一种双导流板的贴壁送风装置及其送风方法
阅读说明：本技术 一种双导流板的贴壁送风装置及其送风方法 (Wall-attached air supply device with double flow guide plates and air supply method thereof ) 是由 李安桂 王天琦 韩欧 李佳兴 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及通风空调技术领域,公开了一种双导流板的贴壁送风装置,包括由上而下依次连接的风管、静压装置、送风板、第一导流板、第二导流板和柱体；在送风板的中部开有圆形风口,在圆形风口的周向开有环形条缝风口,圆形风口内装有挡风板,挡风板处于水平状态时,圆形风口关闭；挡风板处于倾斜状态时,圆形风口开启；第一导流板和第二导流板均为弧形板,在第一导流板的中心开有第一圆孔,在第二导流板的中心开有第二圆孔。还公开了送风方法,采用柱壁贴附射流送风,送风气流贴附于柱体向下流动,撞击到地面后沿地面扩散开来,形成空气湖,室内热源产生的热羽流卷吸气流或上部排风口抽吸气流使得气流缓慢上升,达到类似置换通风的效果。(The invention relates to the technical field of ventilation air conditioners, and discloses a wall-attached air supply device with double flow guide plates, which comprises an air pipe, a static pressure device, an air supply plate, a first flow guide plate, a second flow guide plate and a cylinder, wherein the air pipe, the static pressure device, the air supply plate, the first flow guide plate, the second flow guide plate and the cylinder are sequentially connected from top to bottom; a circular air port is formed in the middle of the air supply plate, an annular strip seam air port is formed in the circumferential direction of the circular air port, a wind shield is arranged in the circular air port, and when the wind shield is in a horizontal state, the circular air port is closed; when the wind shield is in an inclined state, the circular air opening is opened; the first guide plate and the second guide plate are both arc-shaped plates, a first round hole is formed in the center of the first guide plate, and a second round hole is formed in the center of the second guide plate. The air supply method is also disclosed, the column wall is attached to jet flow for air supply, the air flow of the air supply is attached to the column body and flows downwards, the air flow is attached to the column body and then spreads along the ground after impacting the ground to form an air lake, and the air flow slowly rises due to entrainment of the hot plume generated by the indoor heat source or suction of the air flow from the upper air outlet, so that the effect similar to replacement ventilation is achieved.)
技术领域
本发明涉及通风空调
技术领域
，特别涉及一种双导流板的贴壁送风装置及其送风方法。背景技术
室内通风技术中，公共建筑环境中常见的气流组织主要有混合通风和置换通风两种形式：
混合通风由机械力驱动空气流动，送风与室内空气强烈掺混，可以达到全室温湿度均匀分布，同时送风系统常布置在房间上部，不占用下部空间，但混合通风以消除室内全部负荷为目标，在送风过程中卷吸大量室内空气，通风效率较低；
置换通风则主要以消除部分负荷即工作区的冷热负荷为目的，保障工作区服务对象的舒适或生产要求，较少发生室内的强烈掺混，通风效率较高。但置换通风造价高且存在占用下部有效空间(安装静压装置及管道系统)的弊端，且负担相同的冷负荷，系统风量较大，末端能耗高。
现有应用于机场、地铁站等建筑空间中的通风柱送风方式多为混合通风，送风口高度超过3m，送风气流送及至工作区内，送风均匀性较差，通风效率较低；同时当冬季送风时，室内热空气受热浮升力影响将向上流动，人员易出现“头暖脚凉”现象。基于此，申请人在专利CN101988733R中提出了一种矩形柱面贴附射流的送风方法，贴附射流送风可以有效节省建筑下部空间，同时送风气流依靠康达效应沿壁面向下流动，撞击地面后沿地面蔓延开来，形成低风速、小温差的空气湖，减少了气流输送过程中与室内空气的掺混，降低了输送热量的损耗和动能的衰减，因此可以降低通风空调系统的能源消耗。
然而，该方法在实际工程应用中发现以下不足之处：
对于现有建筑中柱体作为承重柱已提前确定安装位置，环形静压装置安装在柱体上部，在不破坏现有柱体结构时，安装方式较为困难，若工程前期在承重柱附近未预留安装静压装置位置，后期也难以使用；同时现有专利受环境影响较大，若室内结构将柱体布置于角落处，只需向两侧吹风，安装环形静压装置的经济性较低；同时现有专利受室内房间高度影响较大，送风口高度为房间高度，对于高大空间来说，这将导致竖向贴附段距离过长，造成不必要的速度衰减，无法在地面形成有效的空气湖，能源利用效率较低，当冬季供热时，受热浮升力作用，送风气流无法送及地面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双导流板的贴壁送风装置及其送风方法，解决了现有装置受环境限制、送风高度无法调整、送风效果不理想等问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种双导流板的贴壁送风装置，包括由上而下依次连接的风管、静压装置、送风板、第一导流板、第二导流板和柱体；
在送风板的中部开有圆形风口，在圆形风口的周向开有环形条缝风口；圆形风口和环形条缝风口构成送风口；
圆形风口内装有挡风板，挡风板处于水平状态时，圆形风口关闭；挡风板处于倾斜状态时，圆形风口开启；
第一导流板和第二导流板均为弧形板，在第一导流板的中心开有第一圆孔，在第二导流板的中心开有第二圆孔，第一圆孔和第二圆孔连通。
进一步，送风板与第一导流板通过承重柱进行连接，承重柱中心开有通孔，当挡风板转动至垂直状态时，挡风板的下半部分位于通孔内。
进一步，挡风板铰接在圆形风口内，在挡风板外壁上安装有风阀。
进一步，第一导流板与第二导流板通过若干个连接柱连接。
进一步，风管上安装有风量调节装置。
进一步，第一导流板和第二导流板的截面为为四分之一圆弧，且弧度相同。
进一步，柱体为圆柱体，送风板处出风面积不少于送风板面积的0.8倍。
进一步，静压装置的内部设有消声层，外壁包裹有加固层。
进一步，送风口的送风速度为0-4m/s。
本发明还公开了所述的双导流板的贴壁送风装置的送风方法，包括以下情况：
当环形条缝风口单独送风时，送风气流经风管进入静压装置，再通过环形条缝风口流出，通过第一导流板导流后形成抛物线射流送入室内，送风气流将贴附于地面流动；
当环形条缝风口和圆形风口同时开启时，圆形风口送出的气流经过第二导流板后偏转以实现贴附于柱体送风，环形条缝风口送出的气流经过第一导流板导流后受到周围气流卷吸的共同作用后偏转以实现贴附于柱体送风。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种双导流板的贴壁送风装置，包括由上而下依次连接的风管、静压装置、送风板、第一导流板、第二导流板和柱体，柱体不依赖建筑物自身的承重立柱，送风高度可以根据需求进行选择安装，安装不再受环境限制；在送风板的中部开有圆形风口，在圆形风口的周向开有环形条缝风口，圆形风口和环形条缝风口构成送风口，通过导流板结构的创新设计，当仅开启环形条缝风口送风时，送风气流经过第一导流板导流后，呈抛物状射流，随后斜向撞击地面改变送风方向与地面平行，在地面蔓延开来形成空气湖；当环形条缝风口和圆形风口共同送风时，送风气流经风管进入静压装置，部分送风气流通过圆形风口后经第二导流板导流，气流贴附于柱体向下流动，撞击地面后偏转形成空气湖；部分送风气流由环形条缝风口送出经第一导流板导流后，受到周围气流卷吸作用偏转，送风气流将贴附于柱体进行流动；采用柱壁贴附射流送风，送风气流贴附于柱体向下流动，撞击到地面后沿地面扩散开来，形成空气湖；室内热源产生的热羽流卷吸气流或上部排风口抽吸气流使得气流缓慢上升，达到类似置换通风的效果，与现有气流组织形式相比，减少了送风过程对室内空气的卷吸，将新鲜空气直接送达工作区，工作区接近送风环境，因而更利于人体健康，同时可以达到节能效果。
进一步，挡风板铰接在圆形风口内，在挡风板外壁上安装有风阀，挡风板可通过风阀控制进行独立启停，从而改变送风口的风量及风速。
进一步，第一导流板和第二导流板的截面为为四分之一圆弧，且弧度相同，类似于碗状，这样设计可以让气流贴附柱体向下流动。
附图说明
图1是本发明的送风装置结构示意图；
图2是本发明的送风装置结构分解示意图；
图3是本发明的送风板装置局部结构示意图；
图4是风口同时开启时送风气流流动示意图；
图5是仅开启环形条缝风口时送风气流流动示意图；
图6是建筑环境内多个通风柱的送风装置示意图；
图7是建筑环境内单独使用通风柱的送风装置示意图；
图8是应用于地铁车站中的示意图；
图9是地铁车站现有通风方式示意图；
图10是本发明各实施例(实施例1、2、3)及对比实施例4参数设置下，室内速度、高度分布图；
图11是实施例3室内送回风中截面(y＝6.5)处速度温度分布云图，(a1)是该截面速度分布云图，(a2)是该截面温度分布云图；
图12是对比实施例4室内送风口截面(y＝1.0)处速度温度分布云图，(a1)是该截面速度分布云图，(a2)是该截面温度分布云图；
其中，1为风量调节装置；2为风管；3为静压装置；4为送风板；5为环形条缝风口；6为圆形风口；7为挡风板，8为承重柱，9为第一导流板，10为连接柱，11为第二导流板，12为柱体，13为风阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1-3所示，本发明公开了一种双导流板的贴壁送风装置，包括由上而下依次连接的风管2、静压装置3、送风板4、第一导流板9、第二导流板11和柱体12；在送风板4的中部开有圆形风口6，在圆形风口6的周向开有环形条缝风口5；圆形风口6和环形条缝风口5构成送风口；圆形风口6内装有挡风板7，挡风板7处于水平状态时，圆形风口6关闭；挡风板7处于倾斜状态时，圆形风口6开启；第一导流板9和第二导流板11均为弧形板，在第一导流板9的中心开有第一圆孔，在第二导流板11的中心开有第二圆孔，第一圆孔和第二圆孔连通。
风管2通过法兰与静压装置3连接，风管2形式不限，可以为圆管、方管、直管、弯管等，材料为防火保温软接管或金属管。
风管2与送风机组连接，送风机组采用组合式空调机组、风机盘管或新风机组等，根据实际需要进行选择。
静压装置3布置在柱体12上方，静压装置3壳体内表面贴附设置有消声材料，外部可利用加固材料进行加固。
风管2为防火保温软接管或金属管，布置在例如天花板下、吊顶内、其他支撑物上或下等。
更优地，如图2和3所示，送风板4与第一导流板9通过承重柱8进行连接，承重柱8中心开有通孔，当挡风板7转动至垂直状态时，挡风板7的下半部分位于通孔内。
如图3所示，挡风板7铰接在圆形风口6内，在挡风板7外壁上安装有风阀13，挡风板7可通过风阀13控制进行独立启停，从而改变送风口的风量及风速。
如图5所示，环形条缝风口5单独送风时，送风气流通过第一导流板9后可形成抛物线射流将气流送入室内，可使送风距离得以延长；如图4所示，当环形条缝风口5和圆形风口6同时开启时，圆形风口6送出的气流经过第二导流板11后偏转以实现贴附于柱体12送风，环形条缝风口5送出的气流经过第一导流板9导流及周围气流卷吸的共同作用后偏转以实现贴附于柱体12送风。
柱体12直径为D，送风板4距地高度为H，圆形风口6与环形条缝风口5的出风面积之和不得小于送风板4面积的0.8倍，根据静压装置3尺寸进行确定送风口尺寸。风口送风速度范围为0-4m/s。
本发明的关键在于，在实现柱壁贴附送风的同时，通过结构的创新设计，使送风口高度不再受室内环境限制，在保证柱壁完全贴附的同时，通过送风口高度的降低，减少了竖向贴附区的长度从而减少不必要的动量衰减，保证送风气流有效送及至室内工作区，在地面有效形成空气湖；当室内负荷降低时，可仅开启环形条缝风口5，送风气流呈抛物状射流送及至工作区内，随后斜向撞击地面后偏转平行于地面流动形成空气湖，送风均匀性较为理想。
应用实施例1
对于高大空间，房间高度大于5米时，现有技术常采用球形喷口顶部侧送风或置换通风，送风风口布置于房间上方，高度较高，存在通风效率低、使用环境受限等问题，送风效果并不理想。
本实施例将在房间中均匀合理布置通风柱，送风机组可采用组合式空调机组或新风机组等，依靠康达效应贴附于柱体12壁面向下流动到地面，并沿地面蔓延到全室，形成空气湖；空气受到热羽流的卷吸作用或气流交汇作用而缓慢上升，达到置换通风的效果。
如图6所示，该房间的结构参数为32m×32m×6m(长×宽×高)，柱体12半径为0.4m，送风口半径同为0.4m，距地高度为1.75m，已有理论计算得到室内设计规范参数，对于冬季送热风情况，室内设计温度为26℃，相对湿度为60％，送风温度为36℃，相对湿度为55％，送风量为21714.7m3/h。回风口布置在天花板上部。
此处所定义的回风口位置位于天花板上部，原因如下：1、回风口若布置于空间下部，会影响到贴附送风在地面形成空气湖的效果，而本发明利用空气湖来解决冬季热风送入人员工作区的问题，改善人员热舒适性，所以回风口位置需要上移；2、对高大空间，将回风口布置在天花板处，贴附送风气流在地面形成空气湖后，可通过上部回风口卷吸作用向上流动，这是与热浮升力影响同向的，对室内混合的气流排出起到促进作用。
本实施例中，在室内均匀布置四个通风柱，各通风柱间距为16m，送风速度均为3m/s，五个回风口尺寸均为400×400mm，合理布置室内顶部，总排风量与总送风量相等。
实施例1说明了在高大空间内，采用本发明送风装置可有效降低送风高度，改善送风效果。同时原有的送风方式，冬季无法将送风气流送及地面，以前的柱壁贴附送风高度过高，也无法让气流在地面有效的形成理想的空气湖。
应用实施例2
对于办公空间，如图7所示，其结构参数为16m×16m×3m，将通风柱布置于房间中间，不影响室内结构的同时，不占用过多空间，冬季制热时，选择合适的室内机组，室内设计温度为25℃，送风温度为36℃，送风量为5428.7m3/h，回风口布置于房间上部。柱体12半径为0.4m，送风口尺寸为0.4m。
应用实施例3
对于地铁车站等空间，由于其具有对称性，取其一段进行分析，如图8所示，结构参数为42m×13m×3.5m，布置本发明的通风柱3个于车站中间，间距为16m，夏季制冷工况下，送风温度为18℃，相对湿度为55％，室内温度为24℃，相对湿度为50％。送风量为16286m3/h，送风速度为3m/s，2个回风口尺寸均为600×600mm，总排风量与总送风量相等。
对比实施例4
其他与实施例3相同，送风方式采用现有的混合通风，一侧送风，一侧回风的设计，如图9所示，5个送风口尺寸为550mm×550mm，距离较近侧墙距离为1m，送风量为16335m3/h时计算得到送风速度为3m/s。4个回风口尺寸为300mm×300mm，距离较近侧墙距离为1.3m，总排风量与总送风量相等。
对本发明的实施例(即实施例1、2、3、对比实施例4)进行分析：
图10为实施例1-3及对比实施例4参数设置下，速度(见图(a))及温度(见图(b))随区域高度变化对比图。根据民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB 50736-2012)，供热工况下，热舒适度等级为Ⅰ级时，供热工况室内温度为22-24℃，供冷工况室内温度为24-26℃。人员短期逗留区域，如商场、地铁车站等，供冷工况时室内设计参数宜比长期逗留区域提高1-2℃，供热工况宜降低1-2℃。
从图10(a)的速度变化对比图可以看出来，随着高度增加，各实施例速度都随之减小，整个区域内各实施例平均送风速度都小于0.35m/s，对于短期逗留区域供冷工况，送风速度宜小于0.5m/s，因此实施例中对人体产生的吹风感较小；但长期逗留区域送风速度要小于0.25m/s，因此容易在脚踝处造成吹风感，故可将送风速度进行减小。供热工况下，在脚踝处(距地高度0.1m)实施例1送风速度更小，对人产生吹风感较小。
从图10(b)温度变化对比图可以看出来，供热工况下，实施例1垂直温差较小，在人员工作区内(0-2m)温差小于1℃；实施例2送风垂直温差最大，在人员工作区垂直温差近似2℃，故人体舒适度相对较弱；从以上两个实施例可以看出，通过本发明的通风柱布置，可改善冬季供热工况头暖脚冷现象，提高室内人员舒适度。供冷工况下，实施例3和对比实施例4随着高度增加，室内温度都随之增加，垂直温差都较小，但对比实施例4(现有混合通风方式)室内温度低于规范标准24-26℃，因此舒适性差于实施例3；因此，在相同室内负荷、相同送风量下，供冷工况下，本发明的新型通风柱对室内人员舒适度要优于现有通风方式，为室内人员提供一个更为舒适的休息环境。
综上所述，采用该通风柱冬季供热时，送风气流贴附于柱壁向下流动，有效解决了垂直温差较大、头暖脚冷的现象，从头部到脚部，温度都呈现出整体上升的趋势，这符合人体头凉脚热的热舒适要求；在夏季供冷时，室内人员舒适度优于现有通风方式，为室内人员创造一个舒适的休息环境。
本发明实施例3与现有技术对比实施例4间的对比
由图11(a1)、图12(a1)可知，速度分布方面，实施例3通过贴附送风方式，达到地面后送风速度小于0.3m/s，故不会对人产生吹风感，人体脚踝处吹风感不明显；而对比实施例4中，采用混合通风方式送风，在实际地铁车站环境中，送风口通常布置于候车区上方，送风气流向下流动速度为2m/s，因此站在风口下方候车时，吹风感强烈，同时撞击地面后速度衰减，部分地方送风速度大于0.3m/s，可达到0.5m/s，人体舒适性较差。
由图11(a2)、图12(a2)可知，温度分布方面，实施例3送风气流通过贴附送风，在该截面室内垂直温差小于3℃，室内温度可达到标准的热舒适度等级Ⅰ级，有效解决了头暖脚冷现象；对比实施例4采用混合通风方式，在相同参数设置下(相同室内热负荷、相同送风量)，送风温度低于热舒适等级Ⅰ级的标准，同时室内垂直温差存在大于3℃区域，因此室内人员舒适度较差，同时送风口位于候车区上方，送风温度较低，对人产生吹风感的同时会让人感到寒冷，舒适性较差。
综上所述，相对于现有的混合通风送风方式，采用通风方式为贴附送风的通风柱时，能够将室内人员热舒适度等级提高，人员吹风感减小，为人员提供了一个舒适的休息环境。
为了进一步比较本发明通风柱设计与现有送风方式的优劣，考虑气流分布方式的能量利用有效性，可用能量利用系数η来表达，即
式中tp，tn，to——分别为排风温度，工作区平均温度，送风温度。
通过该公式计算实施例3和对比实施例4的能量利用系数分别为1.04和0.72，因此采用该通风柱设计，能量利用效率提高了31％。
综上，本发明具有明显的技术先进性，显著的经济性和很强的实用性，能在地铁车站通风空调系统、高大空间建筑空调系统或农业建筑环境中进行推广、借鉴和应用。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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