关键词：数值模拟微型涡喷发动机环形燃烧室
中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0100-03
10cm量级的微型喷气发动机具有结构简单、成本低廉的优点[1]，在一些特殊领域作为动力装置有着广泛的应用前景[2]。由于发动机结构的紧凑导致燃烧室空间窄小，如何在有限的空间中保证燃烧稳定并且有效的进行冷气掺混以降低燃烧室出口温度，成为这类发动机研究的关键问题，要解决此问题必须在燃烧室中建立适合小尺寸燃烧室结构的流态[3]。对于大型发动机燃烧室的一些结构并不适用小型发动机燃烧室，如通常采用的旋流器与射流孔共同形成回流区来保证燃烧稳定，但在小发动机燃烧室中一般不用旋流器，而是以射流形式形成回流区[4]。此外，大型发动机上的压力喷油嘴在小型发动机上也难以实现，小型发动机多采用蒸发管形式的喷油嘴。基于小型发动机的自身特点，导致其燃烧室的设计出现多种样式，从国内外的报道中可看出燃烧室的结构比较多样[5]。各种结构都有各自的优点，如何选取一种性能较佳的燃烧室，只能综合分析其结构特点对流场的影响，然后确定不同参数的影响以改进设计[6]。
本文利用ANSYS/CFX程序平台对一种直流环形燃烧室的流态进行了数值模拟研究。通过改变射流孔的面积，对比分析了燃烧室的流态变化，并在不同燃烧室进口流量下，对火焰筒壁面射流孔的流量分配进行了研究，其结果可为工程应用提供指导。
1燃烧室结构设计
计算采用的燃烧室结构如图1所示，火焰筒内外壁面为圆柱形，外壁直径96mm，内径22mm，轴向长度70mm。
这种尺寸的发动机常采用蒸发管式喷油嘴，燃料管从后部伸入蒸发管入口处。燃料进入蒸发管后开始蒸发并与从蒸发管后面进入的空气混合。通过蒸发管后，燃料与空气形成均匀的燃料混合物射入到燃烧室，在蒸发管的射流及火焰筒壁面射流空气作用下在燃烧室前部形成回流区，进行稳定燃烧。
如表1和表2所示，火焰筒外壁布置5排空，内壁布置4排孔，各排孔沿圆周均匀分布，其每排孔的个数、直径及距火焰筒前端距离见下表所示。蒸发管内径6.6mm，长62mm，均匀排布6个，其位置为圆心处在直径为81mm的圆周上。
火焰筒壁面开孔具有对壁面冷却、助燃以及形成回流区的作用，燃烧室后部较大的孔与燃气掺混进行冷却以降低出口燃气温度。因此，越靠后的孔射流的空气流量大，尺寸就比较大。上壁面最后一排孔为了吹出死角区燃气，防止温度过高，需要空气流量不多，孔径较小。
2建立计算模型
ANSYS/CFX程序平台对工程应用起到了重要的辅助作用，其研究结果可有效的指导工程设计。选取的计算模型从燃烧室入口至出口段，该模型试验用的压气机为离心式叶轮，由于尺寸较小，压力提高的不多，因此出口使用压力边界条件，设为一个大气压，入口以速度为条件。由于燃烧室的复杂结构，采用了四面体网格，在射流孔周围进行了加密处理，如图2所示。采用K-ω模型，这种模型适合于大曲率流动形式，对回流区的计算效果比较好。燃烧室结构为周期轴对称结构，为减小网格数量，周向取了60度范围作为计算域。通过试算几种不同网格数量，选取了100万网格数进行计算，此网格数量对结果基本没有影响。计算精度RMS为10e-5，这个程度可以进行定量的分析。
火焰筒的壁面射流和蒸发管的射流共同形成燃烧室的流态，不同的射流孔分布必然对流场结构有影响。射流孔的数量众多，如果对每一组合进行研究，势必计算量巨大。各排孔中孔径大的射流孔影响比较大，因此，选取了外壁第四排孔进行面积调整，而其他孔不变。
3计算结果分析
图3为在进口流量0.038kg/s时，通过蒸发管中央截面速度分布图，火焰筒壁面孔的分布为表1所示。可以看出在燃烧室前端蒸发管出口处形成回流区，回流区并没有形成轴对称的双涡结构。这是由于蒸发管的射流对回流区的形成起到引射作用，从图中可以看出蒸发管中的速度要大于外部流场速度。而蒸发管比较靠近火焰筒外壁，从横截面看上去形成了马蹄状的结构，如图4中流线的分布所示。从图3看出，回流区的旋涡直径从蒸发管下端一直到火焰筒内壁处。对于小型燃烧室，由于空间的限制，不容易形成大型燃烧室对涡结构的回流区，而形成单涡结构更为可取，这样更利于旋涡的形成。
图5所示为同样流量下，火焰筒外壁第四排孔直径变为8mm后的流场图，从图中看，流态结构保持不变，蒸发管中的流速变慢，由计算得，蒸发管射流原来出口速度21.56m/s，改孔后为16.0m/s。这是由于外壁第四排孔的变大，导致通过蒸发管的流量减小。蒸发管中的速度变小会影响回流区的切向速度，对回流的形成不利。第四排孔虽然流量变大，但同时面积增大，由计算可得，原来第四排孔的平均流速为22.3m/s，改大后，速度为19.5m/s。流量增加有利于掺混冷却，但速度降低影响射流深度，会使掺混不充分，冷却效果下降。表3为改孔前后各射流孔的流量比例对比。可以看出，一排孔的流量变化导致所有孔的流量变化，并且变化比较复杂，说明流量受多种因素影响。
图6为改孔前模型在不同燃烧室流量下各火焰筒壁面孔的流量变化，从图中可以看出，随流量增大，各孔的质量百分比趋于稳定，变化很小。说明这种燃烧室随发动机转速增加时，各孔流量分配保持的比较好，这样在不同工况下，燃烧室都可以保持一个稳定的流态。
4结论
（1）通过数值模拟研究可详细的了解这种结构燃烧室的流态及影响因素，采用了蒸发管射流与火焰孔壁面孔射流共同作用形成回流区，能够形成比较好的流态形式，这为试验改进提供了重要指导。
（2）火焰筒壁面孔的分布决定了流量的分配，从而直接影响流场结构，如何获得更好的流态形式，需要深入研究火焰筒的流量分配以及影响流量分配的因素，如射流孔的孔型，间距等。
（3）不同流量时，随流量增大，火焰筒壁面各孔流量分配基本稳定，这有利于燃烧室保持流态，以及对燃烧室燃油流量的调节控制等问题带来方便。
参考文献
[1]蔡真.微型发动机结构及动力学建模分析[D].南京：南京航空航天大学，2007.
[2]黄勇，林宇震.燃烧与燃烧室[M].北京：北京航空航天出版社，2009.
[3]郭德三，单鹏.微型离心甩油环形折流燃烧室设计与数值研究[C]//中国航空学会第八届小发动机学术会议论文集.2009.
[4]李聪，方蜀州，方平.微型涡喷发动机燃烧室数值模拟[Z].
【关键词】低湿度；净化空调；空调系统设计；洁净室
0.引言
厦门艾德航空工业园麦科特传感器件有限公司于2003年在厦门成立，是英国Meggitt集团下属的电子事业部设立的独资子公司，公司主要制造高精密传感器和控制器零部件以及其它电子元器件。生产厂房坐落在湖里区高崎南五路艾德工业园内。
1.项目概况
本项目洁净室设在厂房二层内区，厂房二层层高为5.8m，其中洁净室面积905，人员更衣室面积为48，洁净室四周及顶板均采用50mm厚内夹岩棉板的彩钢板，地板采用环氧自流平地面，洁净车间净高3m，上班人员共185人，人员更完洁净服后通过风淋通道进入洁净室，洁净室物料通过带气闸传递窗进出。
2.设计参数
2.1室外设计主要参数
夏季空调室外计算干球温度：33.4℃，湿球温度：27.6℃。
冬季空调室外计算干球温度：6℃，相对湿度：73%。
2.2室内设计参数要求如下表1所示：
表1
3.室内热湿负荷
本项目洁净区的夏季计算得热量主要由内围护结构传入的热量、人体散热量、照明和室内工艺设备的散热量构成；湿负荷主要是工作人员散湿量；由于洁净室工作时间、人员数量固定，设备和照明全天使用，以上冷负荷和湿负荷均可采用稳定传热方法计算确定，经计算，洁净区域的夏季余热为210kw，余湿为27.85kg/h,其中余湿按轻劳动考虑，群集系数取0.9。由于洁净区在内区，设备、照明及人员的发热及散湿在冬季均作为有利因素来考虑，洁净区的冬季加热量和加湿量主要考虑室外新风部分。
4.洁净空调系统设计
4.1空调系统确定
考虑到洁净区主要是一个洁净度等级为8级洁净车间和一个9级的更衣室，虽洁净度等级和温室度要求不同，由于更衣室面积小，与洁净室设计共用一套空调系统，空气净化采用三级过滤方式，粗效和中效过滤器设置在空调箱体内，用于保护设置在洁净区吊顶内的高效过滤器。
4.2气流组织及洁净室压差控制
由于洁净室为大开间区域，结合工艺布置要求，四周无法采用侧壁下部设百叶回风口，只能采用吊顶百叶回风的方式，车间内有两排柱子，利用柱子外包彩钢板形成回风柱，包柱彩钢板壁面四周下部距地150mm高均设双层百叶回风口，洁净室采用的是顶送，两侧顶回，中间局部下回的气流组织，更衣间采用顶送顶回的气流组织，整个洁净区的送风口布置尽量均匀，不出现送风死角，并尽量让室内的发尘区域处在气流的回流区，通过三级过滤后的洁净空气来稀释室内空气，从而达到洁净度等级要求；为了有效保证洁净度，洁净室与周围的空间必须维持一定的压差，不同等级的洁净室及洁净区与非洁净区之间维持5Pa压差，洁净区与室外的压差为10Pa。更衣间和洁净室与室外的压差分别取：10Pa，15Pa。洁净室围护结构采用岩棉彩钢板通过阴阳角拼接，缝隙用玻璃胶密封，洁净室的门四周均带密封条，关闭时通过室内正压受力密封，因此围护结构密性好，维持压差所需的风量，可按每5Pa压差取1次/h换气计算确定，并且在洁净室与更衣间及更衣间与非洁净区通过设单向型余压阀来调节压差。
4.3送风量和新风量确定
4.3.1送风量的计算
根据洁净室和更衣间要求的洁净度等级，以及本项目室内热湿负荷较小，可按换气次数法计算送风量，洁净室换气次数取18次/h,更衣间换气次数取15次/h，通过计算，空调系统总送风量：51000m3/h。
4.3.2新风量的计算
根据规范要求，新风量应取下列大值：
（1）室内排风量和保持室内正压所需的新风量要求。
（2）室内每人所需不小于40m3/h的新风量要求。
洁净车间工艺排风量为2000m3/h，维持正压所需风量8145m3/h，按满足人员新风要求所需的风量为7400m3/h，通过比较，可确定新风量取10145m3/h，大于总送风量的10%，符合相关规范要求。
4.4空气处理方案的确定
空气处理过程：夏季是降温除湿，冬季是加热加湿，通过上述计算确定的夏季室内余热余湿及风量，由于洁净室内空气湿度要求较低，夏季新风占的热湿负荷比重大，为了满足室内湿度要求，用低温供水二次表冷除湿的方式来保证室内温湿度的要求，经过二次表冷后的空气温度很低，因此采用较节能的二次回风方式来保证室内送风温度的要求，具体流程如下图1所示：
图1空气处理流程
根据以上空气处理流程，可确定空气处理机组各组合段布置如下图2所示：
图2空气处理机组各组合段布置图
4.5组合式空调机相关技术参数确定
4.5.1新风表冷器冷量计算
根据上述空气处理方案，新风经一级表冷处理到室内等温点，根据下图3用焓湿图表示的空气处理过程，L1点即新风经表冷处理后的状态点（t=24℃与ϕ=95%的交点），查焓湿图hL1=71.2kJ/kg，hW=89.3kJ/kg，新风处理冷量：
QX=ρGX(hW-hL1)=1.2×10145（89.3-71.2）/3600=61.2kw（1）
式中GX为新风量，单位：m3/h；ρ为空气密度，本项目计算ρ值均取1.2kg/m3。
4.5.2二级表冷器冷量的计算
二级表冷器冷量的确定相对复杂一些，如下图3所示，先确定一次回风与新风混合完经二级表冷处理后的状态点L2，根据室内余热余湿，可确定出热湿比：
ε=Q/W=210×3600/27.85=27145.4（2）
式中Q为余热，单位：kw；W为余湿，单位：kg/s；
通过做室内状态点N做ε线与ϕ=95%的交点即为L2点，查焓湿图hL2=21.8kJ/kg，tL2=6.8℃；再确定二次回风量，根据室内余热，可确定送风焓差：
ΔhS=Q/1.2GS=210×3600/（51000×1.2)=12.4kJ/kg（3）
式中GS为总送风量，单位m3/h；
二次回风量可通过如下公式计算：
ΔhS/（hN-hL2）=（GS-G2）/GS（4）
式中G2为二次回风量，单位m3/h；其中查焓湿图hN=41.1kJ/kg
求出G2=51000-12.4×51000/（41.1-21.8）=18233m3/h，经二级表冷器处理的风量如下公式计算：
G1+GX=GS-G2=32767m3/h（5）
式中G1为一次回风量，新风量GX已知，可得G1=22622m3/h,通过下式计算可求出新风与一次回风混合后的状态点的焓值：
（hC1-hN）/（hL1-hN）=GX/G1+GX)（6）
hC1=41.2+10145×（71.2-41.1）/32767=50.5kJ/kg，根据下式，可求出二级表冷器的处理冷量：
Q2=ρ(G1+GX)(hC1-hL2)=1.2×32767×（50.5-21.8）/3600=313kw（7）
W:夏季室外空气状态点；N:室内空气状态点；L1:新风经表冷器处理后的状态点；C1：新风与一次回风混合后的状态点；L2：新风与一次回风混合后经二级表冷处理后的状态点；C2：二次回风混合后的状态点。
图3夏季空气处理过程
4.5.3冬季加热量、加湿量计算
由于厂房在洁净室设计阶段已投入使用，业主也考虑运行管理和设备投资方面的因素，经业主认可冬季热源采用电加热，根据厂房洁净室实际运行情况，洁净室比工作人员上班时间提前半小时运行，考虑洁净室夜间停运，室内空气通过围护结构散热降温，因此冬季加热除要计算室外新风部分加热量外，还要预留室内空气在半小时内加热到冬季室内状态点所需要的热量，考虑计算方便，可根据下图4表示冬季新风处理过程来计算新风部分的加热加湿，下图4焓湿图不是新风的真实处理过程，实际运行过程是新风与回风混合后再加热加湿送入洁净区，下图4的冬季加热量是等湿升温过程，按如下显热计算公式确定电加热器的加热量:
室外新风加热量：
QXR=ρGXCP(tN-tX)=1.2×10145×1.01×（24-6）/3600=61.5kw（8）
式中CP为定压比热，取1.01kJ/(kg・K),室内空气开机后半小时加热到冬季室内状态点所需的热量：
QYR=ρGXCP(tN-tX)=1.2×2859×1.01×（24-6）/1800=34.7kw（9）
总需加热量：
QR=QXR+QYR=61.5+34.7=96.2KW,根据下图4，冬季新风加湿是等温加湿过程，加湿量计算如下：
WX=ρGX(dN-dN1)=1.2×10145×(6.6-4.3)/1000=28kg/h（10）
W:冬季室外空气状态点；N:室内空气状态点；N1:经电加热器加热后的状态点。
图4冬季新风处理过程
4.6空调机组设备选型
本项目空调机组与冷水机组共同设置在厂房非洁净区上方屋面的制冷机房内，送回风管管路均较长，主管最高风速10.5m/s，考虑不小于10%的系统漏风量，根据以上计算，所选风机送风量57000m3/h，风压1500Pa，通过设备厂家选型，考虑风管冷损失及风机的温升，一级表冷器采用6排管，处理冷量为75kw，为了满足室内设计参数要求，二级表冷器采用两组6排管串联，处理冷量为：365kw，每组冷冻水均设一进一出分别引冷冻水，盘管内的冷冻水流向与管外要处理的空气逆向，根据上图3中的L2点，经表冷器处理后的温度要达到6.8℃，供回水温度取5/10℃，并在冷冻水管路设置电动二通阀；电加热器加热量为110KW，按每档约37kw加热量为一档运行调节；加湿气采用调节精度更高的电热加湿，加湿量为31kg/h，加湿功率为21kw，加湿量可无极调节；粗中效均采用袋式过滤器，粗中效过滤器均采用无纺布，粗效过滤器初、终阻力为50Pa、100Pa，中效过滤器初、终阻力为100Pa、200Pa，考虑过滤器的更换及设备维护，在组合式空调箱的新风段、中间段、风机段和出风段设检修门，检修门均设密封条，保证机组在运行过程中的密闭性，各检修段内设照明灯。
4.7制冷机房的设计
本项目冷水供回水温度为5/10℃，组合式空调箱需要冷量为440kw，考虑水路冷损失及水泵温升，选择制冷剂为R134a，双机头水冷螺杆机1台，供回水温度为5/10℃，制冷量为495kw，冷冻水泵和冷却水泵各设置2台，一用一备，选循环水量为150t/h方型直交流式冷却塔1台，供回水温度为32/37℃，制冷主机、水泵、组合式空调箱均设置在屋面机房，冷却塔设置在室外屋面。
4.8消声和隔振处理
由于机房设置在屋面，制冷机房采用双层120mm厚中间80mm厚的空气层墙体，内贴50mm厚外包玻璃布的玻璃棉毡，用4mm厚孔径为9mm，穿孔率20%的FC板压面，屋顶为钢屋面，屋面内贴100mm厚外包玻璃布的玻璃棉毡,距屋面500mm下再设金属穿孔吸音吊顶板；主机、水泵均在400mm高混凝土基础上再设阻尼弹簧隔振器，组合式空调箱在400mm高混凝土基础上设二层SD橡胶隔振垫，两层间垫厚度为6mm的钢板，共86mm厚。通风管路上，与空调箱连接风管均设帆布软接头，送回风管路均设消声弯头和阻抗型消声器，二级消声，末端高效送风口均带静压箱。
5.结语
（1）通过调试，洁净室的温度、湿度、洁净度、正压、噪声均通过实测，满足设计要求，现已竣工投入使用多年。在施工完调试过程中，满足室内正压要求情况下，用毕托管测出的新风量比设计值偏大，通过检查，发现主要原因是洁净室吊顶上部风管漏风较严重，由于高效过滤器设置在末端，造成送风管内静压大，风管施工质量不好引起，因此8级洁净室考虑风管漏风量，建议要按中压系统，工作压力取大值来预留，对风管施工验收也应要求更高，建议风管在制作过程，抽样检测管段的密封性。
（2）到冬季较冷的月份，洁净室运行管理人员反应，早晨开机，半小时内无法达到室内设计温度的要求，加热偏慢，通过了解电加热器的工作状况，主要原因是设备厂家加热器肋片间距较大，空气与加热器接触面比较有限，同时设置三档加热，加热器自控运行，信号反馈偏慢，通过调试，改自控模式，原三档调节运行改为两档，因此建议洁净空调冬季加热有条件尽量采用蒸汽或高温热水盘管加热，效果会比电加热好，采用高品位电加热也不节能。[科]
【参考文献】
［1］GB50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].
［2］GB50243-2002,通风与空调工程施工质量验收规范[S].
［3］GB50073-2001,洁净厂房设计规范[S].
关键词：置换通风层流热力分层
一、前言
随着人们生活水平的不断提高，人们对室内空气品质的要求也越来越高。然而，随着人们生活水平的不断提高，各种新型建筑材料、装修材料、日用化学品进入居民住宅，这些物品散发出的污染物直接导致了室内空气品质的下降，引起头痛、困倦、恶心和流鼻涕等症状，此类症状被统称为“病态建筑综合症[1]，所以人们越来越关注一种新型的通风方式——置换通风。
二、国内外对置换通风的研究情况
国外对置换通风的研究比较早，已有近百年的历史,20世纪40年代欧洲人Baturin最早对置换通风进行了系统和科学的研究[2]。早在1989年，国外学者Svensson对置换通风空调系统在北欧市场的应用情况进行过统计，在工业空调中置换通风空调系统约占50%，而在民用空调中为25%左右[3]。上世纪90年代，瑞士、德国等研究人员用实验测试和理论分析的方法，对置换通风的许多方面，特别是在空气品质和热舒适性方面进行了细致的研究。与此同时，美国和日本的研究人员也对置换通风进行了研究，丰富和完善了置换通风的各项技术。
国内对置换式通风的研究起步较晚，对置换通风的研究也只在近十几年，目前许多技术尚未完善和成熟[4]，对其探索和研究还限于应用数值模拟和有限的实验相结合的方法，但数值模拟占主要地位。国内的上海大剧院就同时采用了座椅下送风的置换通风和楼层局部诱导送风和包厢的局部上送风的送风体系。
三、置换通风原理与特点
置换通风是依靠密度差所产生的压差为动力来实现室内空气的置换。置换通风的送风分布靠近地板，送风速度一般为0.25m/s左右，送风温差一般为2-4℃，送风动量低，以至于对室内主导流无任何实际影响，使得送风气流与室内空气掺混量很小，送入的较冷新鲜空气因密度大首先沉积在房间底部，随后慢慢扩散，像水一样弥漫到整个房间的底部，在地板上某一高度内形成一个洁净的“空气湖”。当遇到热源时，它被加热，以自然对流的形式慢慢升起，气流以类似层流的活塞流的状态缓慢向上移动，同时污染物也被携带向房间的上部或侧上部移动，脱离人的停留区，到达一定高度受热源和顶板的影响，发生紊流现象，产生紊流区。如果热羽流量在近顶棚处大于送风量，根据流体流动的连续性原理，必将有一部分热浊气流下降返回，因此在顶部形成一个热浊空气层。在任一个标高平面上的上升气流流量等于送风量与回返气流流量之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量正好等于送风量，在该平面上回返空气量等于零，气流产生热力分层现象。在稳定状态时，这个界面将室内空气在流态上分成两个区域：下部单向流动区和上部混合区。空气温度场和浓度场在这两个区域有非常明显的差异，下部单向流动区存在一明显垂直温度梯度和浓度梯度，而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风的温度和污染物浓度。因此，只要保证热力分层高度在工作区以上，就可以保证人体处于的工作区具有优良的空气品质。
四、置换通风的评价指标
国内外一些较为成熟的综合或单项评价指标有：
(1)当量评价指标。它是评价室内环境的综合指标。
(2)主观评价与客观评价相结合的综合评价方法。同济大学的沈晋明于1997年建立起一套比较符合国际模式和我国国情的评价方法，这一方法主要有三条途径，即客观评价、主观评价和个人背景资料评价。其中，客观评价是直接用室内污染物指标来评价IAQ的方法，选择具有代表性的污染物作为评价指标，来全面、公正地反映IAQ的状况；主观评价室内空气品质即人们进入待测室内空气品质的空间中，对室内空气品质填写一张调查单，表示自己对空气品质的满意或者不满意程度。
(3)IAQ等级的模糊综合评价。该方法的关键是建立IAQ等级评价的模糊数学模型，确定各类健康影响因素对可能出现的评判结果的影响程度。
(4)计算流体动力学(简称CFD)技术对IAQ的评估。近年来，CFD技术己被应用于建筑通风空调设计领域。该方法利用室内空气的质量、动量和能量守恒原理，采用合适的湍流模型，给出适当的边界条件和初始条件，用CFD方法求出室内各点的气流速度、温度和相对湿度等。
(5)通风效率”和“换气效率”评价标准。这两个指标是从发挥通风空调设备和系统的效应，进行有效通风，提高IAQ出发提出来的。
五、置换通风适用的冷源
是否采用置换通风的空调方式，首先要考虑选用何种冷源。置换通风要求采用中央冷水机组提供集中冷源，采用空气处理设备集中处理空气，采用水泵、水管输送冷水。传统的混合通风可以采用中央冷水机组也可以采用其他形式的冷源，比如分体式空调，VRV系统、单元式空调机组、直接蒸发式制冷机等等。
选用何种主机与初投资和运行费用的多少有直接关系。对于小型空调系统，直接蒸发制冷设备总是比冷水机组便宜，但是中大型工程这方面的费用比较接近。运行费用通常与空气处理方法有关，当然还与采用何种主机及其运行有关。
置换通风适用于采用冷水机组提供冷源的空调方式，若是用其他冷源形式一般不考虑采用置换通风。置换通风要求的送风温度较高，冷水机组可以利用三通控制阀提供可变的换热盘管温度，因此采用这种设备稳定性好。相反，直接蒸发制冷设备，具有固定的换热盘管温度，就算是采用多个压缩机，盘管温度也只能分档调节。
置换通风要求采用冷水机组，因此从经济性方面考虑，置换通风不适用于小型的空调系统。对于大中型系统，当初投资对业主来说是非常重要的考虑因素时，也应认真考虑。
六、置换通风的适用性分析
通常混合通风和置换通风系统要求相同的空气流量。不同的是，在同样的空气流量下置换通风通常提供更好的空气品质。置换通风不允许我们大量减少空气流量，也不是任何地方都适用。更适合采用置换通风的情形有以下几种：
(1)污染物质比环境空气温度高或密度小；
(2)供给空气比环境空气温度低；
(3)层高大的房间，例如房间层高大于3米。
置换通风一般用于层高大于2.4米的房间，浮升力作为驱动力的置换通风在下列情形效率较低：
(1)层高低于2.3米；
(2)房间空气扰动(湍流)强烈；
(3)污染物比环境空气冷、密度大。
参考文献：
[1]Steve．M．IndoorAirQuality-solutionandstragies[J]．1995(2)，255-260.
[2]陈光，王东，伟方正等．置换通风的发展及研究现状[J]．建筑热能暖通空调，2007(2)，23-28.
关键词：暖通空调安装施工问题解决方法
1、前言
在暖通空调系统的安装施工中，可能会出现送风量，送风状态参数，室内空气状态参数不符合设计要求的多种问题，弄清这些问题产生的原因及解决方法，不仅有助于系统的调试工作，也有利于系统的运行管理与维护。
2、存在的问题与解决方法
2.1送风量不符合设计要求
2.1.1系统送风量大于设计风量
(1)主要原因有：系统实际阻力小于设计计算值，通风机在低于选用风压的情况下运行，使送风量偏大；通风机选择得不合适。
(2)解决方法：如果系统实际送风量稍大于设计风量，在室内气流组织和噪声等允许的条件下，可不必调节；如果系统实际送风量比设计风量大得多，则可以通过降低风机的转数或改变风机出口风阀的开度来解决。
2.1.2系统送风量小于设计风量
(1)主要原因有：送风系统漏风率过大；系统实际阻力大于设计阻力；皮带传动的送风机，皮带松弛和打滑造成风机转数下降；风机相线接错，造成风机倒转，所选风机风量不够；所选风机性能低劣，风机叶片叶轮与管壳向的径向、轴向间隙超过规定的要求(大于叶轮直径的1％)，使风量大幅度下降。
(2)相应的解决方法：进行系统的检漏和堵漏，特别注意管道的法兰连接处和空气处理室及风管入孔、检查孔的严密性；检查部件阻力，看设备是否被施工遗留物堵塞，过滤器积尘是否超过额定值。如果是风管阻力偏大，则应放大风管的断面或在管件中(如弯头、三通)增设导流片；皮带过松应调紧皮带；风机倒转应调换任意两相线的接线，使风机正转；风机送风量不足可考虑增加风机的转数来解决(转数提高后应检查电动机是否超载)，必要时可更换风机。
2.2送风状态参数不符合设计要求
2.2.1空气处理设备的最大容量未达到计算的容量
(1)主要原因有：设计计算有误；设备性能不良；冷、热流热媒的参数及流量不符合设计规定。
(2)相应的解决方法：容量过大可以通过冷、热媒参数及流量的调节来满足使用要求，虽然这使得设备本身有些浪费，但给设备的处理能力留有一定的储备，以便系统调节，扩大服务范围；容量过小，如果产生根源是结构本身，应更换或增添处理设备；如果是冷热媒的流量不足，可能是由于管道阻力过大，通路堵塞(如喷水室喷嘴堵塞造成喷水量减少)，水泵扬程下降等引起，应采取相应措施来恢复冷、热媒的流量，如果是冷热媒的热力参数问题，则应检查冷热源的容量是否满足要求，管道保温是否有不良之处。
2.2.2档水扳过水量过大
挡水板过水量过大会使送风状态含湿量偏高。
(1)主要原因可能是：挡水板加工及安装质量不良，如挡水板间距太大，板数不够，挡水板与边框有较大的间隙，挡水板下部未插入水面等；空气通过挡水板时的速度过大造成大量带水所致；滴水盘安装质量不好。
(2)相应解决问题的方法是：改善挡水板或滴水盘的安装质量；适当控制风速，使迎面质量流速（v――空气流速，m/s；p――空气密度，kg/m3）。
2.2.3风机和风管温升(或温降)值偏高，造成送风温度偏高（或偏低）
(1)问题原因：主要是由于风机风压偏高；风管保温质量不好。
(2)解决方法：采取措施降低系统阻力；做好风管的保温。
2.2.4处于负压下的空气处理室和回风系统漏风数
(1)它使未经处理的空气进入了送风系统，与经过处理的空气混合改变了送风状态参数。如夏季喷水室后检查门关闭不严，吸入了机房中较热的空气，使露点不能满足设计要求，从而使送风状态参数偏离正常值。
(2)解决措施：应检查并堵塞漏洞，加强管理，防止漏风。
2.3房间空气状态参数不符合设计要求
(1)当送风量和送风状态参数符合设计要求，而房间空气状态参数不符合设计要求时，其原因可能是：室内实际热、湿负荷与设计值有较大出入；风口气流分布不合理，造成工作区流速过大或不均匀。
(2)解决方法：在重新实测核算房间热、湿负荷的基础上(通过房间进、出风量和焓差测定进行核算)，若房间实测的热、湿负荷小于设计计算值，说明系统设计偏于安全，可通过系统调节来满足设计要求；如果房间实测的热湿负荷大于设计计算值，可从下述三个方面采取措施解决：1)在空气处理设备和风机有余量的情况下，适当调整送风状态参数，增加送风量来满足设计要求；2)采取措施减少围护结构传入的热、湿负荷和房间内产生的热、湿负荷。如在围护结构上增加保温层，玻璃窗加遮阳板，散热的工艺设备加局部排气罩或加冷却装置等；3)采取上述措施仍不能奏效时，可修改空调系统设计，提高设备的处理能力。
在采取后两种措施时，要因地制宜，并进行必要的技术经济比较。
2.4室内空气品质不良和气流速度超过允许值
(1)室内空气品质不良主要原因是新风量不足，室内正压未保证，室外污染空气进入室内；系统过滤器安装质量不佳，未检漏，系统未清洗；也可能是对某些房间产生的有害物估计不足等。
(2)对于改善室内空气品质的相应措施有：增加新风量，保证室内正压；进行过滤器检漏，保证其过滤的效率；对房间产生严重有害物的设备进行局部处理、减少其对房间的污染。
2.5室内噪声超过允许标准
(1)室内噪声超过允许标准的原因有：风口部件松动，风口风速过高；消声器消声能力低，未达到预期效果；消声器设置位置不当，或经消声器后的风道未正确隔离噪声源等。
(2)相应的解决方法是：紧固松动部件，适当减小风口的风速，检测消声器的消声能力，质量低劣的应更换；检查消声器的设置位置，并采取管外隔离措施来减少机房噪声和其他噪声源通过风管的传递。
（一）污染物的多样化和污染严重化目前我国每年由于室内环境污染的人几乎接近千万，室内环境污染成为一个新的致病因素。当前室内环境污染的两个新的趋势就是污染源的多样化，污染问题的严重化。污染物主要包括室内活动、室外有害物质，以及装修等活动造成的污染物。人们长期处于严重受污染的室内就会造成身体不同程度的受到污染物侵害，如今这种侵害已经相当严重。
（二）人们日常生活造成的室内环境污染室内环境不同于外部环境，它相对封闭，空气不易流通，比室外空间更容易造成空气污染。人们长时间处于相对封闭的环境中，会进行大量的日常行为活动，如日常的做饭、开吸油烟机、开空调，甚至来回的行走都会产生大量的二氧化碳、二氧化硫和各种可吸入颗粒物，也会滋生一些病毒、细菌，如果房间不能及时地通风或排污，这些废弃物就会不断累积，从而形成一定规模的污染物，到达一定程度后就会严重威胁到人们的身体健康。
（三）装修材料对室内造成的污染有时人们日常活动并不是污染物的主要来源，在房屋的建造、装修过程中总是会用到大量的建筑材料和装修用品，这些材料中的大部分都包含多种对人体有害的物质，如装修时用到的油漆等涂料就含有大量的苯化合物。室内用于装饰的地毯，以及各种室内塑料用具，都或多或少的含有苯系物以及聚乙烯等有毒化合物，各种办公用品也含有许多高致癌物质，如果不加以监测和清理，就会形成数量庞大的污染物，长期处于这种环境中就会造成严重的身体健康问题。
（四）室外污染物进入室内造成的污染室内环境具有一定的封闭性，但也有很多时候有着和外界的具体交换。如果对开窗通风的时间和位置选择不好，就有可能造成室外污染物进入室内。目前我国的工业化程度日益提高，对于空气质量的损害也与日剧增。室外有着工厂排放的大量污染物，在开窗通风时就有可能使大量的有毒有害气体流入室内。此外，室外活动归来的人们如果不注意对衣服、鞋袜等物品进行及时清洗，也有可能将室外的污染物带入室内，从而加剧室内的环境污染。
二、对室内污染的监测措施及处理方法
（一）完善立法以及各种标准环境监测工作是依照法律法规，旨在为社会提供公正的质量监测报告，维护社会环境的工作，加强对环境质量的监测少不了一个评估与监测标准，而相关部门就应制定先关的法律依据以及相应的监测标准，为室内污染物的监测工作提供有效的依据。目前主要的依据是《环境监测质量管理规定》和《环境监测管理办法》，有时过去的法律条文和监测标准会跟不上建筑行业发展的步伐，相关部门应根据社会的发展变化不断完善和更新监测标准和监测条例。
（二）对可能造成污染的污染源进行监测在室内可能造成污染的各个污染源进行实时监测，同时对室内存在的各种污染物进行充分的了解与调查，从而确定污染物的类型。在确定污染物的具体的类型之后，就可以利用先进的检测技术与监测仪器，对造成这种污染的主要污染源进行重点监测，进而分析出各种污染物对室内的污染程度，了解到具体的污染源头，做到“统筹兼顾、重点治理”，着重对主要的污染源进行监测和处理。例如装修建材对室内环境的污染较重，卫生部出台了《木质板材中甲醛卫生规范》，加强对主要污染源的控制。
（三）对室内空气质量的监测室内环境中占比例最大的就是空气，所以对室内空气质量的监测必不可少。人们可以根据相关部门制定的空气质量标准，对房间进行空气质量监测，也可以根据实际需要或室内环境的具体情况灵活运用。一般对空气质量的监测主要包括二氧化碳、二氧化硫、甲醛、苯化合物、二氧化氮以及可吸入颗粒物等等。在获得相关数据后，按照有关部门的规定和技术人员的指导，对空气质量进行客观评价，根据监测结果判断是否达标，提供具体的结果报告，为制定和修改环境质量监测标准提供依据。
（四）妥善做好通风换气工作通风换气可以说是保持室内空气质量的最直接的方法。通风换气可以有效的调节室内大气的温度与压力，促进空气的流通，加强室内污浊空气的扩散，促进新鲜空气的流入。另外，通风还能降低氡浓度。通常情况下，在通风20-30分钟后，室内的氡浓基本可以达到平衡。但同时也要注意给室内合理的通风换气，尽量避免工厂及闹市街区的下风向，这样只能造成空气质量的恶化。
三、结语
关键字：自然通风；建筑设计
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
正文：
空调的使用让人们可以主动地控制居住环境,而不是被动地适应自然，也使人们渐渐淡化了对自然通风的重视。但是随着全球能源与资源短缺、环境严重破坏的加剧,建筑师将不得不重新审视自然通风这一传统技术。
一、自然通风的特点
自然通风是指利用建筑内外风力或热压造成的风来促使空气流动而进行的通风换气。近年来,在对节能技术广泛和深入研究的基础上,一些国家的建筑师们在一系列建筑创作中做出了探索和实践自然通风、机械辅助式自然通风这一项成熟而低廉的技术措施,在建筑设计中应充分、合理地加以使用。自然通风的作用体现在两方面:
1.节约能源。自然通风和空调都可以起到冷却通风的作用，但空调需要耗费大量能源而且还需投资许多处理装置，仅此，自然通风就可以降低能耗达到45%以上。这意味着在不消耗不可再生能源的情况下,降低室内气温,带走潮湿空气,并以气流降低皮肤温度,达到人体热舒适。即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。
2.绿色健康。自然通风能提供新鲜空气,维持室内空气的卫生,有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。建筑通风的设计方法,是以建筑设计配合室外通风条件,提高室内有效风速,从而达到通风换气的目的
二、自然通风形式
自然通风依靠室外风力造成的风压和室内空气温度差造成的热压使空气流动,以达到提供给室内新鲜空气和稀释室内气味和污染物,除去余热和余湿的目的。自然通风按工作原理可分为:热压作用下的自然通风、风压作用下的自然通风、热压风压共同作用下的自然通风。
1.热压通风
热压差是由室内外空气的温度差引起的，也就是通常讲的“烟囱效应”,烟囱使室内的烟不用机械方式而有组织的排出室外，大大改善了室内空气质量，这就是常说的烟囱效应。所谓热压通风，就是利用该原理,当室内存在热源时，空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，在建筑上部设排风口就可将污浊的热空气从室内排出，而室外新鲜的冷空气则不断从建筑下部流入，以填补上部流出的空气所让出的空间。热压的作用与进风口和出风口的高差及室内外温差有关。在通常的建筑设计中，大多可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔来实现进、出风口的高差要求，例如设置烟囱、通风塔、天井中庭等。与风压自然通风不同的是，热压作用下的自然通风更适应长变和不良的外部风环境。
2.风压通风
风压是指空气流受到阻挡时产生的静压。在具有良好的外部风环境的地方，风压是实现自然通风的主要手段,当风吹向建筑物正面时候,受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上静压增高,产生正压区,气流再向上偏转,同时绕过建筑物各侧面及背面,在这些面上产生局部涡流,静压降低,形成负压差,风压就是利用建筑迎风面和背风面的压力差,室内外空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。建筑物周围的风压大小与建筑物的形式、建筑物的几何形状、建筑物相对于风向的方位、风速及建筑物周围的自然环境都有关。一般当空气垂直吹向建筑的正立面时，正立面中心处的正压最大，而屋角和屋脊处的负压最大。
3.热压与风压通风
建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果，热压作用相对稳定，烟囱效应拔风的产生条件较容易实现，而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响，具有不稳定性。所以,当风压与热压同时作用的时候，还可能出现减弱通风效果的情况。
三、自然通风在建筑设计中的应用
1.建筑布局。建筑布局是建筑设计的前期工作,对自然通风的效果影响很大。建筑群的布局方式一般有以下5种:并列式、错列式、斜列式(统称为行列式)、周边式和自由式。各种布局对建筑自然通风的效果不同,在设计中应予以注意。高低建筑、长短建筑相结合的不同布局、建筑布局不同的疏密关系和建筑院落开口的方向等等也都会对建筑的自然通风带来一定的影响。
2.建筑平面
设置天井进行自然通风，建筑开口的设置与通透度。房间的开口大小相对位置等直接影响到风速、进风量和风的路径。开口的相对位置对气流路线起到决定作用,并应根据房间的使用功能考虑。
3.建筑剖面
利用建筑高大空间进行通风。高大空间建筑腔体在这里指能够对建筑内部环境起到调节作用的空间。
4.辅助通风。建筑物中的自然通风在实践中往往采用一些特殊的方法增强风压或热压，甚至采用机械辅助自然通风以达到强化自然通风的目的。
①穿堂风。应该尽量组织好室内的通风：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑内部的开口，引导气流；建筑的风口应该可调节，以根据需要改变风速风量；合理的家具布局与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。
②屋顶通风。通风屋顶内部一般有一个空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气的温度。通风隔热屋面通常有以下两种方式：
a在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上,利用中间的空气间层带走热量,达到屋面降温的目的,另外架空板还保护了屋面防水层。
b利用坡屋顶自身结构,在结构层中间设置通风隔热层,也可得到较好的隔热效果。
③双层玻璃幕墙。双层幕墙由内外两道幕墙组成，两层玻璃幕墙之间留一个空腔,空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。为了更好地实现隔热,通道内一般设置有百叶等遮阳装置。在冬季,关闭进出风口,利用“温室效应”,提高围护结构表面的温度，有效提高内层玻璃的温度，减少建筑的采暖费用；夏季,打开进出风口,利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风，降低内层玻璃表面的温度，减少空调的制冷费用。
④捕风窗。密集的建筑聚落,会对风的流动产生影响。因此,干热和暖湿地域的人们发明了捕风窗,这样高于建筑的风可以被捕风窗引导入室内。所谓捕风窗就是利用杆件支撑起高于建筑又迎向主导风向的片状构件,利用片状构件截住高于建筑的气流,因为同地表比较起来,高处气流温度低,流速快。所以,捕风窗将风利用风道引入建筑室内,满足了普通窗户通风和保证室内空气流动的功能要求。
结语：降低建筑能耗，使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标，自然通风技术作为一种与气候相适宜的生态技术，相信随着生态、可持续发展理念的不断发展，自然通风方式将会越来越多地被利用。
参考文献：
关键词空调空气幕作用压差
不设空气幕的空调建筑大门在5Pa正压作用下每平方米面积外泄的冷量相当于三百多平方米建筑所耗冷量。因此人员出入频繁的大门口要设计安装空气幕。但相当多的空调建筑空气幕实际未能起到应有作用。究其原因，从根本上说，是目前使用的空气幕设计计算方法不当造成的，其中空气幕作用压差计算不当是最主要的问题。空气幕是一种平面射流。平面射流在两侧压力不平衡时产生弯曲，偏向压力较小一侧。对空气幕而言，弯曲达到一定程度后就失去封闭作用。因而空气幕必须具有足够的抗弯能力，以抵抗相应的作用压差。因此，空气幕作用压差是空气幕设计后一个最重要的条件参数，其确定是空气幕计算的第一步，也是最重要的一步。但是国内对于空气幕总作用压差空竟由几部分组成，只计算某一部分会有多大误差，没有清楚的认识和明确的把握。目前国内广泛应用的几种计算方法，均是计算单一热压或单一风压作用下的空气幕的，虽然人们已认识到这是不合理的，但是目前还未有成熟的符合我国实际情况的方法[1]，从而造成空气幕计算结果偏小的后果。为此，有必要对空调建筑的空气幕作用压差进行全面深入的分析，以便正确确定空气幕作用压差。
建筑内外空气总作用压差的形成建立在建筑物空气质量平衡的基础上。人们早已认识到它与热压Δph及风压Δpw有关。但这并非全部。对建筑物空气流动的原因进行全面分析，可知还有两项对总作用压差有重大影响的部分目前未引起足够注意。首先是建筑物特别是空调建筑内机械送风和排风量不平衡导致的室内外空气压差，称为机械压Δpm，如空调建筑保持的正压。其次是建筑物自然渗透发生变化引起的室内外空气压差变化，称为平衡压Δpe。实际建筑物内外交外压差即部作用压差Δpz是这四个因素综合作用的结果，可用其代数和表示，即
Δpz=Δpw+Δph+Δpm-Δpe时（1）
1风压Δpm
室外空气以一定速度流动，碰到建筑物后速度降低转化为静压而形成风压Δpw，可用下式表示：
（2）
式中Cw----建筑风压系数，或称空气动力系数，用以表达动压转化为静压的程度；
ρw----室外空气密度，kg/m3.
vw----室外风速，m/s.
Cw是建筑物在风场中相对于风向的形状和方位的函数，在有关的手册和专著中可查到。表1给出了长方形建筑的风压系
数，可以大致上了解风压系数的分布情况。室外风速vw一般采用国家建筑气象参数标准中给出的季节最大频率和风向的数据，这种数据是在地面以上10m高度获得的。实际上由于地形、高度和树木及其他建筑遮挡的原因，一般建筑表面附近的风速往往低于气象参数标准给出的室外风速，而10m以上的风速则高于此数：
长方形建筑的风压系数Cw表1
建筑方位垂直偏斜
迎风面0.950.70
侧面-0.4-
背风面-0.15-0.50
（3）
其中k=0.11～0.14。非高层建筑可不考虑此问题。
现有以自然通风计算法为基础的空气幕计算方法认为只要不是迎风面，为避免复杂计算，可忽略风压，仅计算热压引起的空气流动[2]。这种方法对以增大通风量业排除余热为目标的工业建筑通风是有好处的，因为它能加大计算的安全系数。但对以减小通过大门风量为目标的空调建筑空气幕设计，是不合适的，因为不能充分考虑可能的最大压力，会造成计算结果偏小，使得空过空气幕的风量增加从而加大冷热量的消耗。由表1，可知即使不是迎风面，风压系数仍有相当数值。另外，对于空调建筑物，由于夏季冷气的流动方向是由内而外，背风面负压加剧这种流动。因而空气幕计算中不论迎风在还是背风面，风压都不应忽略。
2热压Δph
室内外空气温度不同而产生密度差，使同一高度上承受的气柱压力不同，导致空气从冷侧向热侧流动的压力称为热压。热压用以下公式表式：
（4）
（5）
式中Ch----热压系数；Ch是建筑物内部纵向隔断状况的函数。对高大厂房之类无内部纵向隔断的场合等于1.0；
各层楼之间的楼梯间和电梯间均有门隔断的现代建筑，Ch是等于0.65[3]。
其余根据内部纵向隔断程度在此区间取值；
ρc，ρh-----分别是冷、热侧空气密度，kg/m3；
H，h-----分别是大门高度，建筑物最高排风点高度，m；
HZ-----空气幕作用下中和面高度，由地面起算，m；
q,μ-----分别是空气幕效率和空气幕作用下大门的流量系数；
Fm-----大门面积，m2；
Fp-----与大门处空气流动方向相反的空气流动总净面积，m2；
Fm-----与大门处空气流动方向相同的空气流动总净面积，m2；
由于现代空调建筑都采用铝合金门窗，气密性高，其缝隙的μF值在10-5，大大小于一般工业厂房的10-3水平，所以二楼以上的一般房间几乎没有渗透，应将注意力集中于大门、屋顶排风口等处。
中和面主度HZ主要与建筑高度、进排风面积比等因素有关。对一般建筑物为建筑高度的0.4～0.7倍。而建筑气密性好的建筑，在设有带空气幕的开敞大门时，可能超出此范围。
3机械压Δpm
为防止未经处理的空气无组织流入室内，空调建筑往往通过送风量大于排风量的方式保持室内正压。这种由送风和排风量的不平衡造成的室内外交困压差称为机械压。机械压与风压、热压叠加使室内外压差增大。根据我国暖通空调设计规范规定，空调房间的正压不应大于50Pa。一般空调房间按5Pa正压设计，实际上，由于设计和设备情况的不同，空调房间的正压从0到50Pa甚至更大，有一个很大的分布范围。
机械的大小于送排风量之差及护结构上的开孔或缝隙面积有关，可按下式计算：
（6）
式中Cm-----机械压系数，当排风量大于进风量，Cm=1；否则Cm=-1；
ρ-----进排风平均空气密度，kg/m3;
Lj、Lp-----分别是进风量，排风量，m3/s；
∑Fi-----进排风总净面积，m2，含设有空气幕的敞开大门在内。有效大门面积按下式计算：
（7）
q-----空气幕效率系数。
在没有确切的排风量数据时，上式中的Lj、Lp也可以用建筑物总的送风机和排风机容量代替。但因送排风管道阻力可能不同，会产生一定误差。
4平衡压Δpe
当风压、热压、机械压共同作用建立起室内外空气压差后，空气在此压差作用下将从围护结构上的孔洞和缝隙向压力较小一侧渗透，使得压差逐渐下降，直至进出建筑物的空气量平衡，形成一个新的稳定的总作用压差为止。这种建筑物为保持空气渗入和渗出量平衡而产生的压差变化，称不平衡压。平衡压与风压、热压、机械压的大小和围护结构的气密性有关，可在后三项之和的0～30%之间[4]，必须通过整个建筑物的空气质量平衡计算才可算出：
（8）
式中I表示迎风面，o表示背风面，风压与计算点方位有关，热压与计算点的高度有关，可用计算机采用叠代法计算。不便要用上述方法计算时，也可采用以下结果偏大的公式近似计算[5]：
（9）
式中-----分别是迎风面、背风面的风压，用式（1）计算；
F′，F′′-----分别是空气幕作用下迎风面、背风面的总开口（缝隙）净面积，策m2。
其中设空气幕的大门面积按式（7）计算。
5各压差成分对总作用压差的影响及比例
如上所述，建筑物内外空气总作用压差Δp是风压、热压、机械压和平衡压四个因素综合作用的结果。可否忽略某些因素，只计算其中的1～2项呢？以下通过一个例子来考察。
【例】某空调建筑总高27m，内设直接采光的中庭，中庭顶部设有排风口，面积总计0.4m2，大门们地迎风面，宽B=4.4m，高H=2.5m。单层铝合金窗，窗缝总长L=2000m；其他门处于背风面，是经常关闭的，门缝总长L=30m；室内温度tn=26℃，ρ=1.181kg/m3，室外夏季空调计算温度tw=35℃，ρ=1.146kg/m3；室外平均风速1.6m/s；室内新风量为9.8m3/s，机械排风量为8m3/s。计算空气幕总作用压差并比较热压、风压、机械压、平衡压各部分相对大小。
【解】根据Δpz=Δpw+Δph+Δpm-Δpe由式（2）～（9），分别计算出风压、热压、机械压、平衡压的数值，列于表2。计算细节说明如下：
计算例表2
压差组成热压Δph风压Δpw设备压Δpm平衡压Δpe总压差Δpz
计算值（Pa）-0.751.39-1.700.54-1.59
比例0.470.871.070.341
（1）设计算对象近似矩形建筑，查得迎风面风压系数Cw=0.95，背风面风压系数Cw=-0.15，不考虑风速沿高度的变化。
（2）车间建筑设计对称，除大门以外，迎见面和背风面的其他空气流动面积（缝隙面积）分布均匀，可认为相等。
（3）由[9]表3.23推得铝合金窗窗缝μF≈3.2×10-5，由[5]表4-4门缝μF=0.01
（4）取空气幕效率q=0.8，据[4]空气幕射流角30°，，可用侧送空气幕的大门流量系数值。查[5]表4-3得μ=0.425，则包含空气幕的大门的迎风面空气流动面积F′和北风面空气流动面积F′′分别为：
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)考虑到空调送排风系统管道的复杂，计算热压时不计机械送排风开口的影响。
分析表2数据可看出：
（1）由于总作用压差是代数和，因而有可能出某项压差绝对值大于总压差的现象。
（2）夏季空调建筑热压所占比例很小。其原因首先是因为空调内外温差较小，如果按冬季空调，室内20℃，室外-10℃时，经试算热压将达2.93Pa，其绝对值大于总压差。其次现代空调建筑门窗气密性大大提高，使得中和面高度降低，热压减少。若按一般双层钢窗流量系数μF=0.0014计，经试算热压可达6.91Pa，其绝对值亦大于总压差。由此可知，对夏季密闭良好的空调建筑，仅计算单一热压来确定空调建筑空气幕时，计算结果将偏小。本例中小50%以上，其他情况下偏小程度与风速、温差、排风比和密闭程度有关。
（3）设备压所占比例相当大。本例中空调建筑为保持正压而设置的风机设备造成的压力绝对值比总作用压差还大，若忽略不计将造成重大误差。
（4）风压所占比例较高。娄室外风速较高时，风压绝对值有大于总作用压差的可能。但由于平衡压也随风速增大且与风压方向相反，部分抵消了风压的作用，故若用单一风压计算空气幕将有偏大和偏小两种可能，其偏离程度与风速、温差、排风比和密闭程度有关。
6结论
1．目前国内使用的空气幕设计方法未全面考虑空调建筑空气幕所实际随的压力，采用单一热压或风压做计算压差，计算结果严重偏小，不宜用于空调建筑物空气幕计算。
2．空调建筑空气幕总作用压差应综合考虑热压、风压、机械压及平衡压，按式（1）～（9）计算。
参考文献
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31989ASHRAEHandbook-Heating,Ventilating,andAirConditioningFundamentals
4FayeC.McQuiston,JerildD.Parker.Heating,VentilationandAirConditioningAnalysisandDesign.SecondEdition.NewYork:JohnWiley&.,198.
1飞轮储能装置的内部结构及内置分子泵设计盘式电机型飞轮储能装置剖面图如图1所示。包括上、下飞，电机定子绕阻线圈，真空室(筒)，磁悬浮轴承等，两飞均为普通飞与电机转子的集成，中间夹着定子绕阻线圈，轴孔之间用过盈配合连接，再用永磁磁悬浮轴承支承，上端与下端均有保护轴承，置于密封的真空室内。飞高速旋转时，上、下飞的外壁与真空室内气体有摩擦损耗［7］;还有上、下飞的上、下端面分别与真空室内气体也存在摩擦损耗，由的转子半径Rr远大高度h，那么主要摩擦阻力产生在端面上，所以在设计飞轮结构与加工允许条件下选择小的真空室内壁间隙δ，较大的飞端面与真空室盖间隙δu和飞磁钢面与电机定子间隙δd，提高转子外壁的光滑度，从而减小转子外壁、端面与真空室内气体的摩擦损耗。同时克努森数Kn对摩擦功率总和P影响很大，随着Kn增大而显著减小，所以减小摩擦功率最有效的方法就是增大Kn来减少风损，即提高真空度，所以要求对飞轮储能装置真空室抽真空。针对上述飞轮结构要求与要点，设计出内置分子泵自抽真空方式的结构，并采用CF法兰密封手段，减少长期放气的零部件，采用内置分子泵自抽真空方式的飞轮储能装置如图2所示。内置分子泵设计工作压力范围为100Pa～10－6Pa，结构上由内置泵体、泵转子和护网等，其中泵转子上有螺旋叶片，每个叶片包括3个不同的部分［8］:在泵转子进口处的叶片采用涡轮分子泵的叶片截面，出口处采用螺旋槽截面，在涡轮分子泵叶片和螺旋槽叶片间采用了连接部分。内置分子泵具体结构与尺寸标注，如图3所示。
2数值模拟
当克努森数Kn≤0.01与0.01≤Kn≤0.1时，即分别在粘滞流和滑移流时，CFD法［9］的计算是比较准确的。当0.1＜Kn≤10与Kn＞10时，即在过渡流和自由分子流时，采用直接模拟蒙特卡罗法是比较合适的，取得了较多的成果［10］。当飞轮储能装置中真空度达到0.01Pa时，风损几乎可以忽略不计［7］，此文只用前者做粘滞流和滑移流的数值计算就可。
2.1CFD法数学模型利用CFD法建上的数学模型为［5］式中:p、μ和uj分别表示压强、流体粘度和3个方向速度;R表示普适气体常数，Mω表示混合气体分子量，εijk为在直角坐标系下的Eddington张量，ui为相对速度，δil、δjm、δim、δjl为Kronecker符号，Ω表示内置分子泵的转速，xm为矢径的长度;Φ和Q分别表示能量耗散和热传导。
2.2边界条件采用等温边界条件，对于固体边界表面根据该处克努森数的大小，自动的采用滑移或非滑移条件。在式中:λ为气体的平均自由程;ω为固体壁面。
2.3建模与划分网格使用UG软件对带螺旋槽的泵转子进行建模［6，8］，转子上有6个螺旋形叶片，其中参数为:转子入口处最小半径R0，转子出口处最小半径R1，转子最大直外径DM，转子螺旋管道高度L，入口处的螺旋角β1，出口处的螺旋角β2，螺旋槽数N，几何参数为R0=45mm，R1=99.5mm，DM=206.5mm，L=240mm，β1=30°，β2=12.8°，N=6，转子的立体图如图4所示。由于转子上流道对称，则只计算一个流道。整个计算区域由4个部分组成，将转子流道分成94516个网格，单个转子流道计算网格图如图5所示。4个区域分别为内置分子泵进口、转子的流动槽、转子的出口平面和内置泵的出口平面之间的区域、叶片端部和泵下端间的间隙区域。
2.4求解方法求解器选择分离的隐式求解器。为了离散输运方程，运用有限差分法，输运方程的对流部分采用三阶迎风TVD格式，方程中的粘性项和源项采用了二阶中心差分。为了增强速度-压力耦合，以及在每个时间步长末的质量守恒流动场的解，采用了基于压力的预测/校正算法。为了改进稳态流动收敛性，采用了改进的Euler法。用于做分析的坐标固定在转子上，以一个恒定的速度旋转。模拟气体采用氮气。
2.5模拟结果分析应用Fluent软件对单个螺旋槽进行数值模拟，出口压力设置为小于100Pa的数值，速度再取0～72000r/min中的数值再代入。根据上述参数，如出口压力设置为5Pa，速度为24000r/min，由抽气通道内分子流动速度矢量图，可知经过迭代计算后分子向通道一侧稍集中，不同区域密度发生变化。再设置不同的出口压力与入口速度参数，可模拟通道内气体压力的变化，将模拟的结果综合起来，得到出口压力与入口压力关系图，如图6所示，表明内置分子泵在工作后，入口压力与出口压力始终存在一个较大压力差，体现其良好的抽气性能，能在很短的时间内提供较高的压力，能满足飞轮储能装置的工作需要。此外，根据模拟得出流量计算推导公式［11］需要的相关参数，再通过计算得出内置分子泵的计算抽速与转速的关系，如图7所示，可知在小于12000r/min时，抽速上升较快;当转速达到60000r/min后，抽速上升趋于平缓，即在12000r/min到60000r/min自抽真空方式的飞轮储能装置具有良好的抽气性能。让自抽真空飞轮储能装置放电后最好不低于12000r/min，如果用过高的成本把飞轮转子做得高于60000r/min，也对抽真空没有明显地提高，所以在成本和抽气性能的综合考虑之下取经济合理的转速。这对于确定飞轮储能的工作转速起重要的指导作用，而不是转速越高越好。
3抽真空时间对比实验
3.1实验装置为了进行此自抽真空方式与普通外置真空系统对飞轮储能装置抽真空时间对比，在国内某公司的储能实验室进行了试验，试验对象为100kW飞轮储能装置，如图8所示。部分真空产品具体参数如下:23-前级(旋片)泵TRP-24，抽气速率6L/s，14-涡轮分子泵F-100/110，抽气速率110L/s，42300r/min，双电阻、一电离复合真空计ZDF-X型，外带4-电阻规ZJ-52T-KF16，18-电阻规ZJ-52T-KF25，5-电离规ZJ-27-KF16。说明:本次试验用的装置为氟橡胶密封，会对抽气增加一定的难度。实验装置图如图10所示。3.2实验方法与结果实验正式开始之前先用机械泵通过旁路对真空室进行抽真空，这样可以减小定子等内部部件的放气量。实验时开启前级泵，从真空计显示可知，当前级泵抽真空到100Pa时，真空度上升比较缓慢，到10Pa时，开启涡轮分子泵，我们得到实验过程中真空度与时间的关系图。自抽真空的飞轮储能装置用旁路对真空室进行抽真空，到100Pa时，开启内置分子泵，由轮储能装置自身并考虑到转子强度，速度只上升到20000r/min，以补偿涡轮分子泵尺寸稍小于此装置的转子尺寸，使两者转子上线速度相等，两者的抽气关系曲线图对比，如图11所示。由图11可知，自抽真空的方式在前级泵抽到100Pa时，具有优越的抽气速度，在6min左右就能达到0.01Pa，非常符合飞轮储能快速充电的特点而外置真空系统则要在较长的时间后，直到10P时才能启动涡轮分子泵，抽气时间则相对较长。
关键词：太阳墙；热性能研究
1.太阳墙系统简介
1.1工作原理
太阳墙系统由集热与气流输送组成，主要以空气为介质，达到采暖通风效果。其原理是在太阳辐射作用下，太阳墙板温度迅速上升，并通过风机作用，室外空气流经太阳墙表面时得到加热，之后到达空腔顶部，由风机输送至室内。夜晚，空腔内的空气吸收墙体向外散失的热量，通过风机重新输送至室内，保持风量同时补充热量，充分发挥热交换作用，冬季晴朗时，空气温度可高达30°C，夜晚可与采暖系统配合保持室内温度。
太阳墙系统除具备供暖通L作用，在夏季可吸收太阳辐射，阻断受热空气进入室内降低建筑物的冷负荷。太阳墙系统的送风风机进口处安装有温度传感器，可控制风机的起停。当空腔内温度超过室内温度时风机启动将空气输送至室内，低于室内温度时，则关闭风机。
1.2太阳墙系统
以金属薄板材料为墙体，通过吸收太阳辐射，将加热后的空气输送至室内。太阳墙板材多由多孔踱锌钢板组成，厚度约为1-2mm，其外侧的选择性涂层能够有效吸收太阳辐射，涂层颜色以深棕色或黑色为主。根据建筑物的功能，计算出板材上空洞大小、数量等，并结合地区所在维度、太阳能资源等具体情况。其具有以下优点，运行效率高达75%，能够将新鲜空气输送至指定房间，并能控制流量与温度，保证室内的舒适性。太阳墙能够转换光热，又可维护建筑物，几乎不需要维护，能够与建筑有效结合。太阳能全年均可利用，具有供暖与隔热的双重功效，且使用期限较长，可节约能源，降低费用。
2.多孔太阳墙的热性能分析
2.1分析冬季集热特性
由图1可知，冬季太阳墙系统上下风口温差为29°，天气晴朗的白天，空腔内空气质量流量可达到每秒0.011kg，而循环对流热量高达435W。由图2可知，在8点与17点时，循环对流热量极低，降至为负值。表明太阳墙不能集热反而出现散热，因而在实际操作中应根据具体避开这两个时间点，或者是清晨、傍晚时候。
2.2分析夏季隔热特性夏季太阳墙可采用太阳能烟囱模式，将涂有白漆的板材转至外侧，封闭室内上风口与下风口，在室外开启外循环模式。由图3可知，在模拟结果中，内、外层玻璃的太阳吸收率分别为0.131、0.072，太阳能在双层玻璃的透过率为0.543。烟囱模式下，室内、室外平均温度为27.8°C，太阳辐射为459W/m2。外循环模式下同烟囱模式结果基本一致。烟囱模式下，通道内温度为321.23K，排出热量为472.56W，空气流量为每秒0.01926kg。外循环模式下外侧涂有白漆和选择性涂层，其温度差异较大。选择性涂层可通过诱导产生空气流量，但涂有白漆的板材隔热效果好，其表面温度较选择性涂层低约1°。
2.3分析预热特性
选取冬季12点室外气象参数进行模拟，且上风口与下风口相对压力为OPa，其余参数详见图4。由速度场可知，通道内空气流动较为复杂，由于热压作用下风口的空气被均匀吸入，与聚苯板撞击后沿通道向上运动，可形成局部漩涡区。上部空间对对流发展具有阻碍作用，因而在通道顶部易出现漩涡区，即常见的“热垫层”区域。在通道下方，聚苯板界面温度较低，而室内侧墙体温度相对较高，因而室内热量传向夹层。在通道上部，室内侧墙体温度低于聚苯板界面温度，夹层中热量传向室内。模拟研究结果显示，太阳墙预热后，室内空气流量为每秒0.02014m3，出口处温度约为29℃，温度差值约为30℃，能够最大限度满足冬季取暖需求。
3.影响多孔太阳墙热性能的因素
关键词节能建筑设计能源利用
引言
当今世界对太阳能的应用越来越广泛，特别是在建筑业，对于太阳能的应用，能够使人们过上绿色的生活，当然，太阳能的应用在现代住宅设计中也占据了一席之地，本文简单介绍太阳能在住宅设计上的应用。
一、太阳能的利用现状
我国有着丰富的太阳能资源，每年获得的太阳能约为3.6×1022J，相当于1.2万吨标准煤的热值[1]。约占全国国土面积的2/3的地区年平均辐射总量在3340～8400MJ/m2，年日照时数在超过2200h，相当于110～280kg标准煤的热值[2]。我国从70年代就开始了太阳能利用方面的研究，经过30年来的不懈努力，现已在太阳能利用和推广方面已经取得了一定的成绩，尤其在太阳能热水器方面取得了一大批科研成果。但我国的太阳能利用技术与发达国家相比还存在很大的差距，例如我国目前对太阳能在建筑中有效地利用还是探索阶段，不仅利用方式单一并且在与建筑一体化方面显得尤为落后。因此我国在太阳能技术的实用性、经济性、先进性、可操作性等方面都有很多值得进一步研究的地方
二、现代住宅设计中的太阳能建筑技术
太阳能建筑可分为主动式和被动式两个类型。利用机械装置收集和储存太阳能,并在需要时向房间提供热能的建筑,被称为主动式太阳能建筑;根据当地气候条件,在很少使用机械设备条件下,通过建筑物布局,构造处理,选择性能好的热工材料,使建筑物本身能够吸收和储存太阳能量,从而达到采暖,空调,供热水的建筑物,称为被动式太阳能建筑。
太阳能建筑的平面布置应尽量将长边作为南北方向。使集热面处于正南方向正负30ο以内。并根据当地的气象条件及所处位置,做出恰当调整,以达到最佳的阳光照射效果。集热和蓄热墙间接受的热是被动式太阳能建筑的一种形式。它充分利用南方向太阳辐射热大的特点,在南向墙面上加设一层透光外罩,使透光外罩与墙体之间形成一道空气层。为了使透光外罩内最大限度得到太阳照射,在空气夹层内壁表面涂上吸热材料。当太阳照射的时候加热了空气夹层内的空气和墙体,这时吸收到的热量分为两部分。一部分气体加热后利用温差压形成气流,通过与室内相连的上,下通风口,与室内空气进行循环对流,从而使室内温度上升;另一部分热量使墙体受热后,利用墙体的蓄热能力贮存热量,当夜晚到后气温降低时墙体蓄存热向室内释放,从而达到昼夜温度适宜的程度。当夏季高温到来时,将透光外罩内的空气层与室外连接的通风口开启,与室内连接的通风口关闭。室外通风口上部通向大气,下部通风口最好处于与周围空气温度低的位置连接,如晒不上太阳阴凉处或地下空间。这样当空气层的温度加热后,气流迅速向上部通风口处流动,将热空气排向室外,随着空气的不停流动,通过下部通风口的凉空气进入空气层,这时空气层内的温度低于室外温度,室内热气通过墙体向空气层散热,从而达到夏季降低室温的作用。
从被动式工作原理可以看出,材料性能在太阳能建筑中占有重要的位置。透光材料传统使用的是玻璃,透光率一般达到65～85%之间,而现在使用的采光板,透光率达到92%。蓄热用材料:采用一定厚度的墙体,或改变墙的材质,如采取水墙做蓄热体以增加墙体的蓄热量。另外设置贮热间也是一种蓄热方法,贮热间的传统作法是,将卵石堆放在贮热间内,热空气流过贮热间时加热卵石,进入夜晚或是阴雨天,可将卵石散出的热量再输送到室内。由于被动式太阳能建筑简单易行,太阳能建筑得到广泛采用,如多层建筑,通信台站,民宅等。现在高层建筑也采用这一原理:将玻璃幕墙分层设置,在外墙楼板上下联接处设可控式进出通风口,这样既采用了太阳能又美化了建筑立面,是太阳能技术的具体体现。
主动式太阳能建筑就是利用机械设备,将收集到的热能输送到各个房间。这样就可以扩大太阳能的吸收面,如屋顶,坡面及院落等处凡是太阳光照射强的地方,都可以作为太阳能的吸收面。同时还可以在需要的地方设置贮热间。这样把采暖系统,热水供应系统组合成一体,应用有效的热能控制设备,使太阳能利用更加合理。
主动式太阳能采暖系统的运行过程是:该系统装有两台风机,一台是太阳能集热器风机,另一台为供热风机。当依靠太阳辐射直接采暖时两台风机同时运行,使房间里的空气直接进入太阳能集热器。然后再回到房间,如阴雨天时间较长热量较低时采用辅助加热,此时贮热间不工作。热空气系统使用电动风门控制气流,当直接采暖时空气控制器中两个电动风门转向使空气流入房间位置。在太阳能集热器出口处设热水盘管可以使房间的热水供应系统与太阳能采暖系统成为一体。
当太阳能集热器收集到的热量超过房间的需要时,集热器风机开动而采暖机风机停止。通向房间的电动机门关闭。从太阳能集热器出来的热空气向下流向贮热间的卵石层,把热量贮存在卵石里,直至卵石层全部被加热,使贮热间蓄热达到饱和状态。进入夜晚没有太阳辐射时,就要从贮热间里取热。此时关闭空气控制器中第一个电动风门,打开第二个电动风门,启动供暖风机,使室内的空气循环由下向上通过贮热间卵石层加热,再返回到供暖调节系统。当贮热间有充足的热量时,进入空气调节器的空气温度只比从太阳能集热器直接出来的气温低一些。这一循环过程将持续到贮热间卵石层的热量差不放完。然后若是设有附助加热器时,要启动附助加热器。如果贮热间蓄热达到饱和状态或者夏季无采暖要求时,太阳能集热器仍然工作,用于加热使用热水供给系统。
太阳能建筑种类较多,工作原理基本相似。有的建筑以水为媒介进行热交换。这样系统内的所有设备在同样热效应下,体积减小同时还可以与其它能源共同使用一个热水系统。这是用水做媒介的最大优点。另一种能源是利用地热做热源,工作过程是将地下水热量提取后,通过采暖系统将热量送到房间,制冷时反向运行,工作原理如同空调机组。其不足是机组连续工作时间较长时,热量可能供应不足。因此在地热资源丰富地方比较适用。
三、现代住宅中太阳能利用与建筑一体化的实施方式
1，太阳墙、光伏组件与建筑墙体一体化
在南向及东西向等接受太阳能较好的墙面上采用主动式与被动式相结合，集发电、采暖、通风与建筑护围结构有机结合的太阳能系统。墙体的最外层是光电幕墙，安装在多孔的波状金属板上，空气在金属板下的空腔内受热，在风机的动力作用下空腔内的热空气从墙体的顶部通过风道进入空调的新风系统或者直接排出室外[6]。与传统的墙面相比太阳能设备取代了传统的护围结构，照射在墙面上的太阳能不但被有效的利用起来而且显著改善了护围结构的隔热保温性能。光电幕墙对太阳光的反射率约为15%，光电幕墙的光电转化率在17～35%之间；在冬季被光电幕墙浪费的那部分太阳能又被集热板吸收用于空调机组新风的预加热，使新风空气预热到30℃左右，热效率在50%-60%之间，相当于每平方米能产生多于500W的热量，同时使通过墙体向外界扩散的热量随管道内的热空气重新进入空调的新风系统，降低了墙体与室外空气的热交换；在夏季，风机停止运转，被加热的热空气在自然对流的作用下从波状金属板与墙体组成空腔的上部流出，一方面使外界的热量不能直接通过墙体的传热进入室内，减少了空调的负荷，另一方面空气在空腔内的流通降低了光电幕墙的温度，能使光电幕墙的光电转换率提升10%。这样以来从经济上分析这种采用复合的太阳能采集技术的墙体的初期投资回收速度比单纯采用光电板回收速度提高了3-4倍。
2、太阳能热泵集热装置与建筑屋顶一体化
在建筑的顶部采用建筑造型构件与太阳能热泵低温集热技术相结合的手法，在设计上一方面使建筑的正立面结构看上去富有建筑的艺术性和现代性，另一方面使安插在建筑构造构件中的集热装置模块可以很好的吸收太阳辐射能。然后把金属流道的太阳能热管模块化集热器做成合适的造型，并涂成与建筑顶面颜色相协调的颜色安插在建筑顶部预先留有空位和预埋好相应管道的构件中。采用太阳能热管模块化集热器可以较好的承受压力且密封性较好，既能直接吸收太阳辐射能又能间接吸收室外环境中的热能，即使冬季气温为-20℃的时候依然能够进行太阳能低温集热。应用这种太阳能集热装置做成直接蒸发式太阳能热泵机组的蒸发器，则蒸发器成为“热源”，直接作用于蒸发器中的流动工质――热媒，使其加热到10～30℃左右并迅速汽化，通过热泵机组压缩机的压缩制热后，在冷凝端与管壳式热交换器中的水换热可使冷凝水的温度达到60℃以上，作为采暖热源和作为热水直接供应给用户[7]或是向吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。太阳能热泵吸收式中央空调系统冬天向建筑供暖时能耗比Cop值约为6，即投入1KWH的电力，可得到约6KWH的热能；夏天向建筑供冷时能耗比Cop值约为4，即投入1KWH的电力，可得到约4KWH的热能，而且系统紧凑，省去了锅炉房，节省了初期投资，也节省了建筑空间。比直接将太阳能转化为电能再用电能驱动中央空调和热水器节能效果更为显著。
3、太阳能一体化设计中与之相配合的建筑保温设计
在建筑的北向墙体和受日照较少的墙体上采用轻质建筑保温墙体，这样就有效的减少了墙体与外界空气的热交换，并能在框架结构的建筑中采用较薄的基层墙体而达到较好的隔热保温作用同时有效降低了建筑成本和减轻建筑负荷。玻璃门窗建议使用其外侧经过镀膜处理且与护围结构颜色相适宜的Low-E中空玻璃，因其具有极佳的热学、隔声、防结霜、不结露与密封等性能。白天在阻挡来自室外的有害辐射的同时并不影响窗体的透光率；夜晚和阴雨天气,来自室内物体的热辐射约有50%以上被其反射回室内[8]。
这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶”的现象，在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性，降低了建筑内热能或冷能的流失，减少了建筑的整体能耗。
关键词：现代住宅；建筑设计；自然通风；节能措施
Abstract:Thenaturalventilationisoneitemancientandtheimportantwellventilatedway,itunifiesintotheimportantwellventilatedtechnologywiththemoderntechnology,receivestheconstructionenergyconservationandtheecologyperson'sattention.Thisarticleunifiestheauthormanyyeararchitecturaldesignpractice,fromtheresidentialbuildinglayout,thehouseholdplane,aspectsandsoonindoorairventilationstructureelaboratedindetailtheintroductionnaturalventilationconcept'smodernresidentialbuildingdesignandthetechnicalpoint,andcarryonthesummary.
Keywords:modernhousing；architecturaldesign；naturalventilation；energyconservationmeasure
中图分类号：[TU834.5+7]
文献标识码：A
文章编号：1008-0422（2011）06-0125-03
1引言
当前，随着我国经济的迅猛发展，建筑能耗增长迅猛，建筑能耗一般包括采暖、空调、热水供应、照明、家用电器等方面的能耗，其中采暖、空调能耗约占60％~70％。据2005年估算的数据显示，中国建筑用商品能源消耗已占全国商品能源消费总量的27.6％，接近发达同家的30％~40％。我国是能源相对贫乏的国家，建筑节能迫在眉睫，而据专家估算，约2/3~3/4的建筑能耗可通过合理的措施节省下来，相对自然通风和机械辅助式自然通风两种模式，自然通风便是一项成熟而低廉的技术措施，在建筑设计中应充分、合理地加以使用。本文在建筑节能的基础上，从建筑设计的角度出发，探讨在设计中如何合理地利用自然通风。
2现代住宅建筑设计对自然通风的重新认识
自然通风是一项传统的建筑防热技术，在世界各地的传统民居中，得到了广泛地应用。在湿热地区，人们看到的传统民居往往有这样的外表：建筑都有开阔的窗户；采用轻便的墙体；深远的挑檐；高高在上的顶棚并且设置有通风口；建筑往往架空，以避开地面的潮气和热气，采集更多的凉风……这样形象的背后，隐藏着劳动人民对利用自然通风技术的朴素观念。
自然通风是一种具有很大潜力的通风方式，是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。空调的产生，使人们可以主动地控制居住环境，而不是像以往一样被动的适应自然；空调的大量使用，使人们渐渐淡化了对自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今天，迫于节约能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下，全球的科学家不得不重新审视自然通风这一传统技术。在这样的背景下，把自然通风这一传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义：自然通风不仅能够有效地实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染，同时还能够极大地改善室内环境品质。
3自然通风在住宅建筑设计应用要点分析
3.1自然通风的涵义
通常意义上的自然通风指的是通过有目的地开口直口门、窗、烟囱等，产生空气流动，这种流动直接受建筑外表面压力分布的影响。建筑表面的压力由风压和室内外温差引起的热压所组成，风压依赖于建筑的几何形状、相对风向的方位、风速及建筑周围的地形；热压取决于室内外空气的密度差和进出气流的高度差。实际的建筑物自然通风，有时热压和风压同时作用，这时建筑物护结构上各窗孔的内外压差值应综合考虑。
基于目前普通住宅的空间形态和平面布局，由风压促成的气流易于穿过整个房间，形成穿堂风，通风量会大大超过热压促成的气流，因而是住宅夏季组织通风的主要方式。建筑物的自然通风，主要是由于建筑物中互相连通的开口处(如门、窗等)存在着风压差而产生的风压差的大小与建筑群的朝向、建筑间距以及建筑群布局形式等有关。因此，在建筑设计引入自然通风概念时，应从这几个方面进行。
3.2住宅建筑总体布局
现代住宅小区是高层住宅与多层住宅混合搭配建造的形式，住宅布局及群体组合是否合理，直接关系到小区室外风环境质量的好坏。
3.2.1住宅的朝向
为了选择较佳的住宅朝向，应根据本地区的地形条件和夏季以南风为主导风向的情况，在满足日照的前提下使夏季主导风向与住宅南立面保持适宜的风向入射角，许多有关空气流动模拟试验已经获得大景的测量结果及结论，一般说建筑物应朝向主要风向，在风向投射角为00，前栋房屋的高度、长度、深度以及形状都影响其屋后的漩涡区范围的大小，即风从正面吹向建筑时，风影长度最大，前、后两建筑之间为了避免挡风所需的间距最大，布置这样的通风建筑间距是不经济的，但若风向是斜吹，风向投射角为300~600时，其风影长度可大大减小。因此，在建筑群布局时，可以采用加大风向投射角，使后排建筑在风影范围之外。但也应注意，投射角加大会使室内平均风速降低。每个地区应根据当地的气候和地理因素，选择自己的合理朝向范围，以利于在建筑设计时有一个选择的幅度。
3.2.2建筑物的间距
住宅小区规划不能片面地追求高建筑密度而过多地压缩住宅间距，牺牲住宅的热舒适性。间距过小会使住宅不能得到较好的自然通风和日照。如果条件许可，从夏季自然通风降温、冬季保证日照时间出发，住宅间距仍以稍大为宜，但也不能盲目加大间距，当住宅建筑总高度不变时，进深越大涡流越小，在住宅较短时，涡流也较小，对后排住宅通风效果影响不大，所以尽量选择适当的进深，减小住宅长度。当住宅高度增加时涡流范围也随之增加，可使高居住宅放在北侧阻挡冬季风。所以要确定小区总体布局，应充分者虑不同体形的住宅楼的特点，合理使用。
3.2.3住宅建筑组群的布局
住宅组群的布局和自然通风的关系，可以从平面和空间两个方面考虑。一般建筑组群的平面布局有行列式(包括并列式、错列式、斜列式)、周边式、自由式等。通常，不同的建筑组群形式有不同的通风效果，行列式布置的组群需调整住宅朝向引导气流进入住宅群内，使气流从斜向进入组群内部，从而减小阻力，改善通风效果。单一行列式布置小区内通风不佳，采取错列式布置方式，前后错开，便于气流插入间距内，使气流路线较实际间距长，能使下风侧的住宅获得良好的自然通风。自由式是就具体地形、地势和朝向灵活布置。周边式的部分房屋的前后都处在负压区，四周较封闭，通风不好．而且部分建筑又处于东、西朝向布置方式，周边式最适合于寒冷地区的建筑群体布局。
3.3户型平面设计
近年来，在多层住宅的平面设计中，因受到住房面积标准等因素的影响，普遍存在着卧室、客厅的通风效果较差，厨房油烟废气排不出去，甚至倒流进卧室和客厅等问题。尤其是一梯三户或一梯四户短内廊式多层住宅占有较大比例，由于中间户只能占据个别朝向，较难组织有效的穿堂风，致使夏季通风不畅，闷热难熬。
要取得良好的通风效果，使气流按照预设的路线流动，这就要求户型布局结构合理，房间既要有合适的进风口又要有合适的出风口。一般说来，一个房间进风口的位置（竖向和横向)、进风口的形式（窗户开启方式：平开式、中旋式、百页式等），决定着室内气流的状态。此外，室内纵墙应设置一定量的通风窗，保证室内气流通畅。房间中若能高低窗搭配设置，增加进出风口的高度差，则可利用热压差原理改善通风效果，也就是常见的烟囱效应。获得通畅的风路一般注重如下做法：
1）在设计套型的平面风路时，尽量让进出风口对位，如客厅和餐厅的门窗位置，减少气流迂回路程，减小阻力(见图1)。由于厨房厕所在夏季是热、湿源，通风路径应与室内活动空间分离，以便于直接排走湿热空气，防止倒流。
2）为使室内风路更为通畅，可在卧室和其他适当位置设活动门、活动格栅或者高侧窗，夏季打开形成风路，冬季关闭，减少通风，可以在满足一定的私密性的同时保证风路的畅通。
3）尽量避免在进风口窗户的侧墙上设计开口，以免风吹进房间后，斜向成为“交角风”跑掉。
4）套型平面风路设计应避免出现锐角的转折，在平面转折处，宜圆角处理、放大空间或设导流构件以保证风路畅通。
5）点式住宅中，尤其是一梯8~10户的住宅，多数住户较难组织有效的穿堂风，室内通风的条件会比较差，这种情况下就要尽可能多的利用天井、过厅、楼梯间等空间增加室内开口面积，留出适当的出风口，为室内形成对流创造条件，组织自然通风。
6）进入室内的风会与室内墙体、家具等物体发生摩擦，从而减小风的势能使风速越来越小，直至消失，因此，平面沿风路进深不宜太大，小于14m为好。
3.4建筑设计室内通风构造措施
3.4.1窗对自然通风的影响
主要表现在三个方面：窗户朝向与风向、窗户位置、窗户选型及开启方式。
3.4.1.1窗户朝向与风向
在组织自然通风时，窗户与风向之间的关系主要受房间门窗等通风口相对位置的影响。当房间相对的两面墙上各有个门窗洞口时，若风向垂直于进风窗，主要气流就由进风窗笔直流向门洞口，只在风道上形成很强的气流，对室内的影响面较小，使整个房间风场不匀。如窗户朝向与夏季主导风向偏斜450角左右，则可在室内引起空气紊流沿着房间四周作环行运动，从而增加了侧墙及墙角处的气流量，提高通风效果。
3.4.1.2窗户位置
在水平方向选择不同位置开窗，室内气流分布状况也会产生很大差异。如主导风与建筑成450角，当进、出气口设置在相对的两面墙上时，室内容易形成穿堂风，不过不同的位置会直接影响穿堂风的路线，当进、出气口设在单面或相邻两面培上时，加大进、出口间距离，可有效增加洞口间的风压差，在室内会形成紊流，空气沿房间四周墙面作环形流动，加强侧面墙角殛角落处的空气流动，可避免室内形成通风死角，并且设置导风板，通过板而局部产生正、负压区，可将室外风引入室内，有效改善室内自然通风状况。
窗口的高度也是影响室内流场分布和气流速度的重要因素，气流作用于人体的活动范围，才能起到通风散热的作用。进风窗口的高度是影响气流范围的主要因素，值得注意的是，由于惯性力的作用通常在进风区窗台以下的范围内存在气流速度陡然降低的现象，所以改变窗台高度可以显著地改变某高度处的气流速度。在住宅建筑设计中，都应使窗户开口高度尽量接近人的活动区域。起居室的窗台高度应控制在人坐着的高度以下即低于1.1m，否则室内大部分使用区的通风效果不良。而卧室窗台高度尤为重要，因为夜间的室外风速本来已有所降低，所以尽量最大限度地加以利用。卧室窗台应与床保持同样高度，或通过百叶及窗扇将风导向活动区。
3.4.1.3窗户选型及开启方式
《住宅设计规范》要求采用自然通风的房间卧室、起居、明卫的通风开口面积不小于房间地板面积的1/20；厨房不小于1/10且不得小于0.8m2，但目前流行的大采光窗多为固定式，只有局部可开启或不开启(见图2)，采光而积不断加大，但可开启窗面积逐步减小，影响室内通风。
外窗选型及开启方式对室内自然通风效果也会产生影响，单侧向外开启的平开窗，可引导室外风进入室内，外推旋转窗可改变进入室内风的方向，推拉窗的引风、导风效果不明显，而且开启面积小。因此，尽量选用具有良好导风忖能的窗如平开窗、上旋窗等，改善室内通风效果。
3.4.2建筑构件的导风措施
为了加强建筑自然通风的效果，可以考虑采取一些导风措施将气流引导进入房间。这类导风措施的基本出发点是通过设置建筑导风构件，沿着建筑外墙面创造种“人工”正压区和负压区，使风从正压区吹入房间，从负压区吹出或者将风引导至人的活动范围。
导风构件主要有：
1）垂直导风墙板：当房在同一采光面开出两个有定间距的窗户时，可以在窗户相邻的两侧各设置一块挑出的垂直导风板，取得“人工”风压力差，产生较好的通风效果。也可以将垂直遮阳板与导风板结合起来进行设计，或将建筑（房间)一端设一个延伸出来的迎风墙，形成正压区，促进内部通风(见图3)。
2）窗扇：许多时候，风未必是正对着窗户，而是从侧面吹来，大量的风在住宅外墙上“滑行”如果窗户是平开窗，风从右边墙而吹进来时，就应该把右窗扇关起，打开左窗扇来导入室内；风从左边墙而吹来时，方法则相反。另外，不同开启方式窗户可以将进入室内的气流方向加以引导而改变气流在室内的路线和影响范围，加强房间的通风效果。
随着环境问题的日益复杂化，单一建筑技术难以解决综合的环境问题，因此通风设计需要多学科的支持，并进行有效的技术整合，才能最终实现提高自然通风使用效能的目的，值得注意的是应在方案阶段充分考虑自然通风，以融入建筑设计中。
4结语
综上所述，自然通风是一项古老而重要的通风方式，其与现代技术相结合成为重要的通风空调技术，受到建筑节能和生态主义者的关注。自然通风是一种被动式的通风降温形式，通过合理的设计和运行可有效改善建筑物的热环境，提高室内空气品质，降低对常规空调系统的依赖，节约建筑物能耗，在当今社会潜力巨大。但自然通风受到的制约因素多，如地理气候环境、建筑物周围的空气质量与噪声、建筑物的结构等，只有综合这些因素的合理设计与运行，才能确保自然通风的有效实现。
参考文献：
[1]万鑫，苏亚欣.现代建筑中自然通风技术的应用[J].建筑节能，2007，35.
[2]林宪德.绿色建筑[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
关键词：阀厅通风空调；系统型式；设备布置；气流组织型式；消防排烟
1概述
换流阀为换流站的核心设备，承担着交-直流转换的功能，换流阀安装在阀厅内，其在运行过程中尽管水冷却系统带走了大部分热量，但换流阀仍将向阀厅散发很大的热量，为了保证换流阀的正常工作，必须保证阀厅室内的空气参数（温度、湿度、洁净度等）在一定范围之内，即阀厅内必须进行通风空调系统设计。
文章结合±800kV普洱换流站一高端阀厅，对阀厅通风空调的系统形式，设备布置，气流组织型式，消防排烟等方面进行了论述研究。
2阀厅空调系统
2.1负荷计算
阀厅空调设备负荷计算的依据是：（1）电气设备的发热量；（2）
围护结构的传热负荷。
其中设备发热量可根据设备资料获得，传热负荷则需要计算。计算时不能用单位冷负荷估算，如果冷负荷估算结果偏大，会造成主机、管道输送系统、末端设备均偏大，由此带来投资偏大，给节能和环保带来问题；如果估算偏小，阀厅内的余热量大，温度高，会给阀厅内设备安全运行带来隐患。为了使阀厅空调设备容量选型合理，应根据各项得热量的种类和性质以及维护结构的蓄热特性，根据下列各项分别逐项逐时的进行冷负荷计算。（1）通过围护结构出入的热量；（2）通过外门进入的太阳辐射热量；（3）照明散热量；（4）设备、器具、管道及其他内部热源的散热量；（5）新风负荷。
根据以上计算方法，通过输入参数和公式计算，得出本站阀厅空调冷负荷值为280kW，夏季空调送风量为50000m3/h。
2.2系统形式
为了控制阀厅的温度，在夏季，阀厅设置通风空调系统进行降温，在冬季，换流阀正常运行时，其发热量足以使阀厅温度维持在10°C以上，但当换流阀停运且室外温度较低时，空调系统则需要制热以保证电气设备不被冻坏。另外，为了保证换流阀运行时不发生闪络现象，通风空调系统还需要控制阀厅内的相对湿度。同时，通风空调系统还可以通过调节空气处理机组排风和新风阀门开度，使新风量大于渗透量和排风量之和来保持阀厅内的微正压，防止户外灰尘通过门、孔洞及维护结构的缝隙渗透到阀厅。因此，阀厅全年室内环境需维持如下标准。
温度：10～45℃
相对湿度：10～50%
室内微正压值：5～30Pa
为了满足上述要求，阀厅将设置1套空调降温系统，采用风冷冷（热）水机组+组合式空气处理机组+送/回风管的系统型式。风冷冷（热）水机组和组合式空气处理机组按照2×100%容量配置，即1台运行、1台备用。当设备发生故障时，备用机组可自动地投入运行。另外，备用设备与运行设备之间也可定期切换。
在冬、夏之间的过渡季节，冷（热）水机组将不投入运行，空气处理机组直接将室外新风送入阀厅维持阀厅温湿度和微正压。
2.3设备选择
风冷冷（热）水机组为螺杆式，性能系数（COP）不应低于国家相关规程规范要求，制冷剂采用R407C或R134a环保冷媒。冷（热）水机组夏季提供给空气处理机组的冷冻水供、回水温度为7～12℃，冬季提供给空气处理机组的热水供、回水温度为45～40℃[2]。风冷螺杆式冷水机组具有体积小、噪音低、稳定性好、寿命长、操作简便等优点。
本站选用的风冷冷（热）水机组主要技术参数：（1）制冷量：
347kW；（2）制热量：365kW；（3）冷冻（热）水流量：60m3/h；（4）冷冻水供、回水温度：7/12℃；（5）热水供、回水温度：45/40℃。
空气处理机组主要技术参数：（1）制冷量：320kW；（2）额定风
量：65000m3/h；（3）辅助电加热量：3×20kW。
3设备布置及气流组织形式
3.1设备布置
空调设备的布置在满足进风要求的情况下应尽量靠近阀厅，节约占地面积，减少水管、风管的用量，供、回水管宜布置在内侧，美观不凌乱，温度表、压力表、阀门布置要观察、检修方便。
以往工程的风冷冷（热）水机组布置在主/辅控楼屋面、阀厅外地面，空气处理机组布置在主控楼屋面、阀厅外地面或主/辅控楼空调机房内。由于本站阀厅外有足够的空间，故将冷水机组、组合式空气处理机组均布置在室外且紧靠阀厅。
3.2气流组织形式
阀厅空调气流组织一般有三种型式：（1）屋架上部送风，下部回风；（2）地道上送，上部回风；（3）地道上送和屋架内风管下送，阀厅中下部回风。
由于空调设备均放置在阀厅外地面上，采用地道送风能减少送风路程，节约冷量；同时，由于屋架上送风容易与屋架、阀冷管道等发生碰撞。故本站选用第2种气流组织形式，即地道上送，上部回风。运行过程中，冷空气经地道风口向上喷出进入阀厅，带走阀塔释放的热量。同时被加热的空气上浮，在空气处理机组内回风机的动力左右下从阀厅上部的回风口进入组空内再冷却，循环流动，达到降低阀厅温度的目的。同时，采用地道送风时还要考虑地面下阀冷管道等的布置，避免碰撞。阀厅内风管布置时还应注意与电气设备的带电距离问题。
4防火及灾后排烟
当阀厅内发生火灾时，火灾信号将联锁关闭空气处理机组及送、回总管上的全自动防火阀。若风管内发生火灾引起70℃熔断的防火阀自动关闭，防火阀将输出信号联锁关闭空调机组，防止火灾蔓延。
阀厅将设置独立的灾后机械排烟系统，排烟风量按阀厅换气次数0.25～0.5次/时计算，排烟设备采用耐高温排烟风机，布置在阀厅屋架以上，排烟风机进口处设有排烟防火阀（常闭）。当阀厅内火灾被扑灭后，可手动打开排烟防火阀及排烟风机向室外排烟，同时，还可打开空气处理机组的送风阀及新风阀，关闭回风阀及排风阀，开启机组内的送风机将室外新风送入阀厅内以加速室内空气的净化。如果在排烟过程中烟温超过280℃，则排烟风机进口处的排烟防火阀将自动关闭，同时排烟风机和送风机将被联锁关闭。
5结束语
通过以上论述，得出普洱换流站阀厅通风空调系统设计的结论如下：（1）阀厅空调将采用风冷冷（热）水机组+组合式空气处理机组+送/回风管的系统型式。风冷冷（热）水机组和组合式空气处理机组按照2×100%容量配置，即1台运行、1台备用。（2）风冷螺杆式冷（热）水机组、组合式空气处理机组均布置在室外且紧靠阀厅。（3）阀厅空调气流组织形式为地道上送，上部回风。
参考文献
[1]肖国锋.特高压直流阀厅空调系统设计探讨[J].城市建设理论研究，2011（16）.
[2]张志军，郑劲，陈东.特高压直流输电工程高端阀厅空调通风系统的设计[J].电力建设，2009（9）.
[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.