专利名称：一种利用风口特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法
技术领域：
本发明涉及ー种利用风ロ特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法。
背景技术：
空调房间气流组织和送风气流束流型主要取决于送风气流的射流状态和安装限制条件，而送风ロ的结构形式、尺寸及尺寸变化将直接影响和决定着气流束的混合程度、扩散性能、送风方向、送风有效距离及送风气流束在其各断面的分布形状。通常情况下，需要根据空调系统对场所温湿度控制精度要求、送风ロ位置、建筑装饰要求等因素综合考虑后选择决定风ロ形式。目前市场上的空调送风口装置的大体结构通常是由端框加平行等间距布置于端框内的若干导流叶片所构成，其材质主要有ニ种即铝合金型材或者镀锌板经加工成型而成。然而现有的空调送风口装置存在的不足如下
1)単一送风口装置制作成型后，导流叶片呈相同的断面和夹角，即流经各叶片间的气流送风角相同，且由于送风气流流出送风ロ时具有相同的速度，故使得送风气流传递到人员活动区域时所覆盖面比较狭小。2)送风气流束各质点实际运动的轨迹即气流质点送风距离是不同的，因此送风气流束到达人员活动区域时其末端风速将有很大的速差，即呈有ー个速度分布差(即速度场)，而气流横向运动过程中伴随气流运动的同时产生着能量交換的过程。故在空调系统自然运行条件下人员活动区域内各点的温度也必然呈有差别即存在ー个温度分布差(即温度场)，情形严重吋，当人员走过送风ロ区域时将会明显感觉有送风气流的吹风感和温差，从而造成空调场所人员活动区域的舒适性能大大降低。
发明内容
本发明目的是提供ー种利用风ロ特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法， 该方法能够确保送风气流束到达人员活动区域时其末端风速几乎一致，从而降低由于气流束末端速度分布差导致的温度差，提升送风气流的速度场和温度场的分布均勻性，同时增大送风等速气流带的覆盖区域，最大限
度地使所设计房间的送风气流充满分布到房间的每ー个角落，提高空调场所人员活动区域的舒适性。本发明的技术方案是一种利用风ロ特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法，其特征在于根据室内不同的风ロ安装区域或不同的安装方式和送风方式，为风ロ设计配置不同送风角度、不同叶片数量、不同有效流通面积的出风槽和相应导流角的导流叶片，使送出的气流束呈几乎相等速度，并且增加送风气流带宽度，确保送风气流末端覆盖区域大且与室内空气混合強度高。本发明涉及的主要理论计算依据及方法详细过程如下
41)设计安装高度为H、喉部宽度(或者高度)为Bo，导流叶片数量为i 一 1个，叶片间送风气流流通槽数量为i个的风ロ，i ^ 4 ；根据送风具体エ况，设计配置不同的导流叶片数量和导流角以及ニ叶片间的开孔尺寸(即通过调节控制ニ叶片间沿着风ロ喉部宽度方向的尺寸和沿着风ロ长度方向的尺寸)，从而获得有效流通面积大小不同的i个流通槽，依据下述公式调节控制流进各导流叶片的风速V3i和流出各导流叶片的送风气流风速V2i不同；
依据的公式为恒定流能量方程即伯努力(Bnulie)方程 Pl+1/2* (R*S1*V12) +Zl= P2+1/2* (R*S2i*V2i2) +Z2+l/2*R*S3i*V3i2 式中Pl，P2分別表示送风气流进、出风ロ的静压，Vl表示进风ロ的送风气流风速；Sl为进风ロ送风气流的阻力系数；V2i表示送风气流流出各导流叶片的风速；R表示空气密度， Zl, Z2分別表示送风气流进出风ロ的位能；V3i为送风气流流经各导流叶片间开孔有效面积时的风速；S3i、S2i分别为送风气流流经叶片间和流出叶片时的阻力系数，P2同时也是房间空气静压；鉴于通常情况下，送风气流位于进出风ロ的高度差很小，即位能变化很小； 将上述次要因素忽略后表达式可以演变为
Pl+1/2* (RS1*V12) =1/2* (R*S2i*V2i2) +l/2*R*S3i*V3i2 ；
上述表达式反映了送风气流流经各导流叶片间有效流通面积的风速V3i和流出风ロ 叶片的风速V2i和相应的局部阻力系数S2i和S3i之间的函数关系；
通过设置导流叶片间有效流通面积的大小，可以在很大程度上调节控制送风气流束流经该导流叶片槽的风量，同时也调节、确定了该导流叶片槽的局部阻力系数S2i、S3i的大小；最终调节和控制着出这个导流叶片的送风气流束的风速V2i来实现不同叶片槽之间具有不同的出风风速、送风距离、送风方向的预期目标。 2)根据下述平面自由射流轴芯速度衰减表达式计算确保流出各导流叶片间的气流束到达人员活动区域所在截面的中心风速相等 Vxi/V2io=l. 2/〔 (ai*Xi/boi)+0. 41〕1/2
式中Vxi 表示送风气流流出风ロ到达任意点xi所在截面的轴心点风速；Xi值即为送风气流流出各导流片后到达人员活动区域(即预期设计的流出各叶片间的送风气流束) 的送风距离；
V2io 表述送风气流流出风ロ各叶片时的平均风速； ai 对应风ロ各导流叶片出风ロ所在截面送风气流的紊流系数； boi 风ロ各导流叶片出风ロ所在截面的高度；
3)通过下述公式获得平面射流エ况下送风气流的扩散角，进而在需要时评估流经各导流叶片间气流束到达人员活动区域(对应送风气流的末端风速)的分布情况；
tanq=2. 44氺ai
q为送风气流主体段气流扩散角，ai为送风气流流出各导流叶片间有效流通截面时的紊流系数，其值取决于各叶片有效流通截面值和流通截面的变化值和形状；所述叶片的导流角的大小是确定和限制送风气流的送风方向，叶片间各截面的尺寸确定送风气流流出风 ロ各叶片的有效流通面积；
4)利用获得的扩散角q值进ー步评估送风气流的扩散分布情况；通过送风气流流经各导流叶片的送风方向角度差及出风速度来调节和控制送风气流束从出风ロ到人员活动区域的距离L，也即各导流叶片的送风气流束中心点间的距离L，其值的大小将调节控制等速气流带宽度；
5)通过下述公式计算获知送风气流任意截面上气流温度分布和速度分布关系 」Tx/」To=O. 73X (Vxi/V2io)
式中」Tx为距出风ロ距离为χ处的射流轴心温度和房间平均温度之差. 」To为送风气流出风ロ平均温度和房间温度之差； Vxi为送风气流在任意截面点的速度； V2io为送风气流流出叶片截面的平均速度。本发明能成立的技术论点
A、对于某一特定的整体式条形送风ロ，根据其确定的安装位置和要求的送风距离和预期要求的等速气流带宽度(即送风气流的有效覆盖面积)要求；可以通过对同一个风ロ不同叶片间事先设计、确定不同的尺寸、叶片导角及变化、有效流通面积大小等方法来实现有效地调节和控制。B、由于在风ロ开孔截面ニ侧的静压差基本相等，因此对于同一风ロ不同的ニ叶片间，由于其有效流通面积的不同，在相同的静压作用下其流经的风量也不同。C、由于流经各叶片间的送风气流流出叶片时所在截面的有效流通面积可以根据需要具有可调节的性能，从而获得在不同叶片间送风气流束的出风风速是不同的。送风距离要求远的出风风速较大，反之则风速较小。D、正是由于上述条件，即送风气流流出各叶片间的气流束具有不同的速度，从而气流束流出各叶片后的送风距离也将不同。我们可以设定要求在送风气流末端风速相同的前提下(即在离地面1. 7米所在的计算平面)，根据送风距离需要值来设定流出各叶片气流束的风速值。另ー方面由于各叶片均设置有一定的导流角，从而完成送风气流流经叶片间的各送风气流束具有不同的出风速度、送风距离和送风方向。达到具有较大的等速气流中心风速宽度带的预期设计目标。本发明的优点是
1、本发明方法适合顶送风和侧送风ニ种不同的空调送风系统，根据对风ロ不同的安装使用位置或者安装高度；对于同一个风ロ，可设计配置有不同送风角度、不同导流叶片数量、不同有效流通面积的出风槽和具有相应导流角的导流叶片，使送出的气流束在到达人员活动区域时以几乎相等速度、不同的送风方向、送风气流带较宽、送风气流末端所覆盖区域大和气流混合強度高等特点。2、本发明方法可最大限度地使所设计房间的送风气流充满分布到房间的每ー个角落，即房间送风气流的速度场和温度场分布均勻性能得到有效明显提升。
下面结合附图及实施例对本发明作进ー步描述
图1为ー种风ロ布局实施方式的结构示意图(侧送风，四风ロ)； 图2为图1实施方式中单个风ロ的断面结构示意图3为图1实施方式中单个风ロ送风气流束轴心速度线运行轨迹分布示意图； 图4为图1举例说明案的房间风速/温度检测取样位置分布示意图；图5为本发明另ー实施方式的风ロ断面结构示意图； 图6为侧送风エ况下等速送风气流带宽度尺寸示意图7为采用图5所示风ロ以顶送风方式实施时气流末端等速气流宽度带L尺寸示意
图8为本发明的顶送风上回风空调送风系统安装结构示意图； 图9为本发明的侧送风同侧下回风空调送风系统安装结构示意图； 图10为侧送风同侧上回风空调送风系统安装结构示意图。
具体实施例方式实施例1 结合图1、图2、图3和图4所示，设计、检测方案的房间长、宽、高分别为 20*9. 5*4. 6 (m)，送风方式采用单面侧送风，风ロ安装高度为3m(离地高度)。采用的风ロ型号规格为n(-ZTF/80*1600 ；风口数量4个，具体如图1所示；单个风ロ送风量为1200CMH。 通过本发明方案计算的送风气流末端等速气流(中心风速)宽度带值为5.8m。风ロ具有导流叶片数为3个。各叶片间的送风气流束出导流叶片的送风角分別对应为9°、12°、18° 和25°。按照冬季エ况来证明即有气流送风温度为州で，房间要求的温度为18°C。风ロ 安装条件和送风形式侧送风，单侧上送风，对面ー侧下回风。风ロ的具体布置断面示意图如图2所示
(通过对本案以下技术參数的设计和确定工程的描述来证明按照本发明预先设想是可以实现各种其他相关具体方案的)。计算或说明确定的具体相关技术參数有(前已经说明的參数符号不再重复说明)
采用的公式为恒定流能量方程即伯努力(Bnulie)方程 Pl+1/2* (R*S1*V12) +Zl= P2+1/2* (R*S2i*V2i2) +Z2+l/2*R*S3i*V3i2 PI, P2, R, VI, F3i ；V3i，Q3i, F2i V2i, ai, Vxi, xi, boi, L, Li, q，下面具体说明如下 DPl空调系统风管气流进入风ロ的静压(由系统设计提供，本案最大静压值为 1601 ), P2为室内空气静压(室内保持微正压状态，通常可以认定为5Pa)，
2)R空气密度可取定值为1. 2kg/m3,
3)Vl为送风气流流进风口前的风速，
其计算值为 Q/F= (1200/3600)バ0. 08*1. 6)2. 6m/s. 式中0. 08m为风ロ喉部高度净值，1. 6m为风ロ计算长度。4)F3i为送风气流流经风ロ各叶片间的有效流通面积，由开孔尺寸确定，具体尺寸见图2。F31 = 0. 0304m2，F32 = 0. 0256m2，F33 = 0. 023m2，F34 = 0. 0186m2 取截面1-1和3-3为讨论对象，各叶片间有效流通面积之和为
0. 0304 + 0. 0256 + 0. 023 + 0. 0186 = 0. 0976m2,叶片间送风气流流经有效流通面积的平均风速为1200/3600*0. 0976=3. 42m/s.由于各叶片间的开孔尺寸不同，因此其送风气流流经叶片间开孔时的压力损失也不同，另ー方面由于空气的静压具有可传导性特点， 因此送风气流流经各叶片间的风速和平均风速之间稍有差別，以下是V3i即实际检测获取的送风气流在流经各叶片间的平均风速值
V31 = 3. 60m/s, V32=3. 5m/s, V33=3. 3m/s, V34=3. lm/s.Q3i对应送风气流流经各叶片间的风量为 Q31 = 3. 60X0. 0304*3600 = 394m3/h,
0. 019X1. 622%
0. 016X1. 621. 4%
0. 0144X1618. 3%
0. 0116X1. 630%
Q32 = 3. 5*0. 0256*3600 = 323m3/h Q33 = 3. 3*0. 023*3600 = 273m3/h Q34 = 3. 1*0. 0186*3600 = 210m3/h
5)F2i为气流流出风ロ各叶片出口截面的有效流通面积，由叶片导流角度和形状尺寸确定。请见图 2，其中 F21 = 0. 031m2，F22 = 0. 030m2，F23 = 0. 0298m2，F24 = 0. 0256m2 ；
6)V2i为流出各导流叶片间有效流通面积的平均风速送风气流流出各叶片槽的风速V2i (即2-2截面)
7)由平面自由射流轴芯速度衰减表达式 Vxi/V2oi=l. 2/〔 (ai*Xi/boi)+0. 41〕1/2
以及送风气流束轴心速度线运行轨迹分布示意图(由叶片导流角決定的方向)即图3所示，可以计算出四小气流束的末端中心风速值即 Vxl/3. 53=1. 2/〔 (0. 16*8. 71/0. 0194)+0. 41〕1/2 Vxl = 1. 2*3. 53 /8. 49=0. 5m/sail=a16
可以解得Vxl = 0. 50m/s，对应的导流叶片送风角为9°。同理可以解得
Vx2/2. 99 = 1. 2/〔 (0. 16*6. 27/0. 019)+0. 41〕1/2，
Vx2=l. 2*2. 99/7. 29=0. 492m/sai2=0. 16
Vx2=0. 492m/s.对应的导流叶片送风角为12° .
Vx3/2. 54 = 1. 2/〔 (0· 16*4. 21/0. 0186)+0. 41〕1/2
Vx3=l. 2*2. 54/6. 05=0. 50m/sai3=0. 16
Vx3=0. 50m/s;对应的导流叶片送风角为18° .
Vx4/2. 27 = 1. 2/〔 (0· 155*3. 1/0. 016)+0. 41〕1/2，
Vx4=l. 2*2. 27/5. 52=0. 493m/sai4=0. 155
Vx4 = 0. 493m/s ；对应的导流叶片送风角为25° ；
上述计算过程中的ai为各叶片送风槽对应的气流紊流系数，其值为0. 15 0. 16之间取值，其值反映各导流叶片不同截面上速度不均勻程度的因素；通常情况下还可以由实验来加以验证。 可见整个风ロ的四个小送风气流束在所设计位置的末端风速差非常小。
8 )评估送风气流等速气流宽度带L及Ll ；由图3可以清楚地看出四个小送风气流束所分布的宽度L为(8. 6-2. 8)5. 8m中心风速所覆盖房间总宽为61 %，考虑到中心风速在送到人员活动区域的过程中，其气流具有扩散特征，由前述送风气流扩散角和紊流系数之间的量值关系可以得知本案气流的扩散角约为21°左右，其较小的扩散半径值为1. 4m,即实际送风气流的扩散所覆盖长度Ll为5. 8 + (2*1. 4) = 8. 6m即占房间宽度比为90. 5%。 房间风速/温度检测取样位置分布示意图如图4所示，共收集25个检测点的送风气流末端
V21 = 394/(0. 031*3600)=3. 53m/ V22=323/(0. 030*3600)=2. 99m/s V23=273/(0.0298*3600)=2. 54m/s V24=210/(0. 0256*3600)=2. 27m/s
13. 8% 0. 0186*1. 6 11. 9% 0. 016*1. 6
18. % 0. 019*1. 6
0. 0194*1. 6风速和温度，其送风气流末端的平均风速实际检测值及房间内各点的温度检测值请见下表所列
权利要求
1.ー种利用风ロ特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法，其特征在于根据室内不同的风ロ安装区域或不同的安装方式和送风方式，为风ロ设计配置不同送风角度、不同叶片数量、不同有效流通面积的出风槽和相应导流角的导流叶片，使送出的气流束呈几乎相等速度，并且增加送风气流带宽度，确保送风气流末端覆盖区域大且与室内空气混合强ブ又动ο
2.根据权利要求1所述的ー种利用风ロ特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法， 其特征在于包括下述步骤1)设计安装高度为H、喉部宽度为Bo，导流叶片数量为i一 1个，叶片间送风气流流通槽数量为i个的风ロ，i彡4 ；根据送风具体エ况，设计配置不同的导流叶片数量和导流角以及ニ叶片间的开孔尺寸，从而获得有效流通面积大小不同的i个流通槽，依据下述公式调节控制流进各导流叶片的风速V3i和流出各导流叶片的送风气流风速V2i不同；所述公式为恒定流能量方程即伯努力(Bnulie)方程Pl+1/2* (R*S1*V12) +Zl= P2+1/2* (R*S2i*V2i2) +Z2+l/2*R*S3i*V3i2式中Pl，P2分別表示送风气流进、出风ロ的静压，Vl表示进风ロ的送风气流风速；Sl为进风ロ送风气流的阻力系数；V2i表示送风气流流出各导流叶片的风速；R表示空气密度， Zl, Z2分別表示送风气流进出风ロ的位能；V3i为送风气流流经各导流叶片间开孔有效面积时的风速；S3i、S2i分别为送风气流流经叶片间和流出叶片时的阻力系数，P2同时也是房间空气静压；鉴于通常情况下，送风气流位于进出风ロ的高度差很小，即位能变化很小； 将上述次要因素忽略后表达式可以演变为Pl+1/2* (RS1*V12) =1/2* (R*S2i*V2i2) +l/2*R*S3i*V3i2 ；2)根据下述平面自由射流轴芯速度衰减表达式计算确保流出各导流叶片间的气流束到达人员活动区域所在截面的中心风速相等Vxi/V2io=l. 2/〔 (ai*Xi/boi)+0. 41〕1/2式中Vxi 表示送风气流流出风ロ到达任意点xi所在截面的轴心点风速；Xi 值即为送风气流流出各导流片后到达人员活动区域的送风距离； V2io 表述送风气流流出风ロ各叶片时的平均风速； ai 对应风ロ各导流叶片出风ロ所在截面送风气流的紊流系数； boi 风ロ各导流叶片出风ロ所在截面的高度；3)通过下述公式获得平面射流エ况下送风气流的扩散角，进而在需要时评估流经各导流叶片间气流束到达人员活动区域的分布情况；tanq=2. 44氺aiq为送风气流主体段气流扩散角，ai为送风气流流出各导流叶片间有效流通截面时的紊流系数，其值取决于各叶片有效流通截面值和流通截面的变化值和形状；所述叶片的导流角的大小是确定和限制送风气流的送风方向，叶片间各截面的尺寸确定送风气流流出风 ロ各叶片的有效流通面积；4)利用获得的扩散角q值进ー步评估送风气流的扩散分布情况；通过送风气流流经各导流叶片的送风方向角度差及出风速度来调节和控制送风气流束从出风ロ到人员活动区域的距离L，也即各导流叶片的送风气流束中心点间的距离L，其值的大小将调节控制等速气流带宽度；5)通过下述公式计算获知送风气流任意截面上气流温度分布和速度分布关系 」Tx/」To=O. 73X (Vxi/V2io)式中」Tx为距出风ロ距离为χ处的射流轴心温度和房间平均温度之差； 」To为送风气流出风ロ平均温度和房间温度之差； Vxi为送风气流在任意截面点的速度； V2io为送风气流流出叶片截面的平均速度。
3.根据权利要求2所述的ー种利用风ロ特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法， 其特征在于所述步骤1)中通过设置导流叶片间有效流通面积的大小以调节控制送风气流束流经该导流叶片槽的风量，同时也调节该导流叶片槽的局部阻力系数S2i、S3i的大小。
全文摘要
本发明公开了一种利用风口特殊结构实现等风速微温差的空调送风方法，该方法根据室内不同安装风口区域或不同的安装方式和送风方式，为风口设计配置不同送风角度、不同叶片数量、不同有效流通面积的出风槽和相应导流角的导流叶片，使送出的气流束呈几乎相等速度，并且增加送风气流带宽度，确保送风气流末端覆盖区域大且与室内空气混合强度高。本方法能够确保送风气流束到达人员活动区域时其末端风速几乎一致，从而降低由于气流束末端速度分布差导致的温度差，提升送风气流的速度场和温度场的分布均匀性，同时增大送风等速气流带的覆盖区域，最大限度地使所设计房间的送风气流充满分布到房间的每一个角落，提高空调场所人员活动区域的舒适性。
文档编号F24F11/00GK102538146SQ20121004480
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者俞文伟 申请人:苏州市创建空调设备有限公司