公共建筑复式空气幕的研究现状与展望_郭海丰.pdf

智城建设NO.02 202337智能城市 INTELLIGENT CITY公共建筑复式空气幕的研究现状与展望郭海丰 曹石 韩悦（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）摘要：文章介绍了近年来我国传统空气幕的研究状况，总结了空气幕的优缺点以及主要分类，介绍了空气幕的研究进展。当前公共建筑消耗的能耗占比较大，设置空气幕可以有效保持各空间区域的稳定性，改善建筑内部的空气质量以及环境质量，减少冬季采暖建筑的负荷，降低能耗。目前对传统空气幕的研究接近饱和，对复式空气幕的研究较少，后续对传统空气幕性能的改进以及复式空气幕性能的进一步研究，空气幕性能会逐步提高，能耗也会逐渐降低。对节约资源和改善环境具有重要意义，为后续空气幕设计优化创新提供新的思路。关键词：复式空气幕；空气质量；降低能耗；优化创新中图分类号：TU831 文献标识码：B 文章编号：2096-1936（2023）02-0037-03DOI：10.19301/ki.zncs.2023.02.011严寒地区的公共建筑室内和室外温差较大，人员流动和外部大门不能及时关闭，导致室内外的气压差异变动较大，加速了室外冷负荷从围护结构外部渗透到房间内部。在公共建筑中，由空气渗透引起的热损失占总热损失的五分之一1。由于现代公共建筑具有良好的保温性能，导致建筑入口处的空气渗透造成的能量损失更为严重2-3。不同类型的门在建筑物入口处会造成不同的气流率，当门使用频繁时，气流率上升。许多公共建筑设置前厅和旋转门，以减少室内热量损失，防止污染物在室内扩散3。旋转门能够使建筑物的入口处始终处于关闭状态，最大限度地减少入口加热所需的能量4。旋转门等措施在人流量多的情况下对保持室内温度，对热量损失的控制能力稍显不足。对建筑入口处的空气渗透所产生的负面影响，国内外提出了很多缓解空气渗透的措施，其中空气幕是有效缓解建筑入口处空气渗透的措施之一。文章对传统空气幕的优缺点以及主要措施进行概述，并提出复式空气幕的概念。1传统空气幕的优点与前厅和旋转门相比，空气幕的使用能够有效分隔室内和室外环境，制造便于通行的通道5。而在公共建筑中，中庭的存在将增加制冷和采暖的能耗。对于此类情况，通常在公共建筑的门口上方设置空气幕，通过喷射气流，形成一定角度和速度的气幕，阻隔室内外不同空间区域的空气热量交换和质量传递，保持各区域的温度和其他参数的稳定。孙策等6研究了冬季商场入口处，空气幕对室内热环境的影响，认为空气幕可以有效改善入口区热环境。蒋璨等7研究了不同风速下空气幕的流场特性，得出了空气幕的阻隔能力随着出口处风速的增加逐渐增强的结论。杨森文等8研究了不同风速下空气幕的性能，得出在适当的送风速度和角度条件下空气幕可以抵御一定的室内外空气交换的结论。空气幕还有阻挡室外污染物向室内空间扩散的作用。赵富云等9在大型建筑中空气幕阻隔污染物的研究中发现，空气幕可以有效地阻隔污染物。桂长庚等10也发现，空气幕对气流场、灰尘分布等污染物的控制具有很大影响。2传统空气幕的缺点空气幕存在出风口角度、宽度、速度等参数配置不当等问题。为了提高防止冷风入侵的能力，现有的空气幕均提高了出风口喷出的空气流速，出风口产生的风速过大会使人体产生不适感。由于室内外的压力差，空气幕在大门的下部很容易受到室外气流的干扰11。Alipourtarzanagh等12研究在一定角度下空气幕减少其对流热损失的有效性。得出在射收稿日期：2022-11-21作者简介：郭海丰，硕士，副教授，研究方向为建筑节能设计。引用本文：郭海丰,曹石,韩悦.公共建筑复式空气幕的研究现状与展望J.智能城市,2023,9(2):37-39.智城建设NO.02 202338智能城市 INTELLIGENT CITY流角度0 时增加空气幕的速度会导致更高的对流热损失。3传统空气幕的主要分类按空气幕类型可分为管式、离心式和轴式。管式空气幕中的气流与轴线垂直，以相反方向流出。适合于小空间保温。离心式空气幕气流沿轴线从风轮一侧和垂直于轴线的方向分流，适用于较大空间保温。轴向空气幕的气流主要沿轴线方向运动，空气集中风量大，适用于的开敞空间。按气流处理条件可分为非热空气幕和热空气幕。热源有热水、蒸汽等。按送风方向分为向上送风、侧面送风、向下送风。上送式空气幕安装在门的上侧，安装简易，不占用地面空间，广泛应用于公共建筑。侧送式空气幕安装在门侧面，分为单侧安装和双侧安装。下送式空气幕安装在底层，能够有效防止冷空气从门底进入，且不受门的开启方向影响。4复式空气幕4.1复式空气幕的简介复式空气幕示意图如图1所示，复式空气幕是将传统空气幕切割为两个同样大小的单体，共同作用。在目前公共建筑门内，传统空气幕仍然占主导地位（如图2所示），国内外对传统空气幕的性能研究，大部分阻隔性能没有达到预期效果。对复式空气幕的研究也激发了后续的思考，旨在改善空气幕的运行特性和阻隔效率的有效性，即受环境的影响提高空气幕对室内环境的维护能力。为将来公共建筑大门减少室内外空气交流提供最优的效果。在以往研究成果中，黄松13首次提出了复式空气幕的概念。提出在公共门处放置复式空气幕时，部分参数条件超过传统空气幕的阻隔效果。肖蓓14提出了复式空气幕在建筑火灾中的阻烟效果，比较了复式空气幕和传统空气幕在建筑火灾中阻挡烟雾的效果，结果显示复式空气幕烟雾阻挡效果更佳。为后续空气幕的改造和优化提供依据，进一步优化了传统空气幕的性能。4.2复式空气幕的特点对于广泛使用的传统空气幕，复式空气幕分隔成的两个单体也采用上送式，流速与传统空气幕一致。当复式空气幕运行时，由于边界层的影响，在两个空气幕之间边界层因吸气量的关系会形成一定的空气扰流区。当喷口宽度改变时，两股气流之间的吸气量将影响复式空气幕屏障的效果，改变空气幕阻隔效率的影响。在某些参数下，复式空气幕的性能表现优于传统空气幕，增加了对空气幕阻隔效率的影响。在优点方面，复式空气幕的阻隔效率与射流速度有关，阻隔效率随射流速度的提高而上升；在有效间距内，复式空气幕的两个喷射单体间轴向距离越大，效果越优于传统空气幕；喷口角度的变化也会影响复式空气幕的阻隔效率。在缺点方面，出流速度达到一定的安全系数时，复式空气幕的阻隔效果可能不如传统空气幕；在复式空气幕射流处于临界出流速度时，阻隔效果随着轴向间距变大而下降13。4.3复式空气幕的应用复式空气幕最早应用于商场超市等场所的商品陈列柜中，陈列柜中配置双层射流空气幕用以隔绝商品，起到保护作用。在食品加工厂、洁净等级手术室等对室内外空气有严格要求的区域陆续开始应用，用以隔断昆虫，防止灰尘颗粒扩散和进入的作用。在建筑物中安装防火排烟复式空气幕，能够有效阻挡火灾发生时的烟气。4.4复式空气幕的展望在现有研究的基础上，继续研究公共建筑大门的复式空气幕气流特性，分析影响气流特性的各种因素，如变化气流流速/角度、喷嘴宽度、喷嘴间距、室外风速、公共建筑大门前室容积、建筑层高等，对复式空气幕的运行进行对比，采用计算流体力学软件进行分析设计，采用实验的方法来加以验证。计算流体力学目前已经广泛应用于各研究领图1复式空气幕示意图2传统上送式空气幕示意图智城建设NO.02 202339智能城市 INTELLIGENT CITY域。刘燕等15通过计算流体力学软件STAR-CD模拟夏季火车站空气幕开闭条件下的内外流场，分析了空气幕的阻隔特性。查显顺等16使用计算流体动力学软件研究车站建筑内外部的流场，得到不同自然风速和出口风速下的漏风量和空气幕隔断效率数据。目前国内外众多学者将流体力学应用于空气幕气流研究中，采用流体力学分析能够清晰地观察到空气幕气流流向，分析室内外环境对气流的影响。得出在特定条件下最优性能的复式空气幕，借此深入探索复式空气幕。5结语目前对于传统空气幕的研究接近饱和，复式空气幕在国内外研究数量较少。近年来公共建筑消耗的能源占比较大，公共建筑也被视为我国节能减排的关键领域。对于空气幕的深层研究能够在节约资源和减少能源消耗方面发挥重要作用。参考文献1 Qi D,Goubran S,Wang L,et al.Parametric study of air curtain door aerodynamics performance based on experiments and numerical simulationsJ.Building and Environment,2018,129:65-73.2 Goubran S,Qi D,Saleh W F,et al.Comparing methods of modeling air infiltration through building entrances and their impact on building energy simulationsJ.Energy and Buildings,2017,138:579-590.3 Ye H,Yu J,Wang B,et al.Study on the influence of air curtain barrier efficiency on infiltration air volume and temperature distribution in large space in winterJ.Procedia Engineering,2017,205:2509-2516.4 Du L,Zmeureanu R,Stathopoulos T.An empirical model of air displacement by revolving doorsJ.Energy and Buildings,2014,70:127-134.5 Shu C,Wang L,Zhang C,et al.Air curtain effectiveness rating based on aerodynamicsJ.Building and Environment,2020,169:1-11.6 孙策,杨华,李志伟,等.冬季商场入口空气幕对室内热环境影响研究J.建筑节能,2017,45(3):15-18,23.7 蒋璨,鄢曙光,熊攀,等.循环型空气幕出风口风速对隔断能力的影响J.矿山机械,2019,47(12):62-67.8 Gil-Lopez T,Galvez-Huerta M A,Castejon-Navas J,et al.Experimental analysis of energy savings and hygrothermal conditions improvement by means of air curtains in stores with intensive pedestrian trafficJ.Energy and Buildings,2013,67:608-615.9 Zhao F Y,Shen G,Liu K J,et al.Room airborne pollutant separation by the use of air curtains in the large building enclosure:Infiltration efficiency and partial enclosure ventilation rateJ.Journal of Building Engineering,2018,18:386-394.10 Gui C,Geng F,Tang J,et al.Gas-solid two-phase flow in an underground mine with an optimized air-curtain system:A numerical studyJ.Process Safety and Environmental Protection,2020,140:137-150.11 Xiao D,Li X,Yan W,et al.Experimental investigation and numerical