系数　　球形喷口型号规格　　　紊流系数
FK-GP/W/250*150 　　 0.098 FK-QP/W/￠160 　　 0.082
FK-GP/W/300*150 　　0.106 FK-QP/W/￠200 　　 0.085
FK-GP/W/475150 　 　0.115 　FK-QP/W/￠250 　　 0.091
FK-GP/W/625*150 　　 0.121 FK-QP/W/￠315 　　 0.096
FK-GP/W/500*250 　　0.126 FK-QP/W/￠400 　　 0.102
FK-GP/W/650*250 　　 0.132 FK-QP/W/￠500 　　 0.106
FK-GP/W/750*250 　　 0.138 FK-QP/W/￠630 　 0.114
FKGP/W/900*250 　　 0.143
将以上数据代入上述表达式(1)有：
0.5/14.66=0.48/[(0.138*X/0.250)+0.145]
求得：ｘ＝25.23m此值即为送风末速度为0.5m/s时的送风水平距离L。
2冬季工况和夏季工况需要自动调整的送风角度的校核
1)冬季工况
此工况是送热风，根据已知条件安装高度为12.2m;考虑人员的温度感受高度（一般取值为1.7m）后。已知气流从鼓喷送风出口到末端风速处的高度实际落差为：10.5m.(图3所示的H尺寸)这样送热风夹角
α2为：
α2=arcsin(H/L)=24.58°;为了稳妥起见建议送热风转角设定值为25°.
2)夏季工况
此工况为送冷风。鼓形喷口安装高度到屋顶距离为9.8m，考虑到实际结构布置
情况（上方灯具照明等因素），我们设鼓喷送冷风时向上的转角为10°。
此时从图３可以看出，二股送冷风的等温气流交点到喷口安装位置的距离是：H2＝L*sin10°＝4.38m

2.1.5非等温送风气流情况下对送热风时的射程值影响分析
由于空气的送风温度和室内使用温度之间存有温度差，这样射流气流与其周围空气接触混合时，由于温度的差别而使他们的密度也不同，即气流所受浮力与重力不相平衡而将会发生弯曲。出现冷射流朝下曲，而热射流朝上弯曲。对于实际的工程项目而言，由于其影响不大，所以通常都作忽略处理。
2.1.6鼓形喷口内阻值评估
在风管系统设计和调试时常需对各类风口的局部阻力值有一个要求，以利于系统风压的平衡设定和调整。鼓形喷口是一种矩形射流风口，其流通阻力主要是以局部阻力的形式存在。通常流通阻力可以下式表示为：
Hd=ζ*V*V*ρ/2 Pa
式中：ζ为鼓形喷口的阻力系数，由实际检测确定；可取值为0.9
Ｖ为设计风量下空气流经鼓喷内腔时的流速，m/s;
ρ为空气的密度，取值为1.2;
这样本例鼓喷的内阻值为：0.9*14.66*14.66*1.2/2=116Pa，由此可见，在单个风口的风量、射程要求都较大时，鼓形喷口的内阻值是相当小的。
2,1.7鼓形喷口噪声值评估
高大空间内允许的噪声值根据使用场所的差别，会有不同的要求，一般允许的噪声值在50dB(A)～60dB(A)范围，为此通常在设计和选择送风风口时应该对所选风口的再生噪声值作设计计算评估。本例结合工程项目中实际测量到的噪声量值，作具体的分析如下：　　　　　鼓形喷口噪声修正曲线　图4
气流流经鼓形喷口所产生的再生
噪声的声功率级可按下式计算：
Lw=10lgA+algv+b dB(A)
式中：
A　为鼓形喷口的流通面积，m2;
V 为鼓形喷口出口风速，m/s;

ａ、b为实验常数，图4为由苏州市创建
空调设备有限公司提供的鼓形喷口的algv+b的修正曲线图。根据以上的数据空气在流经鼓形喷口时所产生的再生噪声值为：
Lw=10lg0.1125+68.5=59 dB(A)
为了能更准确的了解和评估实际使用场所的噪声在各个倍频程下的声功率级的量值，通常可以采用以下列表所示修正值，来对鼓形喷口在各个倍频程下的声功率级进行修正：

表２　　鼓形喷口倍频程声功率级修正值及修正结果　　　dB(A)
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 　 备注
-2 -7 -7 -11 -16 - 18 -19 -22 颈部风速＜15m/s
62 57 57 53 48 46 45 42
３　采用温度自动感应鼓形喷口的主要优点
对于高大空间送风气流的组织要求，当需要考虑根据季节的变化而对送风方向有相应调整要求的项目来说，传统的设计方案常采用由人通过电控平台给电动执行器输入信号，由执行器动作来改变送风口送风的选择角度来达到夏季工况气流朝上送而冬季工况气流朝下送的使用要求。和传统的设计配置方案相比，本项目所选择配置的温度感应自动控制鼓形喷口具有以下主要优点：
3.1采用温度感应自动控制的鼓形喷口，就无需由人员来发出信号，能实现随着季节的变化即送风温度的变化使鼓形喷口能作相应的调整并具有自动调整送风角度，即实现夏季朝上送冷风，冬季朝下送热风的功能要求。这在客观上降低了对使用管理的要求和管理人员配置的要求。
3.2由于鼓形喷口上配置了温度感应器，风口能自动识别送风温度（即是送冷风还是送热风）并通过鼓喷所附的传动机构将温度感应器的直线位移放大和转换成鼓形喷口的选择运动。所以整个使用场所可以在没有电源的条件下实现正
常的调整工作。完全不需要在安装过程中布置安装所以风口的连接电线和相应的电动控制设备。大大节约了安装的费用和时间，使整个项目的造价大为降低。
3.3 由于温度感应器是一个密闭的类似油缸活塞装置，其动力来自感应器内部媒体随着温度变化而发生的体积变化所形成的运动位移量。这种媒体的物理性能稳定，且感应器运动和位移都十分平稳。在正常情况下每年四季变化一次，也就是说每年鼓喷的转角只需变化调整一次，所以从苏州市创建空调设备有限公司提供的实验报告的数据分析，其温度感应自动调节控制系统在正常使用条件下可以达到１０年免维护的水平。
４　结束语
本文对高大建筑物室内送风口侧面布置时需要考虑的射流风口产品的结构功能特点、单个风口风量、射程、随季节变化送风口转角值的确定等问题进行了分析，对射流风口的内阻、紊流系数、再生噪声的计算评定等进行了叙述。以期望业内通话在对类似场合的风口设计选型、计算复核带来有参考价值的积极意义。

参考文献：
１　空气调节手册　　　　　　　　　　　　〔日〕井上宇市　　著
２　简明空调设计手册　　　　　　　　　　　赵荣义　主编　
３　空气调节　　　　　　　　　　　　　　　中国建筑工业出版社
４　苏州市创建空调设备有限公司检测报告　　同济大学中德学院