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摘要本文分析了空調建筑空氣幕實際承受的作用壓差，指出目前國內現有的空氣幕設計計算方法均只考慮總作用壓差中的1～2項，存在嚴重誤差。闡明空氣幕總作用壓差應全面計算熱壓、風壓、機械壓及平衡壓，并對各壓差組成項的影響因素和計算進行了討論，提出了總作用壓差的具體計算方法。

關鍵詞空調空氣幕作用壓差

不設空氣幕的空調建筑大門在5Pa正壓作用下每平方米面積外泄的冷量相當于三百多平方米建筑所耗冷量。因此人員出入頻繁的大門口要設計安裝空氣幕。但相當多的空調建筑空氣幕實際未能起到應有作用。究其原因，從根本上說，是目前使用的空氣幕設計計算方法不當造成的，其中空氣幕作用壓差計算不當是最主要的問題。空氣幕是一種平面射流。平面射流在兩側壓力不平衡時產生彎曲，偏向壓力較小一側。對空氣幕而言，彎曲達到一定程度后就失去封閉作用。因而空氣幕必須具有足夠的抗彎能力，以抵抗相應的作用壓差。因此，空氣幕作用壓差是空氣幕設計后一個最重要的條件參數，其確定是空氣幕計算的第一步，也是最重要的一步。但是國內對于空氣幕總作用壓差空竟由幾部分組成，只計算某一部分會有多大誤差，沒有清楚的認識和明確的把握。目前國內廣泛應用的幾種計算方法，均是計算單一熱壓或單一風壓作用下的空氣幕的，雖然人們已認識到這是不合理的，但是目前還未有成熟的符合我國實際情況的方法[1]，從而造成空氣幕計算結果偏小的后果。為此，有必要對空調建筑的空氣幕作用壓差進行全面深入的分析，以便正確確定空氣幕作用壓差。

建筑內外空氣總作用壓差的形成建立在建筑物空氣質量平衡的基礎上。人們早已認識到它與熱壓Δph及風壓Δpw有關。但這并非全部。對建筑物空氣流動的原因進行全面分析，可知還有兩項對總作用壓差有重大影響的部分目前未引起足夠注意。首先是建筑物特別是空調建筑內機械送風和排風量不平衡導致的室內外空氣壓差，稱為機械壓Δpm，如空調建筑保持的正壓。其次是建筑物自然滲透發生變化引起的室內外空氣壓差變化，稱為平衡壓Δpe。實際建筑物內外交外壓差即部作用壓差Δpz是這四個因素綜合作用的結果，可用其代數和表示，即

Δpz=Δpw+Δph+Δpm-Δpe時（1）

1風壓Δpm

室外空氣以一定速度流動，碰到建筑物后速度降低轉化為靜壓而形成風壓Δpw，可用下式表示：

（2）

式中Cw----建筑風壓系數，或稱空氣動力系數，用以表達動壓轉化為靜壓的程度；

ρw----室外空氣密度，kg/m3.

vw----室外風速，m/s.

Cw是建筑物在風場中相對于風向的形狀和方位的函數，在有關的手冊和專著中可查到。表1給出了長方形建筑的風壓系

數，可以大致上了解風壓系數的分布情況。室外風速vw一般采用國家建筑氣象參數標準中給出的季節最大頻率和風向的數據，這種數據是在地面以上10m高度獲得的。實際上由于地形、高度和樹木及其他建筑遮擋的原因，一般建筑表面附近的風速往往低于氣象參數標準給出的室外風速，而10m以上的風速則高于此數：

長方形建筑的風壓系數Cw表1

建筑方位垂直偏斜

迎風面0.950.70

側面-0.4-

背風面-0.15-0.50

（3）

其中k=0.11～0.14。非高層建筑可不考慮此問題。

現有以自然通風計算法為基礎的空氣幕計算方法認為只要不是迎風面，為避免復雜計算，可忽略風壓，僅計算熱壓引起的空氣流動[2]。這種方法對以增大通風量業排除余熱為目標的工業建筑通風是有好處的，因為它能加大計算的安全系數。但對以減小通過大門風量為目標的空調建筑空氣幕設計，是不合適的，因為不能充分考慮可能的最大壓力，會造成計算結果偏小，使得空過空氣幕的風量增加從而加大冷熱量的消耗。由表1，可知即使不是迎風面，風壓系數仍有相當數值。另外，對于空調建筑物，由于夏季冷氣的流動方向是由內而外，背風面負壓加劇這種流動。因而空氣幕計算中不論迎風在還是背風面，風壓都不應忽略。

2熱壓Δph

室內外空氣溫度不同而產生密度差，使同一高度上承受的氣柱壓力不同，導致空氣從冷側向熱側流動的壓力稱為熱壓。熱壓用以下公式表式：

（4）

（5）

式中Ch----熱壓系數；Ch是建筑物內部縱向隔斷狀況的函數。對高大廠房之類無內部縱向隔斷的場合等于1.0；

各層樓之間的樓梯間和電梯間均有門隔斷的現代建筑，Ch是等于0.65[3]。

其余根據內部縱向隔斷程度在此區間取值；

ρc，ρh-----分別是冷、熱側空氣密度，kg/m3；

H，h-----分別是大門高度，建筑物最高排風點高度，m；

HZ-----空氣幕作用下中和面高度，由地面起算，m；

q,μ-----分別是空氣幕效率和空氣幕作用下大門的流量系數；

Fm-----大門面積，m2；

Fp-----與大門處空氣流動方向相反的空氣流動總凈面積，m2；

Fm-----與大門處空氣流動方向相同的空氣流動總凈面積，m2；

由于現代空調建筑都采用鋁合金門窗，氣密性高，其縫隙的μF值在10-5，大大小于一般工業廠房的10-3水平，所以二樓以上的一般房間幾乎沒有滲透，應將注意力集中于大門、屋頂排風口等處。

中和面主度HZ主要與建筑高度、進排風面積比等因素有關。對一般建筑物為建筑高度的0.4～0.7倍。而建筑氣密性好的建筑，在設有帶空氣幕的開敞大門時，可能超出此范圍。

3機械壓Δpm

為防止未經處理的空氣無組織流入室內，空調建筑往往通過送風量大于排風量的方式保持室內正壓。這種由送風和排風量的不平衡造成的室內外交困壓差稱為機械壓。機械壓與風壓、熱壓疊加使室內外壓差增大。根據我國暖通空調設計規范規定，空調房間的正壓不應大于50Pa。一般空調房間按5Pa正壓設計，實際上，由于設計和設備情況的不同，空調房間的正壓從0到50Pa甚至更大，有一個很大的分布范圍。

機械的大小于送排風量之差及外圍護結構上的開孔或縫隙面積有關，可按下式計算：

（6）

式中Cm-----機械壓系數，當排風量大于進風量，Cm=1；否則Cm=-1；

ρ-----進排風平均空氣密度，kg/m3;

Lj、Lp-----分別是進風量，排風量，m3/s；

∑Fi-----進排風總凈面積，m2，含設有空氣幕的敞開大門在內。有效大門面積按下式計算：

（7）

q-----空氣幕效率系數。

在沒有確切的排風量數據時，上式中的Lj、Lp也可以用建筑物總的送風機和排風機容量代替。但因送排風管道阻力可能不同，會產生一定誤差。

4平衡壓Δpe

當風壓、熱壓、機械壓共同作用建立起室內外空氣壓差后，空氣在此壓差作用下將從圍護結構上的孔洞和縫隙向壓力較小一側滲透，使得壓差逐漸下降，直至進出建筑物的空氣量平衡，形成一個新的穩定的總作用壓差為止。這種建筑物為保持空氣滲入和滲出量平衡而產生的壓差變化，稱不平衡壓。平衡壓與風壓、熱壓、機械壓的大小和圍護結構的氣密性有關，可在后三項之和的0～30%之間[4]，必須通過整個建筑物的空氣質量平衡計算才可算出：

（8）

式中I表示迎風面，o表示背風面，風壓與計算點方位有關，熱壓與計算點的高度有關，可用計算機采用疊代法計算。不便要用上述方法計算時，也可采用以下結果偏大的公式近似計算[5]：

（9）

式中-----分別是迎風面、背風面的風壓，用式（1）計算；

F′，F′′-----分別是空氣幕作用下迎風面、背風面的總開口（縫隙）凈面積，策m2。

其中設空氣幕的大門面積按式（7）計算。

5各壓差成分對總作用壓差的影響及比例

如上所述，建筑物內外空氣總作用壓差Δp是風壓、熱壓、機械壓和平衡壓四個因素綜合作用的結果。可否忽略某些因素，只計算其中的1～2項呢？以下通過一個例子來考察。

【例】某空調建筑總高27m，內設直接采光的中庭，中庭頂部設有排風口，面積總計0.4m2，大門們地迎風面，寬B=4.4m，高H=2.5m。單層鋁合金窗，窗縫總長L=2000m；其他門處于背風面，是經常關閉的，門縫總長L=30m；室內溫度tn=26℃，ρ=1.181kg/m3，室外夏季空調計算溫度tw=35℃，ρ=1.146kg/m3；室外平均風速1.6m/s；室內新風量為9.8m3/s，機械排風量為8m3/s。計算空氣幕總作用壓差并比較熱壓、風壓、機械壓、平衡壓各部分相對大小。

【解】根據Δpz=Δpw+Δph+Δpm-Δpe由式（2）～（9），分別計算出風壓、熱壓、機械壓、平衡壓的數值，列于表2。計算細節說明如下：

計算例表2

壓差組成熱壓Δph風壓Δpw設備壓Δpm平衡壓Δpe總壓差Δpz

計算值（Pa）-0.751.39-1.700.54-1.59

比例0.470.871.070.341

（1）設計算對象近似矩形建筑，查得迎風面風壓系數Cw=0.95，背風面風壓系數Cw=-0.15，不考慮風速沿高度的變化。

（2）車間建筑設計對稱，除大門以外，迎見面和背風面的其他空氣流動面積（縫隙面積）分布均勻，可認為相等。

（3）由[9]表3.23推得鋁合金窗窗縫μF≈3.2×10-5，由[5]表4-4門縫μF=0.01

（4）取空氣幕效率q=0.8，據[4]空氣幕射流角30°，，可用側送空氣幕的大門流量系數值。查[5]表4-3得μ=0.425，則包含空氣幕的大門的迎風面空氣流動面積F′和北風面空氣流動面積F′′分別為：

F′=4.4×2.5×(1-0.8)×0.245+2000×3.20×10-5/3=0.56m2

F′′=30×0.01+2000×3.20×10-5×2/3+0.4×0.64=0.3+0.043+0.256=0.599

(5)考慮到空調送排風系統管道的復雜，計算熱壓時不計機械送排風開口的影響。

分析表2數據可看出：

（1）由于總作用壓差是代數和，因而有可能出某項壓差絕對值大于總壓差的現象。

（2）夏季空調建筑熱壓所占比例很小。其原因首先是因為空調內外溫差較小，如果按冬季空調，室內20℃，室外-10℃時，經試算熱壓將達2.93Pa，其絕對值大于總壓差。其次現代空調建筑門窗氣密性大大提高，使得中和面高度降低，熱壓減少。若按一般雙層鋼窗流量系數μF=0.0014計，經試算熱壓可達6.91Pa，其絕對值亦大于總壓差。由此可知，對夏季密閉良好的空調建筑，僅計算單一熱壓來確定空調建筑空氣幕時，計算結果將偏小。本例中小50%以上，其他情況下偏小程度與風速、溫差、排風比和密閉程度有關。

（3）設備壓所占比例相當大。本例中空調建筑為保持正壓而設置的風機設備造成的壓力絕對值比總作用壓差還大，若忽略不計將造成重大誤差。

（4）風壓所占比例較高。婁室外風速較高時，風壓絕對值有大于總作用壓差的可能。但由于平衡壓也隨風速增大且與風壓方向相反，部分抵消了風壓的作用，故若用單一風壓計算空氣幕將有偏大和偏小兩種可能，其偏離程度與風速、溫差、排風比和密閉程度有關。

6結論

1．目前國內使用的空氣幕設計方法未全面考慮空調建筑空氣幕所實際隨的壓力，采用單一熱壓或風壓做計算壓差，計算結果嚴重偏小，不宜用于空調建筑物空氣幕計算。

2．空調建筑空氣幕總作用壓差應綜合考慮熱壓、風壓、機械壓及平衡壓，按式（1）～（9）計算。

參考文獻

1秦紅，空氣幕現有設計計算方法應用與擴展分析，2002年全國暖通空調制冷年學術年會論文集

2孫一堅，簡明通風設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1999

31989ASHRAEHandbook-Heating,Ventilating,andAirConditioningFundamentals

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NilsR.Grimm,RobertC.Rolsaler.HandbookofHVACDesign.NewYork:McGraw-,1990

6井上宇市著，范存養等譯，空氣調節手冊，北京：中國建筑工業出版社，1986。