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摘要本文分析了空調(diào)建筑空氣幕實(shí)際承受的作用壓差，指出目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的空氣幕設(shè)計(jì)計(jì)算方法均只考慮總作用壓差中的1～2項(xiàng)，存在嚴(yán)重誤差。闡明空氣幕總作用壓差應(yīng)全面計(jì)算熱壓、風(fēng)壓、機(jī)械壓及平衡壓，并對(duì)各壓差組成項(xiàng)的影響因素和計(jì)算進(jìn)行了討論，提出了總作用壓差的具體計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞空調(diào)空氣幕作用壓差

不設(shè)空氣幕的空調(diào)建筑大門(mén)在5Pa正壓作用下每平方米面積外泄的冷量相當(dāng)于三百多平方米建筑所耗冷量。因此人員出入頻繁的大門(mén)口要設(shè)計(jì)安裝空氣幕。但相當(dāng)多的空調(diào)建筑空氣幕實(shí)際未能起到應(yīng)有作用。究其原因，從根本上說(shuō)，是目前使用的空氣幕設(shè)計(jì)計(jì)算方法不當(dāng)造成的，其中空氣幕作用壓差計(jì)算不當(dāng)是最主要的問(wèn)題。空氣幕是一種平面射流。平面射流在兩側(cè)壓力不平衡時(shí)產(chǎn)生彎曲，偏向壓力較小一側(cè)。對(duì)空氣幕而言，彎曲達(dá)到一定程度后就失去封閉作用。因而空氣幕必須具有足夠的抗彎能力，以抵抗相應(yīng)的作用壓差。因此，空氣幕作用壓差是空氣幕設(shè)計(jì)后一個(gè)最重要的條件參數(shù)，其確定是空氣幕計(jì)算的第一步，也是最重要的一步。但是國(guó)內(nèi)對(duì)于空氣幕總作用壓差空竟由幾部分組成，只計(jì)算某一部分會(huì)有多大誤差，沒(méi)有清楚的認(rèn)識(shí)和明確的把握。目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的幾種計(jì)算方法，均是計(jì)算單一熱壓或單一風(fēng)壓作用下的空氣幕的，雖然人們已認(rèn)識(shí)到這是不合理的，但是目前還未有成熟的符合我國(guó)實(shí)際情況的方法[1]，從而造成空氣幕計(jì)算結(jié)果偏小的后果。為此，有必要對(duì)空調(diào)建筑的空氣幕作用壓差進(jìn)行全面深入的分析，以便正確確定空氣幕作用壓差。

建筑內(nèi)外空氣總作用壓差的形成建立在建筑物空氣質(zhì)量平衡的基礎(chǔ)上。人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到它與熱壓Δph及風(fēng)壓Δpw有關(guān)。但這并非全部。對(duì)建筑物空氣流動(dòng)的原因進(jìn)行全面分析，可知還有兩項(xiàng)對(duì)總作用壓差有重大影響的部分目前未引起足夠注意。首先是建筑物特別是空調(diào)建筑內(nèi)機(jī)械送風(fēng)和排風(fēng)量不平衡導(dǎo)致的室內(nèi)外空氣壓差，稱(chēng)為機(jī)械壓Δpm，如空調(diào)建筑保持的正壓。其次是建筑物自然滲透發(fā)生變化引起的室內(nèi)外空氣壓差變化，稱(chēng)為平衡壓Δpe。實(shí)際建筑物內(nèi)外交外壓差即部作用壓差Δpz是這四個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，可用其代數(shù)和表示，即

Δpz=Δpw+Δph+Δpm-Δpe時(shí)（1）

1風(fēng)壓Δpm

室外空氣以一定速度流動(dòng)，碰到建筑物后速度降低轉(zhuǎn)化為靜壓而形成風(fēng)壓Δpw，可用下式表示：

（2）

式中Cw----建筑風(fēng)壓系數(shù)，或稱(chēng)空氣動(dòng)力系數(shù)，用以表達(dá)動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓的程度；

ρw----室外空氣密度，kg/m3.

vw----室外風(fēng)速，m/s.

Cw是建筑物在風(fēng)場(chǎng)中相對(duì)于風(fēng)向的形狀和方位的函數(shù)，在有關(guān)的手冊(cè)和專(zhuān)著中可查到。表1給出了長(zhǎng)方形建筑的風(fēng)壓系

數(shù)，可以大致上了解風(fēng)壓系數(shù)的分布情況。室外風(fēng)速vw一般采用國(guó)家建筑氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中給出的季節(jié)最大頻率和風(fēng)向的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)是在地面以上10m高度獲得的。實(shí)際上由于地形、高度和樹(shù)木及其他建筑遮擋的原因，一般建筑表面附近的風(fēng)速往往低于氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出的室外風(fēng)速，而10m以上的風(fēng)速則高于此數(shù)：

長(zhǎng)方形建筑的風(fēng)壓系數(shù)Cw表1

建筑方位垂直偏斜

迎風(fēng)面0.950.70

側(cè)面-0.4-

背風(fēng)面-0.15-0.50

（3）

其中k=0.11～0.14。非高層建筑可不考慮此問(wèn)題。

現(xiàn)有以自然通風(fēng)計(jì)算法為基礎(chǔ)的空氣幕計(jì)算方法認(rèn)為只要不是迎風(fēng)面，為避免復(fù)雜計(jì)算，可忽略風(fēng)壓，僅計(jì)算熱壓引起的空氣流動(dòng)[2]。這種方法對(duì)以增大通風(fēng)量業(yè)排除余熱為目標(biāo)的工業(yè)建筑通風(fēng)是有好處的，因?yàn)樗芗哟笥?jì)算的安全系數(shù)。但對(duì)以減小通過(guò)大門(mén)風(fēng)量為目標(biāo)的空調(diào)建筑空氣幕設(shè)計(jì)，是不合適的，因?yàn)椴荒艹浞挚紤]可能的最大壓力，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏小，使得空過(guò)空氣幕的風(fēng)量增加從而加大冷熱量的消耗。由表1，可知即使不是迎風(fēng)面，風(fēng)壓系數(shù)仍有相當(dāng)數(shù)值。另外，對(duì)于空調(diào)建筑物，由于夏季冷氣的流動(dòng)方向是由內(nèi)而外，背風(fēng)面負(fù)壓加劇這種流動(dòng)。因而空氣幕計(jì)算中不論迎風(fēng)在還是背風(fēng)面，風(fēng)壓都不應(yīng)忽略。

2熱壓Δph

室內(nèi)外空氣溫度不同而產(chǎn)生密度差，使同一高度上承受的氣柱壓力不同，導(dǎo)致空氣從冷側(cè)向熱側(cè)流動(dòng)的壓力稱(chēng)為熱壓。熱壓用以下公式表式：

（4）

（5）

式中Ch----熱壓系數(shù)；Ch是建筑物內(nèi)部縱向隔斷狀況的函數(shù)。對(duì)高大廠房之類(lèi)無(wú)內(nèi)部縱向隔斷的場(chǎng)合等于1.0；

各層樓之間的樓梯間和電梯間均有門(mén)隔斷的現(xiàn)代建筑，Ch是等于0.65[3]。

其余根據(jù)內(nèi)部縱向隔斷程度在此區(qū)間取值；

ρc，ρh-----分別是冷、熱側(cè)空氣密度，kg/m3；

H，h-----分別是大門(mén)高度，建筑物最高排風(fēng)點(diǎn)高度，m；

HZ-----空氣幕作用下中和面高度，由地面起算，m；

q,μ-----分別是空氣幕效率和空氣幕作用下大門(mén)的流量系數(shù)；

Fm-----大門(mén)面積，m2；

Fp-----與大門(mén)處空氣流動(dòng)方向相反的空氣流動(dòng)總凈面積，m2；

Fm-----與大門(mén)處空氣流動(dòng)方向相同的空氣流動(dòng)總凈面積，m2；

由于現(xiàn)代空調(diào)建筑都采用鋁合金門(mén)窗，氣密性高，其縫隙的μF值在10-5，大大小于一般工業(yè)廠房的10-3水平，所以二樓以上的一般房間幾乎沒(méi)有滲透，應(yīng)將注意力集中于大門(mén)、屋頂排風(fēng)口等處。

中和面主度HZ主要與建筑高度、進(jìn)排風(fēng)面積比等因素有關(guān)。對(duì)一般建筑物為建筑高度的0.4～0.7倍。而建筑氣密性好的建筑，在設(shè)有帶空氣幕的開(kāi)敞大門(mén)時(shí)，可能超出此范圍。

3機(jī)械壓Δpm

為防止未經(jīng)處理的空氣無(wú)組織流入室內(nèi)，空調(diào)建筑往往通過(guò)送風(fēng)量大于排風(fēng)量的方式保持室內(nèi)正壓。這種由送風(fēng)和排風(fēng)量的不平衡造成的室內(nèi)外交困壓差稱(chēng)為機(jī)械壓。機(jī)械壓與風(fēng)壓、熱壓疊加使室內(nèi)外壓差增大。根據(jù)我國(guó)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，空調(diào)房間的正壓不應(yīng)大于50Pa。一般空調(diào)房間按5Pa正壓設(shè)計(jì)，實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)和設(shè)備情況的不同，空調(diào)房間的正壓從0到50Pa甚至更大，有一個(gè)很大的分布范圍。

機(jī)械的大小于送排風(fēng)量之差及外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的開(kāi)孔或縫隙面積有關(guān)，可按下式計(jì)算：

（6）

式中Cm-----機(jī)械壓系數(shù)，當(dāng)排風(fēng)量大于進(jìn)風(fēng)量，Cm=1；否則Cm=-1；

ρ-----進(jìn)排風(fēng)平均空氣密度，kg/m3;

Lj、Lp-----分別是進(jìn)風(fēng)量，排風(fēng)量，m3/s；

∑Fi-----進(jìn)排風(fēng)總凈面積，m2，含設(shè)有空氣幕的敞開(kāi)大門(mén)在內(nèi)。有效大門(mén)面積按下式計(jì)算：

（7）

q-----空氣幕效率系數(shù)。

在沒(méi)有確切的排風(fēng)量數(shù)據(jù)時(shí)，上式中的Lj、Lp也可以用建筑物總的送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)容量代替。但因送排風(fēng)管道阻力可能不同，會(huì)產(chǎn)生一定誤差。

4平衡壓Δpe

當(dāng)風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓共同作用建立起室內(nèi)外空氣壓差后，空氣在此壓差作用下將從圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的孔洞和縫隙向壓力較小一側(cè)滲透，使得壓差逐漸下降，直至進(jìn)出建筑物的空氣量平衡，形成一個(gè)新的穩(wěn)定的總作用壓差為止。這種建筑物為保持空氣滲入和滲出量平衡而產(chǎn)生的壓差變化，稱(chēng)不平衡壓。平衡壓與風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓的大小和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性有關(guān)，可在后三項(xiàng)之和的0～30%之間[4]，必須通過(guò)整個(gè)建筑物的空氣質(zhì)量平衡計(jì)算才可算出：

（8）

式中I表示迎風(fēng)面，o表示背風(fēng)面，風(fēng)壓與計(jì)算點(diǎn)方位有關(guān)，熱壓與計(jì)算點(diǎn)的高度有關(guān)，可用計(jì)算機(jī)采用疊代法計(jì)算。不便要用上述方法計(jì)算時(shí)，也可采用以下結(jié)果偏大的公式近似計(jì)算[5]：

（9）

式中-----分別是迎風(fēng)面、背風(fēng)面的風(fēng)壓，用式（1）計(jì)算；

F′，F(xiàn)′′-----分別是空氣幕作用下迎風(fēng)面、背風(fēng)面的總開(kāi)口（縫隙）凈面積，策m2。

其中設(shè)空氣幕的大門(mén)面積按式（7）計(jì)算。

5各壓差成分對(duì)總作用壓差的影響及比例

如上所述，建筑物內(nèi)外空氣總作用壓差Δp是風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓和平衡壓四個(gè)因素綜合作用的結(jié)果?？煞窈雎阅承┮蛩?，只計(jì)算其中的1～2項(xiàng)呢？以下通過(guò)一個(gè)例子來(lái)考察。

【例】某空調(diào)建筑總高27m，內(nèi)設(shè)直接采光的中庭，中庭頂部設(shè)有排風(fēng)口，面積總計(jì)0.4m2，大門(mén)們地迎風(fēng)面，寬B=4.4m，高H=2.5m。單層鋁合金窗，窗縫總長(zhǎng)L=2000m；其他門(mén)處于背風(fēng)面，是經(jīng)常關(guān)閉的，門(mén)縫總長(zhǎng)L=30m；室內(nèi)溫度tn=26℃，ρ=1.181kg/m3，室外夏季空調(diào)計(jì)算溫度tw=35℃，ρ=1.146kg/m3；室外平均風(fēng)速1.6m/s；室內(nèi)新風(fēng)量為9.8m3/s，機(jī)械排風(fēng)量為8m3/s。計(jì)算空氣幕總作用壓差并比較熱壓、風(fēng)壓、機(jī)械壓、平衡壓各部分相對(duì)大小。

【解】根據(jù)Δpz=Δpw+Δph+Δpm-Δpe由式（2）～（9），分別計(jì)算出風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械壓、平衡壓的數(shù)值，列于表2。計(jì)算細(xì)節(jié)說(shuō)明如下：

計(jì)算例表2

壓差組成熱壓Δph風(fēng)壓Δpw設(shè)備壓Δpm平衡壓Δpe總壓差Δpz

計(jì)算值（Pa）-0.751.39-1.700.54-1.59

比例0.470.871.070.341

（1）設(shè)計(jì)算對(duì)象近似矩形建筑，查得迎風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)Cw=0.95，背風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)Cw=-0.15，不考慮風(fēng)速沿高度的變化。

（2）車(chē)間建筑設(shè)計(jì)對(duì)稱(chēng)，除大門(mén)以外，迎見(jiàn)面和背風(fēng)面的其他空氣流動(dòng)面積（縫隙面積）分布均勻，可認(rèn)為相等。

（3）由[9]表3.23推得鋁合金窗窗縫μF≈3.2×10-5，由[5]表4-4門(mén)縫μF=0.01

（4）取空氣幕效率q=0.8，據(jù)[4]空氣幕射流角30°，，可用側(cè)送空氣幕的大門(mén)流量系數(shù)值。查[5]表4-3得μ=0.425，則包含空氣幕的大門(mén)的迎風(fēng)面空氣流動(dòng)面積F′和北風(fēng)面空氣流動(dòng)面積F′′分別為：

F′=4.4×2.5×(1-0.8)×0.245+2000×3.20×10-5/3=0.56m2

F′′=30×0.01+2000×3.20×10-5×2/3+0.4×0.64=0.3+0.043+0.256=0.599

(5)考慮到空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)管道的復(fù)雜，計(jì)算熱壓時(shí)不計(jì)機(jī)械送排風(fēng)開(kāi)口的影響。

分析表2數(shù)據(jù)可看出：

（1）由于總作用壓差是代數(shù)和，因而有可能出某項(xiàng)壓差絕對(duì)值大于總壓差的現(xiàn)象。

（2）夏季空調(diào)建筑熱壓所占比例很小。其原因首先是因?yàn)榭照{(diào)內(nèi)外溫差較小，如果按冬季空調(diào)，室內(nèi)20℃，室外-10℃時(shí)，經(jīng)試算熱壓將達(dá)2.93Pa，其絕對(duì)值大于總壓差。其次現(xiàn)代空調(diào)建筑門(mén)窗氣密性大大提高，使得中和面高度降低，熱壓減少。若按一般雙層鋼窗流量系數(shù)μF=0.0014計(jì)，經(jīng)試算熱壓可達(dá)6.91Pa，其絕對(duì)值亦大于總壓差。由此可知，對(duì)夏季密閉良好的空調(diào)建筑，僅計(jì)算單一熱壓來(lái)確定空調(diào)建筑空氣幕時(shí)，計(jì)算結(jié)果將偏小。本例中小50%以上，其他情況下偏小程度與風(fēng)速、溫差、排風(fēng)比和密閉程度有關(guān)。

（3）設(shè)備壓所占比例相當(dāng)大。本例中空調(diào)建筑為保持正壓而設(shè)置的風(fēng)機(jī)設(shè)備造成的壓力絕對(duì)值比總作用壓差還大，若忽略不計(jì)將造成重大誤差。

（4）風(fēng)壓所占比例較高。婁室外風(fēng)速較高時(shí)，風(fēng)壓絕對(duì)值有大于總作用壓差的可能。但由于平衡壓也隨風(fēng)速增大且與風(fēng)壓方向相反，部分抵消了風(fēng)壓的作用，故若用單一風(fēng)壓計(jì)算空氣幕將有偏大和偏小兩種可能，其偏離程度與風(fēng)速、溫差、排風(fēng)比和密閉程度有關(guān)。

6結(jié)論

1．目前國(guó)內(nèi)使用的空氣幕設(shè)計(jì)方法未全面考慮空調(diào)建筑空氣幕所實(shí)際隨的壓力，采用單一熱壓或風(fēng)壓做計(jì)算壓差，計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重偏小，不宜用于空調(diào)建筑物空氣幕計(jì)算。

2．空調(diào)建筑空氣幕總作用壓差應(yīng)綜合考慮熱壓、風(fēng)壓、機(jī)械壓及平衡壓，按式（1）～（9）計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

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