一种满足动态热舒适性的通风系统及方法

1.本发明属于移动交通工具通风领域，尤其涉及一种满足动态热舒适性的通风系统及方法。


背景技术：

2.随着城市化的快速发展，城市人口不断积聚，移动交通工具为市民出行提供了便利。广大乘客在享受移动交通工具便利的同时，也越来越关注移动交通工具内部热舒适性问题。由于移动交通工具的特殊性(如空间有限，流动频繁等)，移动交通工具与建筑内部热舒适相比有所不同，所要求的为动态热舒适。
3.地铁作为一种深受广大市民喜爱的移动交通工具，与飞机、火车等其他交通工具不同，其客流量大，人员密集，导致乘客即时热舒适感受强烈，因此需要考虑人体的动态热舒适。其动态热舒适与地铁车厢内气流组织紧密相关，而地铁车厢送风方式会直接影响车厢内的气流组织和温度场分布。当前地铁车厢普遍采用的上送上回空调送风模式难以满足热舒适要求，车厢内部气流组织不合理导致其制冷效果差，车厢内冷热不均，热舒适差。为了克服上述送风方式的不足，提出了一种气流组织设计良好的精准送风方式。精准送风是针对特定目标区域，进行定向按需送风。研究表明，在动态环境下，人体热舒适最敏感的部位是头部，背部，胸口三个部位，因此对地铁车厢乘客而言，乘客头部，背部，胸口三个部位就是特定目标区域，如果对其进行精准定向送风，不仅可以提高乘客热舒适，还有利于节能。
4.涡轮增压技术是一种提高发动机进气能力的一种技术，将该技术引入到末端送风装置中可使其进风量增压送出，射流导致周边气流流动，进而实现“空气倍增”。引入该技术的末端送风装置与常规送风装置相比，产生的气流风速更大，且更平稳。


技术实现要素：

5.为解决移动交通工具的动态热舒适需求问题，尤其是解决地铁因送风方式引起的地铁车厢内气流组织差导致的冷热不均、车厢内热舒适性差、制冷效率低的问题。本发明的目的在于提供一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，通过将基于涡轮技术的末端送风装置引入移动交通工具车厢内，利用涡轮增压使由进风口进入风道的空气经狭缝出风圈以较大速度送出，带动周围气流运动，实现“空气倍增”；通过良好的气流组织，减少空气滞留，增强乘客与空气的对流换热，使空调送风均匀送到目标区域，有效降低车厢内温度，提高乘客热舒适度；通过增强目标区域的空气扰动，进而增强冷空气与车厢内空气均匀混合，使送到乘客的空气满足动态热舒适需求；通过根据车厢内人员数目智能化切换末端送风装置功率，实现按需求送风，满足乘客动态热舒适；通过将末端送风装置的涡轮主机部分置于送风管道内，出风圈部分置于车厢内，利用卡口将所述两部分在车厢中轴处连接并间隔安装，使之结构紧凑，布置合理，安全方便。
6.本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
7.本发明公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，包括空调制冷机组、送风主管、送风单元、回风单元、末端送风装置。所述空调机组用于为车厢提供制冷空气；所述送风主管用于将处理后的冷空气进行输送；所述送风单元包括百叶送风口与送风支管；所述回风单元包括百叶回风口与回风支管；所述末端送风装置采用涡轮增压实现末端送风。所述末端送风装置用于向目标区域进行精准送风，增强局部气流扰动，提高热舒适度，包括进气口、涡轮、电机、涡轮主机部分与出风口部分连接处、出风圈。所述涡轮根据车厢所需最大送风量进行选型，根据乘客需要进行智能化切换。
8.所述末端送风装置涡轮主机部位安装在送风管道内，出风圈固定安装在车厢顶部。
9.所述空调系统由空调机组将空气进行处理，经由送风主管输送、从送风单元送入移动交通工具车厢内部、移动交通工具车厢内一部分空气经回风单元进入空调机组进行再处理；送风主管内的冷空气经所述末端送风装置进气口进入，经电机的作用带动涡轮机实现涡轮增压，冷空气然后从狭缝出风圈送出，实现冷空气强射流。将基于涡轮技术的末端送风装置引入移动交通工具车厢内，通过将末端送风装置的涡轮主机部分引入到送风管道内，将出风圈部分置于车厢内，送风管道里的冷空气从涡轮主机部分的进风口进入，经面积非常小的狭缝出风圈以较大速度送出，带动周围气流运动，实现“空气倍增”；通过增强目标区域的空气扰动，进而增强冷空气与车厢内空气均匀混合，使之满足乘客动态热舒适需求；减少空气滞留带来的弊端，加强乘客与空气的对流换热，使空调送风均匀送到目标区域，有效降低车厢内温度，提高乘客热舒适度；通过根据车厢内人员数目智能化切换末端送风装置功率，实现按需求送风。
10.所述非常小的狭缝指狭缝宽1～2mm。
11.为了安全与节省空间，作为优选，所述送风管道紧贴车厢顶棚，所述风管与涡轮机连接处管口呈圆形设置，与百叶送风口和百叶回风口连接处管口呈矩形设置。
12.为了调整送风角度，改变气流扩散方向，作为优选，所述百叶送风口为双层百叶风口。
13.为了调节送风量，作为优选，所述双层百叶送风口配置用于调节送风量的风量调节阀。
14.为了调节回风方向，作为优选，所述回风口为单层百叶风口。
15.为了末端送风装置安装方便，作为优选，所述末端送风装置包括涡轮主机部分与末端出风口部位。
16.为了适应车厢结构，便于安装，作为优选，所述末端送风装置涡轮主机部位与末端出风口部分分离处设计成方便拆装的卡口状，通过卡口进行连接，进而实现主机部位与末端出风口部分分体式设计，根据移动交通工具车厢布局结构调整末端出风口安装位置，便于拆装。
17.为了最大程度实现精准送风，作为优选，所述末端送风装置送风角度θ满足约束关系θ＝arctan l/h；其中，l为两个送风装置之间的水平距离，h为送风装置距离地板的高度。
18.为了营造良好的气流组织，作为优选，所述末端送风装置在列车中轴位置处安装。
19.本发明公开的一种满足动态热舒适性的通风系统的安装及工作方法为：
20.步骤1：根据移动交通工具车厢类型，确定车厢几何尺寸和布局，立柱扶手的位置。
21.步骤2：确定车厢空调系统送风方式，确定送风主管位置，送风单元位置，回风单元位置。
22.步骤3：根据车厢几何尺寸和布局，根据送风角度约束关系θ＝arctan l/h；确定送风模式的合理送风角度。
23.步骤4：根据步骤3确定的送风角度确定末端送风装置出风口角度。
24.步骤5：根据移动交通工具车厢几何尺寸及立柱扶手位置，再结合负荷计算，确定末端送风装置安装位置及数目。
25.步骤6：根据移动交通工具车厢顶棚空间，确定末端送风装置的参数，所述末端送风装置的参数包括几何尺寸，外观，功率，材料。
26.步骤7：将末端送风装置的涡轮主机部分与出风圈部分进行分离，末端送风装置涡轮主机部位安装在送风管道内，出风圈固定安装在车厢顶部，并且在连接处进行卡口连接。
27.步骤8：所述空调系统由空调机组将空气进行处理，经由送风主管输送、从送风单元送入移动交通工具车厢内部、移动交通工具车厢内一部分空气经回风单元进入空调机组；送风主管内的冷空气经所述末端送风装置进气口进入，经电机的作用带动涡轮机实现涡轮增压，将冷空气从狭缝出风圈以较大速度送出，实现冷空气强射流。将基于涡轮技术的末端送风装置引入移动交通工具车厢内，即通过将末端送风装置的涡轮主机部分引入到送风管道内，出风圈部分置于车厢内，送风管道里的冷空气从涡轮主机部分的进风口进入，经面积非常小的狭缝(宽1～2mm)出风圈以较大速度送出，带动周围气流运动，实现“空气倍增”；通过良好的气流组织，减少空气滞留，增强乘客与空气的对流换热，使空调送风均匀送到目标区域，有效降低车厢内温度，提高乘客热舒适度；通过增强目标区域的空气扰动，进而增强冷空气与车厢内空气均匀混合，使送到乘客的空气满足动态热舒适需求；通过根据车厢内人员数目智能化切换末端送风装置功率，实现按需求送风，满足乘客动态热舒适；通过将末端送风装置的涡轮主机部分置于送风管道内，出风圈部分置于车厢内，利用卡口将这两部分在车厢中轴处连接并间隔安装，使之结构紧凑，布置合理，安全方便。
28.有益效果：
29.1、本发明公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，是适用于移动交通工具有动态热舒适性需求的一种通风系统及方法。尤其适用于地铁。将基于涡轮技术的末端送风装置引入地铁车厢内，送风主管内的冷空气经所述末端送风装置进气口进入，经电机的作用带动涡轮机实现涡轮增压，冷空气从狭缝出风圈送出，实现冷空气射流。将基于涡轮技术的末端送风装置引入地铁车厢内，即通过将末端送风装置的涡轮主机部分引入到送风管道内，出风圈部分置于车厢内，送风管道里的冷空气从涡轮主机部分的进风口进入，经面积非常小的狭缝(1～2mm)出风圈以较大速度送出，带动周围气流运动，实现“空气倍增”；通过增强目标区域的空气扰动，进而增强冷空气与车厢内空气均匀混合，使送到乘客的空气满足动态热舒适需求；通过良好的气流组织，减少空气滞留，增强乘客与空气的对流换热，使空调送风均匀送到目标区域，有效降低车厢内温度，提高乘客热舒适度；通过根据车厢内人员数目智能化切换末端送风装置功率，实现按需求送风，满足乘客动态热舒适；通过将末端送风装置的涡轮主机部分置于送风管道内，出风圈部分置于车厢内，利用卡口将这两部分在车厢中轴处连接并间隔安装，使之结构紧凑，布置合理，安全方便。
30.2、本发明公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，通过应用多功率可调
送风量的末端送风装置，能根据车厢内人员数目智能化切换送风装置功率和风速，实现按需送风，满足人员动态热舒适。
31.3、本发明公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，基于末端送风装置实现有益效果1和有益效果2的基础上，使得目标区域的空气流动得到增强，减少空气滞留带来的弊端，使空调送风均匀送到各处，有效降低车厢内温度，增强车厢内热舒适度。
32.4、本发明公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，涡轮主机部分放入送风管道内，出风口部分置于车厢内，且车厢中轴处间隔安装，结构紧凑，布置合理。
附图说明
33.图1是本发明中末端送风装置安装主视图；
34.图2是本发明的地铁车厢内上送上回送风方式的空调送回风口布置示意图及末端送风装置安装俯视图；
35.图3是本发明中末端送风装置安装后局部气流分布示意图；
36.图4是本发明中末端送风装置安装后局部气流速度分布模拟结果图；
37.图5是本发明中末端送风装置安装后局部温度分布模拟结果图；
38.图6(a)是本发明中末端送风装置主视图；
39.图6(b)是本发明中末端送风装置左视图；
40.图6(c)是本发明中末端送风装置俯视图；
41.图6(d)是本发明中末端送风装置出风圈处局部示意图。
42.其中：1—地铁车厢、2—空调机组、3—送风主管、4—末端送风装置、5—车厢内立柱扶手、6/8/10—送风单元、7/9—回风单元、11—末端送风装置进气口、12—涡轮机、13—电机、14—卡口连接处、15—出风圈。
具体实施方式
43.为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
44.实施例1：
45.如图1、2所示，本实施例公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，是适用于移动交通工具有动态热舒适性需求的一种通风系统及方法。本实施例以地铁移动交通工具进行说明，本实施例包括空调制冷机组2、送风主管3、送风单元6/8/10、回风单元7/9、末端送风装置4。所述空调机组2用于为车厢提供制冷空气；所述送风主管3用于将处理后的冷空气进行输送；所述送风单元6/8/10包括百叶送风口与送风支管；所述回风单元7/9包括百叶回风口与回风支管；所述末端送风装置4采用涡轮增压实现末端送风。所述末端送风装置4用于向目标区域进行精准送风，增强局部气流扰动，提高热舒适度，包括进气口11、涡轮12、电机13、涡轮主机部分与出风口部分连接处14、出风圈15。所述涡轮12根据车厢所需最大送风量进行选型。
46.所述非常小的狭缝指狭缝宽1～2mm。
47.为了安全与节省空间，所述送风主管3紧贴车厢顶棚，所述风管与涡轮机连接处管口呈圆形设置，与百叶送风口和百叶回风口连接处管口呈矩形设置。
48.为了调整送风角度，改变气流扩散方向，所述送风单元6/8/10的百叶送风口为双层百叶风口。
49.为了调节送风量，所述送风单元6/8/10的双层百叶送风口配置风量调节阀。
50.为了调节回风方向，所述回风单元7/9为单层百叶风口。
51.为了末端送风装置安装方便，所述末端送风装置4包括涡轮主机部分12与末端出风圈部分15。
52.为了适应车厢结构，便于安装，所述末端送风装置4涡轮主机部位与末端出风圈部分分离处设计成方便拆装的卡口状，通过涡轮主机部分12与出风圈部分15连接处14连接，进而实现主机部位与末端出风圈部分15分体式设计，根据地铁车厢1布局结构调整末端出风圈15安装位置，便于拆装。
53.本实施例公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法的安装及工作方法具体实施步骤如下：
54.步骤1：根据移动交通工具地铁车厢1类型，确定车厢几何尺寸和布局，立柱扶手5的位置。
55.步骤2：确定车厢空调系统送风方式，确定送风主管3位置，送风单元6/8/10位置，回风单元7/9位置。
56.步骤3：根据车厢几何尺寸和布局，根据送风角度约束关系θ＝arctan l/h确定送风模式的合理送风角度。
57.步骤4：根据步骤3确定的送风角度确定末端送风装置出风口角度。
58.步骤5：根据地铁车厢1几何尺寸及立柱扶手5位置，再结合负荷计算，确定末端送风装置4安装位置及数目。
59.步骤6：根据地铁车厢1顶棚空间，确定末端送风装置4的参数，所述末端送风装置4的参数包括几何尺寸，外观，功率，材料。
60.步骤7：将末端送风装置的涡轮主机部分与出风圈15部分进行分离，末端送风装置涡轮主机部位安装在送风管道3内，出风圈15固定安装在车厢顶部，并且在连接处14进行卡口连接。
61.步骤8：移动交通工具地铁1内的空调系统由空调机组2将空气进行处理，经由送风主管3输送、从送风单元6/8/10送入地铁车厢内部、地铁车厢内一部分空气经回风单元7/9进入空调机组2；送风主管3内的冷空气经所述末端送风装置4进气口11进入，经电机13的作用带动涡轮机12实现涡轮增压，冷空气从狭缝出风圈15送出，实现冷空气射流。将基于涡轮技术的末端送风装置引入地铁车厢内，即通过将末端送风装置的涡轮主机部分引入到送风管道内，出风圈部分置于车厢内，送风管道里的冷空气从涡轮主机部分的进气口11进入，经面积非常小的狭缝(1～2mm)出风圈15以较大速度送出，带动周围气流运动，实现“空气倍增”；通过良好的气流组织，减少空气滞留，增强乘客与空气的对流换热，使空调送风均匀送到目标区域，有效降低车厢1内温度，提高乘客热舒适度；通过增强目标区域的空气扰动，进而增强冷空气与车厢1内空气均匀混合，使送到乘客的空气满足动态热舒适需求；通过根据车厢1内人员数目智能化切换末端送风装置功率，实现按需求送风，满足乘客动态热舒适；通过将末端送风装置4的涡轮主机部分12置于送风管道内，出风圈15部分置于车厢内，利用卡口将这两部分在车厢中轴拼接并间隔安装，使之结构紧凑，布置合理，安全方便。
62.本实施例公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，是适用于移动交通工具有动态热舒适性需求的一种通风系统及方法。与传统的混合送风方式及适用场景不同，传统的送风是就全空间且固定场所而言，无针对性。而动态热舒适性的通风系统及方法是针对移动交通工具中的特定目标区域，进行定向送风。本实施例以地铁为例进行说明。对地铁车厢而言，乘客呼吸区就是特定目标区域。如果对呼吸区域进行精准定向送风，不仅能够解决车厢内热舒适性差的问题，还有利于节能。
63.在此基础上，本实施例公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法，将精准送风与涡轮增压技术用以解决移动交通工具有动态热舒适性的需求，特别是解决当前送风模式存在的地铁车厢内气流组织差导致的温度分布不均，车厢内热舒适性不理想、制冷效率低的问题。
64.为了验证本实施例公开的一种满足动态热舒适性的通风系统及方法的有效性，本实例中以某节地铁车厢为例，分别进行实验和模拟手段的双重检验。该车厢长为20m，宽2.3m，高2.1m。空调送风方式为上送上回。通过分析及测试车厢内部气流组织及温度场可验证本实施例的有效性。
65.验证结果如图4和图5所示，在地铁车厢内采用一种满足动态热舒适性的通风系统及方法后，经末端送风装置送风，车厢内气流组织有明显的改善。使得目标区域的空气流动得到增强，减少空气滞留带来的弊端，使空调送风均匀送到各处，有效降低车厢内温度，满足人员动态热舒适需求。
66.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。