透过玻璃窗的太阳辐射对置换通风系统的影响的实验研究

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1、透过玻璃窗的太阳辐射对置换通风系统的影响的实验研究1．概述　　　　置换通风系统从它最早在北欧的出现和使用，至今已有二十多年的，但由于它在保证室内空气品质方面的突出表现，近年来仍倍受巨人瞩目，1999年被列入“欧盟第五框架计划”支持的研究项目，项目主要负责人D.Blay是笔者博士导师，因而有幸参加了该项目的部分研究。在第一阶段研究过程中，我们对室内单一热源的情况进行了实验研究［1-3］和计算机住址研究［4］，得到了单一热源下置换通风系统的温度场和速度场，结果表明：(1)热源的存在不影响水平方向上的温度的均匀度；(2)除热源上方有较明显的上升气流外，整个速度场均匀、平稳，呈

2、层流或低紊流状态；(3)维护结构的热损失对温跃层高度无明显影响，而外部环境温度则使室内温度垂直分布有所改变。继“单一热源”的研究之后，我们在第二阶段对“多热源”［5］的情况又进行了系统的研究，主要侧重于热源之间的相互影响和对置换通风系统温度场的影响，结果表明：(1)双热源的存在降低了单热源情况；(2)辅热源温度的变化并不影响温跃层的高低；辅热源气流流量的大小不影响温跃层的高度，而只是对上部区域的温度有影响。　　本文是置换通风系统的系列研究的第三阶段内容，针对透过玻璃窗的太阳辐射对置换通风系统的影响的研究，在置换通风系统的应用中，由于玻璃窗的存在，难免会有太阳的直射辐射透

3、过玻璃窗进入至室内来，照射在地板、家具或其它物品上，形成了局部的热表面区域，这些局部热表面对室内空气具有加热作用，形成自然对流，对室内置换通风平稳的流场进行了干扰。本文旨在提示透过玻璃窗的太阳辐射对置换通风系统的干扰程度，以便能有的放矢的改进、完善置换通风系统，充分发挥这一新型通风模式的优点，为设计者提供设计参数和设计依据，为置换通风系统开辟更好的应用前景。　　2．实验装置　　　　本实验是在第二阶段实验一双热源情况的基础上开展的，因此，测试室内已有一主一辅两个热源，为了模拟透过玻璃窗的太阳辐射照射在地板、家具或物品上形成的水平局部表面、倾斜的局部热表面和垂直局部热表面的

4、情况，我们分别采用了电热和电散热器，用覆盖在地板上的电热膜模拟太阳在地板上形成的热表面，用倾斜放置的电散热器模拟太阳辐射在室内形成的倾斜热表面，用垂直放置的电热膜模拟太阳辐射形成的垂直热表面。　　在正式实验之前，我们对增加电热膜后系统的稳定性进行了预测试。将4块0.5m×1.0m的电热膜铺在测试室地板的中央，形成的总的热量为2403/h，送风速度为0.03m/s，温度为21.2℃，热源暂关闭，测试室的外环境温度(即大厅内温度)控制在20.3℃。我们连续4天对测试室内垂直方向的温度进行测试，结果表明，增加了电热膜后，在上述的实验条件下，至少需要24小时系统才能达到稳定，此

5、时测得热膜表面温度为36.4℃，测试室距地面1.5m处的壁温为22.6℃，测试室的排风温度为23.8℃。　　3．实验结果及分析和讨论　　　　太阳透过玻璃窗进入室内，照射至地板、家具或其它室内物品上，形成或水平的、或垂直的、或成一定角度的局部热表面，因此，我们的实验也分3种情况进行考虑，用电热膜分别模拟水平的局部热表面、垂直的局部热表面和与水平方向成10度角的局部热表面，下面分别介绍3个实验情况。　　　　3.1实验1：热地板　　在这部分实验中，为了到表演场灯光对地板形成的全面辐射情况，我们将整个地板都用电热膜进行了覆盖，共有6.5㎡，全部工作时，最大热量可达7803/h，

6、我们对3种不同　　的电热膜的热流量的情况进行了测试，实验条件被列在表1中，图1则为我们对垂直方向温度曲线的测试结果。　　　　　　　　　　　　　　　　表1水平热表面的实验条件　实验1情况1情况2情况3　冷风送入速度(m/s)0.030.030.03　冷风送入量(m/s)195195195　冷风温度(℃)21.420.321.2热气流送入速度(m/s)0.390.390.39热气流送入量(m3/h)464646热气流温度(℃)454545环境空气温度(℃)20.520.121.0电热膜表面温度(℃)34/29.4距地面1.5m处壁温(℃)24.521.123.3测试室排风温

7、度(℃)31.424.628.4电热膜热流量(W)7800400从图1我们看到，在3种情况下，置换通风系统的热力分层现象或多或少总是存在的；将3种实验的结果进行比较发现，水平热表面热流量的大小测试室下部及上部区域温度的高低，也影响了温跃层的高度。热地板的存在，增加了室内的余热量，便利整个室内的平均温度变高，垂直温度梯度曲线右移。为了更进一步地明确热地板对温跃层的影响，我们将温度无量纲话，引入的无量纲温度被定义为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1垂直方向温度曲线图2　垂直方向无量纲温度曲线　图2为无量纲垂直方向温度曲线，随着电热量