喷射渗透式纤维空气分布系统的建筑送风实验研究

随着科技不断进步，人们对建筑内部环境的要求开始朝着更舒适、更健康的方向发展。由于传统空调系统管道积灰及运行管理等方面的问题，不能有效地保证室内良好的空气品质（IAQ）的要求，甚至引发病态建筑综合症（SBS: Sick Building Syndrome）和建筑相关疾病（BRI: Building Related Illness）。在此背景之下,一个更加方便清洁的新型送风系统—纤维空气分布系统就越来越受到大家的重视。纤维空气分布系统（Fabric Air Dispersion System，简称FADS）是一种由特殊聚酯纤维制成的集空气传输和散布于一体的空调末端装置。FAERY系统送风形式有纯渗透、条缝、排孔、大孔、多孔、喷口、射流等。系统一般安装在空调房间的顶部，通过整个管壁的纤维缝隙和经过设计的小孔出风，如图1所示。

国外对于该系统的研究成果主要来自产品生产厂家的设计技术人员的科学研究，其中k.Gebke在技术研究报告中简述了此系统最近的发展状况。在各类型的纤维送风系统中，喷射渗透式送风系统采用的较为普遍。此类型的系统送风分为两个部分，一部分由纤维风管的纤维缝隙渗透出风，另一部分由开设的喷孔射流送风至空调空间。纤维风管的孔隙率是影响两部分风量分配的主要因素，不同材料渗透出风和射流出风的风量比例不同。由于渗透送风和射流送风动力均来自管道内的压力，并且射流速度初始速度也受管道内压力影响，为满足送风距离，设计中往往对射流速度有一定要求，那么势必会影响到射流和渗透的两部分的风量分配。本研究通过全尺寸实验测试的方法，分析了渗透喷射式纤维空气分布系统送风渗透风量和射流风量两部分风量的比例的关系，以及由于射流速度变化引起的风量分配比例的变化规律，为系统初步设计和实际应用提供参考。

1 、实验设置

1.1 、实验台设置

实验所用房间的大小尺寸为7.0 m× 4.0 m×3.14 m （长×宽×高），实验用风管是某公司生产的渗透射流型纤维风管，布置在房间顶部中央，风管长3.5m，直径0.3m，小孔直径0.008m，均匀排列，小孔之间的距离是0.1m；开孔方向分别为4、5、6、7、8 点方向，如图2 所示。送风由离心风机提供，额定送风量为1500 m3 / h，为了避免影响室内流场，进风来自室外空气，送风风量由节流阀控制。排风口设置在右侧墙中心处，风口为正方形风口，为距地面2.55m，大小尺寸为：0.5×0.5 m2。

1.2 实验仪器及精度

速度测试选用SWA31 风速探头配合Swema 多点测试采集系统，最多可控制16 个测点同时测量，速度场的多点实时无扰动监测。对于每个测点的速度测试，采样频率设置为2Hz，采样周期设置为180s，以消除湍流射流脉动性对测试结果准确性的影响。测量时所用SWA31 风速探头刚经过厂家标定，测速范围：0.1-30.0m/s，测温范围：-20-80°C。用于送风系统送风量测试的SWA31 探头在本文速度测试范围内（6-15m/s）最高误差为0.1m/s，全尺寸实验设置如图3 所示。

1.3 测点设置

测试沿风管圆弧方向选取了五排测点，分别为4、5、6、7、8 点方向，沿风口长度方向选取了18 个测点，且各测点均匀布置，间距为200mm。在速度测试部分，测试速度进行处理，采用公式（1）计算平均速度：

渗透与射流风量比例的测试的小孔出风风速设定为为6.5m/s-14m/s，速度每次增加1m/s，每调节一次出风速度，测量一次系统的总送风量，测试开孔间距见图4。

2、 实验工况及结果

将射流送风开设的小孔的总面积定义为Sjet∶Sjet=nπrjet2，n 为开孔数，rjet 为小孔半径；风管面积S∶S=LπR2，R为风管半径，L为风管长度；S* 为开孔总面积与风管面积的比值，S* =SjetS 。风速从6.5m/s-15m/s 的10 种工况下送风量值见表1。

3、 数据分析

当射流速度增大时，送风量增大，当射流出口面积（开孔面积）增大时，送风量增大。根据公式可以计算出射流出风量，以出口风速为横坐标，以射流出风量与总送风量的比值为纵坐标作图如下：

如图5 所示，射流出口面积（开孔面积）与风管表面积比影响射流出风量所占总风量比例，射流出风面积（开孔面积）越大，射流所占的总送风量的百分比越高，射流出口面积（开孔面积）与风管表面积的比值增加8%，射流所占的总送风量的百分比越高增加大约10%。当射流出口面积（开孔面积）与风管表面积比一定时，射流速度增大时，射流出风量所占总送风量的比值逐渐减小，即射流出量减少；射流速度由6.4m/s 增大到15m/s 时，射流风量占总送风量的比降低幅度为10%左右。

4、 结语

射流渗透式纤维空气分布系统的送风一部分由纤维缝隙通过渗透的方式进入送风空间，另一部分通过开设的小孔通过射流的方式进入送风空间。两部分风量的比值受到风管材料本身的材料特性和管道内的压力的影响，还受到小孔开设的大小和数量的影响。当小孔出风速度一定时，开孔的总面积越大，射流部分所占的比例越大；开孔面积一定时，射流出风速度越高，射流出风量所占比例越小，变化规律不受开孔面积的变化影响。