【论文精选】外窗通风换气性能测试与流场模拟-煤气与热力杂志

作者：谢晓渝，杨露露，谢玲
第一作者单位：重庆大学
摘自《煤气与热力》2017年2月刊
1 外窗类型与示踪气体法原理
①外窗类型
随着经济的发展和人们生活水平的提高，室内空气污染问题越来越受到人们的关注。由于人们在室内度过的时间接近一天的90%［1］，因此室内空气质量的优劣关系着人体健康。建筑的自然通风换气主要通过外窗进行。目前，外窗的形式多样，主流形式为上悬窗、内平开窗、外平推窗（外观见图1~3）。上悬窗（向外开启）满足了建筑的美观要求，房间内用户安全性得以保障，但开启面积有限。内平开窗（向内开启）虽然开启面积大，却存在高空坠物以及对用户（特别是高层用户）的安全保护存在欠缺水浒英雄谱，并占用建筑室内空间。外平推窗（向外开启）兼顾了美观及安全要求，开启面积介于前两种外窗之间。

图1 上悬窗外观

图2 内平开窗外观

图3 外平推窗外观
②示踪气体法原理
用于研究建筑空气渗透与通风构件的通风换气性能的示踪气体法，在国外已经有大约60年的应用历史桂希恩，并且发展出各种不同的测试方法［2］。示踪气体上升法和下降法是广为采用的测量测试区域换气次数的方法，该方法是通过在测试区域内释放示踪气体并保证测试区域内示踪气体体积分数均匀，然后分析一定时间内示踪气体体积分数的变化，从而计算得到测试区域的换气次数。其他方法还有恒定速率释放法、定体积分数法［3］。本文采用下降法，对不同类型外窗条件下的房间换气次数进行测试分析。
下降法被认为是简单易行且精度较高的示踪气体方法，测试方法为：关闭房间所有门窗，将一定量的示踪气体充入测试区域，在体积分数均匀后开启待测外窗，记录示踪气体体积分数的下降过程，根据测量结果计算出房间换气次数，从而判断待测外窗的通风换气性能。出于安全和准确考虑，李冠廷笔者采用CO2作为示踪气体，以干冰作为CO2释放源。
测试期间CO2体积分数变化量Δφ的计算式为［3］：

由此可计算得到上悬窗、内平开窗、外平推窗条件下房间换气次数。
2 测量仪器、测试对象与方法
①测量仪器
采用风速仪测量室外风速，采用便携式测风仪测量室外风向，采用温湿度记录仪自动测量记录室内外温湿度，采用二氧化碳检测仪测量室内外CO2体积分数（测量数据由计算机自动采集）。测量仪器性能参数见表1。
表1 测量仪器性能参数

②测试对象与方法
测试对象为某高层建筑房间，体积为140 m3，室内物品体积为3 m3，室内有效空间体积为137 m3。其他外窗关闭，仅1扇西侧外窗参与测试，窗口高×宽为1 530 mm×950 mm，将3种外窗的有效开启面积控制在0.72 m2左右。
首先将房间门窗关闭，并放入一定量的干冰，开启电风扇使干冰充分挥发并均匀分布于室内，待室内CO2体积分数均匀后（室内空气中CO2体积分数的初始设定值为2 500×10-6），关闭电风扇。开启待测外窗，开始记录CO2体积分数的下降过程。CO2体积分数测点均匀布置在房间中间位置，基于同一圆心在圆周上均匀布置5个测点，布置3层吸血妖姬，共15个测点。3层测点与地面距离分别为0.8、1.4、2.0 m功盖三分国，每隔10 s自动记录一次数据。测试分3次进行，分别对应3种类型外窗，每次测试时间均为3 000 s。
3 测试结果及分析
测试在7月上旬的某日进行，室内外空气参数测试结果见表2。
表2 室内外空气参数测试结果
为了在比较一致的室外条件下进行测试风色幻想5，3种外窗的测试集中在一日内完成。由于估计不足，在进行最后的外平推窗测试时，由于干冰量不足，测试开始时的室内空气中CO2体积分数未能达到试验设计要求，但这对房间换气次数计算结果以及测试时间内室内空气中CO2体积分数的变化趋势的影响不大。3种外窗条件下，室内空气中CO2体积分数随测试时间的变化见图4。根据测试结果，根据式（2）对3种外窗条件下的房间换气次数进行计算，计算结果见表3创世至尊。由表3数据可知，外平推窗的通风换气能力最强针灸减肥，上悬窗的通风换气能力最弱，内平开窗的通风换气能力居中。

图4 3种外窗条件下室内空气CO2体积分数随测试时间的变化
表3 3种外窗条件下房间换气次数计算结果

基于测试期间的室内外平均温度、平均风速、室外风向，采用CFD方法对外平推窗条件下的室内外部分区域的温度场、速度场进行数值模拟。模拟结果分别见图5、6戒魔人漫画。由图5、6可知琵笆行，在测试期间南国英雄传，由于室内温度高于室外温度，在热压作用下［4］，室内高温空气与室外低温空气在外平推窗的窗口处完成了换热。外平推窗特殊的类风帽形式，既促进了自然通风的进行比干庙简介，又避免了室外风对室内气流组织的干扰。

图5 外平推窗条件下室内外部分区域的温度场

图6 外平推窗条件下室内外部分区域的速度场
4 结论
基于示踪气体法的测试结果，外平推窗的通风换气能力最强，上悬窗的通风换气能力最弱，内平开窗的通风换气能力居中。流体力学数值模拟结果表明吴文洪，在测试期间，由于室内温度高于室外温度，在热压作用下巅峰进化，室内高温空气与室外低温空气在外平推窗的窗口处完成了换热。类似风帽的外平推窗，既促进了自然通风的进行，又避免了室外空气对室内气流组织的干扰怨屋本铺 。

参考文献：
［1］王立鑫，白郁华安阳职称网，刘兆荣，等. CO2示踪气体法测定室内新风计算方法研究［J］.建筑科学，2007刘先志，23（8）：36-40.
［2］李晓峰，朱颖心.示踪气体浓度衰减法在民用建筑自然通风研究中的应用［J］.暖通空调金湖人才网，1997，27（4）：7-10.
［3］郑博伦上口下巴，李晓锋九龙神火罩，薛斐.一种利用干冰释放CO2作为示踪气体测量换气次数的方法［J］.暖通空调，2013，43（12）：39-45.
［4］陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调［M］. 2版.北京：中国建筑工业出版社，2007：217-222.

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