作者简历:刘泽华,男,1966 年生,副教授,南华大学建筑工程系,421001
收稿日期:2000 - 08 - 20
旅馆建筑客房排风系统运行效果研究
刘泽华
(南华大学)
[摘要] 针对不同的客房排风方式建立了相应的数学模型;通过模拟计算,分析了各排风系统
的运行效果,并提出了等量排风的设计方法。
[关键词] 排风系统 运行工况 数学模型 数值计算
1 前言
多层及高层旅馆建筑客房空调的排风系统一般
都利用卫生间的排风竖井作排风道。工程中常采用
设置在屋顶的通风机进行集中排风,或在卫生间分
散设置排气扇来排风。连接各卫生间的排风支管截
面尺寸通常也是相同的。
很显然,这样做是不可能使每个排风点的排风
量一致。那么,怎么才能达到等量排风? 这些排风
系统的适用性如何? 其运行效果如何? 为此,本文
欲从气体流动网络理论着手,建立客房排风网络的
数学模型,通过计算机模拟计算,对各种排气方式进
行定量分析,得出相应的运行工况数据,为设计者提
供参考。
2 数学模型
211 风机集中排风
如图1 ,设风井的有效截面尺寸为a ×b (m) ,当
量直径为d2 (m) ,建筑层高为h (m) ,支风道长L (m) ,
直径d1 (m) ,楼层数n。
取一个竖井为研究对象,假定同一层客房排风
量相同。对于第i 层客房其排风量为Qi ,若风机压
头为H0 ,根据流体力学定律有:
H0 = SiQi
2 + 6
n
j = 1
Sj ,j + 1 ( 6
j
k = 1
2Qk) 2 + S0Q0
2 (i = 1 ,
2 , ⋯,n) (1)
图1
图2
· 1 1 · 建筑热能通风空调
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其中:Q0 = 6
n
j = 1
2Qk (2)
Si = (λ1·L/ d1 +ζ1) / (2π2d1
4·9002) (3)
Sj ,j + 1 = (λ2·L/ d2 +ζ2) / (2π2d2
4·9002) (4)
d2 = 2ab/ (a + b) (5)
ζ1 =f1 (Q1/ 6
i
j = 1
Qj ,d1/ d2) ≈f1 (Q1/ 6
i
j = 1
Qj) (6)
ζ2 =f2 (Q1/ 6
i
j = 1
Qj) (7)
λ1 (2) = [ - 2log(k1 (2) / 3. 7d1 (2) + 2. 51/ Re1 (2) ·λ1 (2)
0. 5) ] - 2
(8)
Re1 = Qi / (π·d2·v·900) (9)
Re2 = 6
i
j = 1
Qj / (π·d1·v·900) (10)
上述方程中,k1 = 0. 15 ,k2 = 3. 0 ,v = 15. 06 ×10
26
m2/ s ,ζ1 (2) 具体表达为经数据拟合而成的多项式。
212 排气扇排风
同样,考虑一个竖井如图2 ,对于第i 层客房,排
气扇排气量为Qi ,压头为Hi ,则有:
Hi = SiQi
2 + 6
j
k = 1
Sj ,j + 1 ( 6
j
k = 1
2Qk) 2 + S0Q0
2 ,
i = 1 ,2 , ⋯,n (11)
3 数值求解方法
为了从上述方程中求解出各层客房的排风量,
还须知道风机和排气扇的性能数据,为此,将由产品
样本的性能曲线得到的数据进行拟合,得到如下二
次方程:
风 机:H0 = C0 + C1Q0 + C2Q0
2 (12)
排气扇:Hi = C0′+ C1′Q1 + C2′Qi
2 (i = 1 ,2 ⋯n) (13)
由方程(1) ～ (10) , (12) ,通过计算机可迭代求
出风机集中排风时的Qn ,Qn - 1 , ⋯,Q1 ,Q0 ,H0 。
由方程(1) ～ (10) , (13) ,通过计算机可迭代求
出排气扇排风时的Qn ,Qn - 1 , ⋯,Q1 ,Q0 ,H1～Hn 。
4 模拟结果分析
411 风机集中排气
(1) 等截面支风道的排风运行工况
设混凝土竖井有效尺寸015 m ×1. 2 m ,支风道
管径d1 = 0. 1 m ,客房设计排风量为90 m3/ h ,总风量
Q0 = 2 ×90 ×n = 180 ×n m3/ h ,L = 1. 0 m ,h = 3. 2 m ,
分别计算n = 5 ,10 ,20 层时,各层的实际排风量(表
1) 。
从表1 可以看出,楼层愈高,排风量愈大,其中
近70 %的排风来自顶部4～5 层,底层排风甚少。
表1 等截面支风道的排风风量分布(m3/ h)
层次1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20
n = 5 78 79 85 95 113
n = 10 42 44 47 53 62 77 122 201
n = 20 4 9 9 10 11 13 20 32 54 89 148 242 400
若取支风道直径d1 = 0. 08 m ,当n = 20 层时,各
层实际排风量见表2。
表2 d1 = 0. 08 m ,n = 20 时排风风量分布(m3/ h)
层次1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20
风量34 34 35 36 37 40 48 60 78 103 136 181 240
可以看出,缩小支风道尺寸在一定程度上可以
改善排风的均匀性,但所需风机的压头增大了,耗电
功率也高些。
(2) 等量排风的支风道尺寸
当楼层数> 10 时,为了改善底层排风状况,实
现等量排风,必须改善系统阻力分布。在竖井沿程
断面尺寸不变的情况下,可以通过改变各层支风道
尺寸或在支风道上设调节阀门来改变阻力分布。实
际上,当楼层较高时,仅依靠设调节阀门而不改变支
风道尺寸是很难达到排风均匀的。
设客房排风量均为90 m3/ h ,分别取n = 5 ,10 ,20
层,计算出各层支排风道尺寸如表3。
表3 等量排风支风道直径(mm)
层次1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20
n = 5 164 147 126 111 100
n = 10 146 136 122 109 99 92 82 75
n = 20 84 84 83 83 81 80 76 72 69 66 63 61 58
由表3 可知,对不同楼层数的建筑可以通过改
变各层支风道尺寸来达到等量排风,楼层数愈高,支
风道尺寸应愈小,但这样做会使所需风机的压头成
倍增加,另外,由于各层支风道尺寸不同,制作安装
不大方便。
实现等量排风的另一措施是:支风道尺寸不变,
在竖井内设置变截面均匀排风道,这样就不须增加
风机压头和功率,但管材耗量增多,也不便于安装。
412 排气扇排风
竖井尺寸同上,排气扇接管直径d1 = 0. 1 m ,统
一采用PQ - Ⅰ型排气扇,其额定排气量为90 m3/ h ,
假定所有楼层排气扇同时开启运行(最不利工况) ,
分别计算n = 5 ,10 ,20 层时各层的排风量分布(见表
· 2 1 · 2001 年第1 期
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4) 。
表4 排气扇排风时各层风量分布(m3/ h)
层次1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20
n = 5 32 76 79 82 90
n = 10 14 32 33 34 37 41 59 90
n = 20 4 5 5 5 5 5 7 10 15 23 36 57 90
由表4 可知,当排气扇同时开启时,层数愈多,
排风的均匀性愈差,当n > 10 时,大部分楼层的排风
量不及额定值的一半,底层排风量接近于零。
当然,同一竖井的所有排气扇同时开启使用的
几率不高,因此实际运行中排风情况会有所改善。
为改善排气扇的排风状况,可适当改变不同层
次的排气扇的接管直径,不过楼层数多时,这种方法
所起的作用不大;也可采用改变排气扇额定压头的
方法(底层用高压头排气扇,顶层用低压头排气扇)
来达到要求,不过这样会导致底层噪声过大,同时难
以选到满足要求的产品。
由上可知,单纯用排气扇排风仅适合低层建筑
(n < 10) ,对于高层建筑应采用集中风机+ 排气扇排
风的方式。
5 结论
旅馆建筑客房排风的设计在整个空调工程设计
中所占的比重虽然不大,但排风系统的好坏对客房
的空调效果却有较大的影响,对高档高层宾馆来说
尤为重要。
本文从理论模型出发模拟计算了常见的几种客
房排风系统方式的实际运行效果,并探讨了改善排
风效果的设计方法,其结论可供工程设计参考,提供
的模拟程序可用来进行工程设计。BEE
参考文献
1 陆耀庆主编1 供暖通风设计手册1 北京:中国建筑工业出版社,
1987
2 钱以明1 高层建筑空调与节能1 上海:同济大学出版社,1990
Study on Exhaust System Operation State in Hotel Buildings
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(上接第24 页)
Calculating Software about Steam Parameters and
Enthalpy Drop of Adiabatic Expansion
by Zhao Jinglian and Zhou Piaoyao
Abstract Introduces and analyses the calculating softuare of steam parameters and enthalpy drop of adi2
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· 3 1 · 建筑热能通风空调
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