一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置

摘要

本发明公开了一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置，包括静压箱，静压箱上部设有蘑菇头装置和桌面；蘑菇头装置包括大风管、弧形板和出风板，出风板上开有出风口，静压箱的底板开有进风口，进风口与地板下送风系统相连，在进风口上安装有风机；静压箱的顶板上开有中心送风口和侧送风口；中心送风口上连接有小风管，在侧送风口的上方设有导流板；大风管套设在小风管外部，大风管连有举升机构，举升机构用于带动大风管升降；当蘑菇头装置降下时，由两侧的侧送风口进行送风，在弧形板上方形成具有一定速度的空气幕，避免人员间的交叉感染。当蘑菇头装置升起时，气流从中部送风口送出，在桌面上形成一层空气湖，改善人员周围的微环境。

说明书

技术领域

本发明属于暖通空调技术领域，涉及一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置。

背景技术

随着科学技术的进步，越来越多的工作由室外转入室内，室内环境直接关系着人员的健康状况和工作状态。常用的通风方式有混合通风和置换通风，混合通风通过送入处理后的室外空气和部分回风，在室内形成均匀的热环境，并且稀释室内产生的污染物，空气质量较差，能源消耗量大。置换通风通过下部送风口在地板上部形成空气湖，通风效率较高，室内空气质量较好，能量消耗量小，但能承担的室内负荷较低。地板下送风通过架空地板，气流从架空地板经由地板上风口对房间送风，通风效率较高，空气质量较好，但经常会造成人员“暖头”，“冷脚”现象，同时架空地板占用室内空间，能承担的室内负荷也较低，这些因素也限制了地板下送风的发展。

工位送风区别于传统的空调系统，背景送风系统为地板下送风，以工作台为单位，将空调系统结合到各个工作台上，直接对工位附近人员活动的区域进行空气调节，因而能提供更高品质的空气以及更好的热舒适性。传统的工位送风为保证隔板送风口有足够的余压，隔板工位空调常常结合隔板风道底部的小型风机一起使用，这种工位送风只可以满足人体周围微环境的需求，但是在疫情时期不能有效地避免人员间的交叉感染。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置，不仅满足人员周围微环境的需求，而且可以起到避免人员间交叉感染的作用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置，包括静压箱，静压箱上部设有蘑菇头装置和桌面；蘑菇头装置包括大风管、弧形板和出风板，出风板上开设有出风口，大风管和出风板连接，弧形板和出风板连接；

房间送风方式采用地板下送风，静压箱的底板开有进风口，进风口与地板下送风系统相连，在进风口上安装有风机，风机用于抽取地板下气流并送入静压箱中；

静压箱的顶板上开有送风口，包括开在中部的中心送风口和位于中心送风口两侧的侧送风口；中心送风口上连接有小风管，在侧送风口的上方设有导流板，导流板与桌面连接；导流板的边缘与弧形板的边缘存在距离，该距离形成用于使气流通过的间隙；

大风管套设在小风管外部，大风管连接有举升机构，举升机构用于带动大风管升降；

当蘑菇头装置处于下降位置时，从侧送风口送出的气流沿着弧形板上部上升，气流贴附于弧形板上，在弧形板上方形成空气幕；当蘑菇头装置处于上升位置时，中心送风口作为送风口，气流撞击弧形板下部后下降至桌面，在桌面上由于贴附作用形成桌面空气湖区。

进一步，出风板包括上隔板和下隔板，出风口开在上隔板上，上隔板与下隔板平行设置，上隔板与弧形板连接，大风管位于上隔板和下隔板之间，大风管上开有若干个与小风管对应的通孔。

进一步，举升机构采用自动伸缩杆，自动伸缩杆包括外伸缩杆、内伸缩杆以及丝杆；

外伸缩杆和内伸缩杆内部均为中空腔体，内伸缩杆的外径小于外伸缩杆的内径，外伸缩杆的底部封闭且外伸缩杆的顶端开口，内伸缩杆设置在外伸缩杆内，且述内伸缩杆的顶端贯穿外伸缩杆的顶端开口并向上延伸，内伸缩杆的底端通过安装部与丝杆螺纹连接，外伸缩杆底部设置有电机，电机上端的输出轴通过联轴器与丝杆底部固定连接；

外伸缩杆设置在静压箱内，内伸缩杆贯穿静压箱的顶板后与与大风管连接。

进一步，导流板的上平面与桌面的上平面平齐；

大风管的高度和小风管的高度相同，当大风管升起时，下隔板的上平面与桌面的上平面平齐。

进一步，出风口采用条缝型风口。

进一步，送风口和侧送风口均为多个。

进一步，弧形板的截面形状为半圆弧。

进一步，在静压箱内壁安装有消声层，消声层的材料采用玻璃棉毡。

进一步，空气幕中分为射流核心区，过渡区和卷吸区，射流核心区高度高于人体静坐时呼吸区的高度。

进一步，送风口的速度为(0.4-2)m/s。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置，包括静压箱，静压箱上部设有蘑菇头装置和桌面；蘑菇头装置包括大风管、弧形板和出风板，静压箱底部与地板下送风相连，在静压箱下板的开孔上装置多个风机，风机抽取地板下气流进入静压箱，所述静压箱上板开有中心送风口和侧送风口，侧送风口旨在疫情时期形成空气幕，中心送风口旨在为人员营造舒适的微环境。导流板为疫情时期引流所用，气流经导流板和弧形板之间的缝隙引流到弧形板，利用弧形板的球形壁面贴附和康达效应在弧形板上方形成可以避免人员间交叉感染的空气幕。中心送风口上连接有小风管，小风管固定于静压箱上部，起到传输气流的作用，蘑菇头装置通过举升机构实现可升降，蘑菇头装置升起，气流通过静压箱上板中部的中心送风口送出撞击在弧形板下部，形成球面撞击区，经蘑菇头装置诱导到桌面，形成桌面空气湖区，桌面空气湖区除了营造坐姿人员所需的微环境外，还可以压制人体热羽流，改善人员呼吸区的空气质量，有利于节能和更好的空气质量；在疫情时期，蘑菇头装置放下，气流通过静压箱上板左右两侧的侧送风口送出，在导流板的作用下，利用康达效应和气流聚合技术，气流在弧形板上形成球面贴附区，由于气流从导流板和弧形板的缝隙送出，故在球面贴附区的气流速度相对较大，球面贴附区的气流在弧形板最高点聚合，形成高压中心，在弧形板上方形成一层具有一定速度的空气幕，起到避免人员间交叉感染的作用。

进一步，在静压箱内加设消声层，去除噪音，提供良好的办公环境。

进一步，基于空气幕速度的衰减和静压箱送风口风速，则静压箱送风口风速应在0.4-2m/s之间，当静压箱风速大于2m/s时，即使静压箱内部有消声材料，也会出现较大噪音影响，同时当送风口风速小于0.4m/s时，空气幕射流核心区的速度和高度不能满足静坐人员的需求。

附图说明

图1为本发明的平疫两用贴附通风气流环境调控装置的蘑菇头装置下降时的结构示意图；

图2为本发明的平疫两用贴附通风气流环境调控装置的蘑菇头装置升起时的结构示意图；

图3为本发明的平疫两用贴附通风气流环境调控装置整体结构示意图；

图4为平疫两用贴附通风气流环境调控装置蘑菇头装置结构示意图；

图5为风机布设示意图；

图6为送风口布设图；

图7为图3的俯视图；

图8为弧形板的结构示意图；

图9为出风口的结构示意图；

图10为举升机构的结构示意图；

图11为平疫两用贴附通风气流环境调控装置空气幕速度图；

图12为平疫两用贴附通风气流环境调控装置桌面贴附速度图；

图13为平疫两用贴附通风气流环境调控装置桌面贴附温度图。

其中：1为底板，2为静压箱，3为侧送风口，4为小风管，5为通孔，6为弧形板，7为上隔板，8为大风管，9为下隔板，10为顶板，11为导流板，12 为桌面，13为外伸缩杆，14为内伸缩杆，15为丝杆，16为电机，17为输出轴， 18为联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1～3，本发明公开了一种平疫两用贴附通风气流环境调控装置，包括静压箱2，静压箱2上部设有蘑菇头装置和桌面12；蘑菇头装置包括大风管8、弧形板6和出风板，出风板上开设有出风口，大风管8和出风板连接，弧形板6 和出风板连接；房间送风方式采用地板下送风，静压箱2的底板1开有进风口，进风口与地板下送风系统相连，在进风口上安装有风机，风机用于抽取地板下气流并送入静压箱2中；如图6所示，静压箱2的顶板10上开有送风口，包括开在中部的中心送风口和位于中心送风口两侧的侧送风口3；中心送风口上连接有小风管4，在侧送风口3的上方设有导流板11，导流板11与桌面12连接；如图7所示，导流板11的边缘与弧形板6的边缘存在距离，该距离形成用于使气流通过的间隙；大风管8套设在小风管4外部，大风管8连接有举升机构，举升机构用于带动大风管8升降；当蘑菇头装置处于下降位置时，从侧送风口3 送出的气流沿着弧形板6上部上升，气流贴附于弧形板6上，在弧形板6上方形成空气幕；当蘑菇头装置处于上升位置时，中心送风口作为送风口，气流撞击弧形板6下部后下降至桌面12，在桌面12上由于贴附作用形成桌面空气湖区。

如图4所示，出风板包括上隔板7和下隔板9，出风口开在上隔板7上，上隔板7与下隔板9平行设置，上隔板7与弧形板6连接，大风管8位于上隔板7 和下隔板9之间，大风管8上开有若干个与小风管4对应的通孔5。大风管8和小风管4高度相同，蘑菇头装置下降时大风管8和小风管4相重合，蘑菇头装置升起时大风管8提升高度等同于小风管4高度，出风板随大风管8一起升降。

采用本发明装置，气流从静压箱2下部开孔经风机抽吸到静压箱2中，分别从侧送风口3和中心送风口送出。蘑菇头装置下降时，出风口此时基本不起作用，气流主要从侧送风口3送出，随后从弧形板6和导流板11的夹缝中送出，利用康达效应和气流聚合技术，在弧形板6最高处形成高压中心，继而在弧形板6上方形成如图1所示的避免交叉感染的空气幕。蘑菇头装置上升时，蘑菇头的所有部件随之升起，气流经小风管4和大风管8撞击弧形板6下部，经两侧的出风口送出，在桌面12上形成空气湖。

蘑菇头装置下降时，蘑菇头装置下隔板9和静压箱2上部顶板10贴合，弧形板6和桌面12导流板11之间有5-20mm的间隔，小风管4和大风管8此时相重合，高度相同。小风管4尺寸比大风管8外面尺寸小5-10mm，大风管8内面尺寸和小风管4尺寸相同。

导流板11的上平面与桌面12的上平面平齐；大风管8的高度和小风管4 的高度相同，当大风管8升起时，下隔板9的上平面与桌面12的上平面平齐。蘑菇头装置升起时，下隔板9和桌面12在同一水平面，蘑菇头装置上升高度与桌面12的厚度相同。

为了减小静压箱2内的噪声产生，一般设计要求静压箱2内断面风速一般小于2m/s，送风口的送风速度可以通过控制风机的转速来进行调节，速度一般控制在0.5-2m/s。

为了保证在蘑菇头装置下降时能在蘑菇头上方形成空气幕，需要控制弧形板 6的弯曲度。如图8所示，本次设计中弧形板6是一个半圆弧，气流可以很好地贴在弧形板6上，在弧形板6上形成球面贴附区，之后气流在弧形板6上形成高压中心，在弧形板6上方形成具有一定速度的空气幕。

蘑菇头装置的升降需要通过举升机构完成，举升机构的动力源可采用液压控制，也可采用电动控制，这里给出一种具体具体的结构。

如图10所示，举升机构具体包括外伸缩杆13、内伸缩杆14以及丝杆15；外伸缩杆13和内伸缩杆14内部均为中空腔体，内伸缩杆14的外径小于外伸缩杆13的内径，外伸缩杆13的底部封闭且外伸缩杆13的顶端开口，内伸缩杆14 设置在外伸缩杆13内，且述内伸缩杆14的顶端贯穿外伸缩杆13的顶端开口并向上延伸，内伸缩杆14的底端通过安装部与丝杆15螺纹连接，外伸缩杆13内底部设置有电机16，电机16上端的输出轴17通过联轴器18与丝杆15底部固定连接，内伸缩杆14顶端与大风管8连接。

外伸缩杆13设置在静压箱2内，内伸缩杆14贯穿静压箱2的顶板10后与与大风管8连接，丝杆15在电机16的带动下进行正向和反向旋转，从而带动内伸缩杆14进行上升或下降动作，最终带动大风管8上升或下降。

如图5所示，在静压箱2下板设置1-3个小型风机，风机固定在静压箱2 下板，保证静压箱2出口有足够的余压。

如图9所示，出风口采用可转动百叶风口，可转动百叶风口为条缝式出风口，可转动角度为0-180°，当蘑菇头装置下降时，百叶风口处于关闭状态，旋转角度为0°，当蘑菇头装置升起时，百叶风口旋转角度可根据个人情况进行调节。

如图6所示，中心送风口和侧送风口3均为多个。

本发明的平疫两用贴附通风气流环境调控装置原理如下：

根据流体力学理论，气流在静压箱2中，压力包括静压和动压:

P＝P

P

P

ρ为气体的密度kg/m^3；

V

静压箱2中的气流从侧送风口3送出时，气流撞击桌面12导流板11，动压转化为静压，此区域静压增大，动压减小，后气流通过桌面12导流板11和弧形板6之间的缝隙送出，由于缝隙宽度较小，送出气流实际风速要高于侧送风口3送出风速，气流经过球面贴附区在弧形板6上方形成空气幕，空气幕分为射流核心区，过渡区和卷吸区。空气幕存在速度的衰减，在这里主要关注的是射流核心区，空气幕的轴线速度衰减公式为：

断面速度分布为：

扩展厚度为：

b0.5＝0.068x

断面流量为：

U

b

U

X为某一个位置距离送风口的距离；

在静压箱2进风区域内流动的气流遇到送风口时，考虑局部阻力，其静压差产生的流速是：

其中P

根据风机选型，可以达到形成空气幕和改善人体周围微环境的作用，风机风速计算为：

Q＝CMΔt V＝Q/(CΔtρ) V＝vF

Q为需要处理的热量，单位为J；

C为空气的比热容，单位为J/(kg·℃)；

M为质量流量，单位为kg/s；

Δt为温升，单位为℃；

ρ为密度，单位为kg/m^3；

F为风机断面面积，单位为m

v为风机速度，单位为m/s.

当蘑菇头装置升起时，气流会在桌面12上形成桌面12空气湖，在这个进程中，流体从出风口射出以后，空气湖上部边界与自由紊动射流一样，不断卷吸周围的流体，并使产生掺混作用不断向下发展，下部边界受到固体壁面上摩擦的作用，形成壁面边界不断向上发展，在中间形成一个势流核心区。此后在主体段面中可以按断面上最大流速将射流分为两个区：上部分为自由混合区；下部分为壁面边界层区。可以定义断面上最大流速位置到壁面上的距离称为边界层厚度。

利用边界层理论对贴附射流进行简化，相应的运动方程可以表示为：

其中τ

贴附射流在发展的过程中存在速度的衰减，轴线速度的衰减公式为：

扩展速度为：

b

断面流量为：

U

b为送风口的宽度；

U

X为某一个位置距离送风口的距离。

静压箱2的箱体采用厚度为2.5mm的镀锌钢板，消声材料采用玻璃棉毡，厚度为10mm，紧贴在静压箱2箱体内侧壁。

为了验证本发明蘑菇头装置所形成的空气幕，当蘑菇头装置放下时，需要准确得出形成空气幕的断面速度分布情况，为此选用室内气体流动计算应用最多的标准化k-estandard计算模型，选用SIMPLE算法，二阶迎风格式对离散方程求解。

调整风机转速可以调节静压箱2进口风速，设置静压箱2进口风速为0.5m/s, 如图11所示可以在平疫两用贴附通风气流环境调控装置中间形成具有一定速度的垂直空气幕，用来避免人员之间的交叉感染。

采用本发明的平疫两用贴附通风气流环境调控装置，当蘑菇头装置放下时，会在弧形板6正上方形成具有一定速度的空气幕，一般来说有效的空气幕速度应该在1.0-1.5m/s范围内，才可以起到避免人员间交叉感染的作用，如图10所示，空气幕是自下而上的，空气幕速度是逐渐衰减的，并随着速度的降低，压强逐渐增大，空气幕卷吸周围空气的空气量减小，空气幕的范围逐渐减小，但是气流温度逐渐升高。基于空气幕速度的衰减和静压箱2送风口风速，则静压箱2送风口风速应在0.4-2m/s之间，当静压箱2风速大于2m/s时，即使静压箱 2内部有消声材料，也会出现较大噪音影响，同时当送风口风速小于0.4m/s时，空气幕射流核心区的速度和高度不能满足静坐人员的需求。如图5所示，静压箱2进口速度为0.5m/s,在弧形板6上方形成的空气幕在射流核心区为1.2m/s,随着速度的衰减，速度逐渐变化为1m/s,直至0.4m/s。从图中可知，射流核心区速度为1.2m/s，可以起到避免久坐人员交叉感染的作用。

如图2和图3所示，此时蘑菇头装置为升起状态，大风管8和小风管4相衔接。大风管8升起的高度等同与固定小风管4的高度。

为了验证本发明蘑菇头装置在桌面12贴附形成的空气湖，当蘑菇头装置升起时，需要准确得出形成空气湖的速度分布情况，为此选用室内气体流动计算应用最多的标准化k-e standard计算模型，选用SIMPLE算法，二阶迎风格式对离散方程求解。

调整风机转速来调节静压箱2进口风速，设置其进口风速为0.5m/s,供风温度为20摄氏度，用来调节静坐假人周围的微环境。

采用本发明的平疫两用贴附通风气流环境调控装置，当蘑菇头装置升起时，气流从大风管8送出撞击到弧形板6下板，形成球面撞击区，由于康达效应，会在桌面12形成一层空气湖，即桌面12贴附区，由图11中的速度图可知，桌面12的空气湖可以有效流动，流体从送风口射出以后，上部边界与自由紊流射流一样，不断卷吸周围的流体，在桌面12垂直方向速度逐渐衰减，从1.5m/s到 1m/s，直至0.5m/s,在桌面12水平方向，下部边界受到固体表面上摩擦的作用，水平方向速度也在逐渐衰减。同时可以看到在假人身上会形成垂直两个方向的流动，一部分冷气流由于自身重力作用流向人体下部，可以压制人体热羽流，在为人员提供舒适下部环境的同时改善人员呼吸区的空气质量，另一部分气流则流向人体呼吸区，起到冷却头部和改善空气质量的作用。由图12和图13中的速度图和温度图可知，静压箱2进口温度为293k,当气流到达桌面12时，温度升高到294k,温升在1k左右，桌面12贴附气流向人体下部的气流可以起到冷却下部空间的作用，下部空间温度在296k左右，同时可以截断人体下部的热羽流，降低人体下部的温度梯度，让人员感到更加舒适，另一部分气流可以冷却人体上部空间，人体上部空间温度在297k左右，降低人体上部的温度梯度，同时使人员呼吸区的空气质量更好。温度梯度对人体的热舒适有一定的影响，通过温度梯度的优化，人员的热舒适性更好。本发明给人员提供舒适的微环境，只需要处理人员办公区域的热负荷，相比于传统的混合送风和地板下送风，更加节能。