工业建筑高效通风设计理论与方法研究

The emission and transmission of air pollutants both do serious harm to the workers' health in industrial buildings and have a negative influence on the production process and the regional environment. In order to improve the energy efficiency of the air pollutant control with ventilation system, the key scientific problems about how to capture the indoor pollutants and control the working zone's environments are paid more attention in this project. On the basis of the analysis of the typical architectural forms, the process requirements and the pollutant characteristics, the flow law of the thermal convection is further studied in a confined indoor space of industrial buildings. Ventilation air distribution and control mechanism are analyzed under the action of various factors. And then the coupling mechanisms between the transport of pollutants and ventilation airflow are clarified and the basic design theories of efficient ventilation for the pollution control are improved in industrial buildings. Furthermore, the evaluation methods of indoor environment are put forward to provide the basis for the energy efficiency analysis of ventilation systems. In addition, the design systems of efficient ventilation technologies are established and the key methods to improve the energy efficiency of ventilation systems are summarized in industrial buildings. The design theories are demonstrated through the typical engineering cases. The theoretical basis is established and the systematic methods are put forward to improve the indoor environment quality and save energy consumption of industrial buildings in the project.

工业建筑空气中有害物的散发和传播严重影响工人健康，同时对生产工艺和区域环境产生不利影响。本项目以提高通风系统对有害物控制能效为目标，重点研究工业建筑室内有害物捕集和工作区环境控制的关键科学问题。在分析典型建筑形式、工艺要求和有害物特点基础上，深入研究工业建筑室内受限条件下热对流流动特性，解析多因素作用下通风气流组织与控制机理，进而探明有害物迁移与通风气流耦合作用机制，完善基于工业建筑有害物控制的高效通风设计理论；提出工业建筑室内环境评价方法，为通风系统能效分析提供依据；建立高效通风设计体系，阐明提高工业建筑通风系统能效的方法，通过典型工程案例进行检验和示范。本项目研究将为改善工业建筑室内环境质量并节约综合建筑能耗，奠定理论基础并提出系统的设计方法。

本项目按照计划书的研究内容与计划，针对室内有害物铺集和工作区环境控制的关键科学问题，通过理论分析、实验测试及数值模拟，提出高效通风的基本设计理论和方法。通过受限条件下空气热对流特性研究，提出了高温热源辐射对流热量传递特性、阐明了次生热源效应机理；阐明了高温浮射流与常温浮射流特性的显著差异，建立了高温浮射流无量纲分布特性、高大空间热力分层特性。通过对通风气流组织与控制机理的研究，揭示了射流在不同限制条件下的速度场特征，分析了场量协同作用机理，阐明了多种流场共同作用下的通风系统环境控制增益效果，提出了柱状空气涡旋高效通风系统基本形式。通过对有害物迁移与通风气流耦合作用机理研究，确定了液态颗粒物迁移的主要影响因素，提出了不同影响因素作用下，液态颗粒物的迁移特性；对下落颗粒流的固体颗粒物迁移特性进行了系统分析，提出了下落颗粒流流态特征与产尘的关系，给出了常温颗粒流和高温颗粒流的产尘及扩散特性。通过对工业建筑热环境及通风系统能效评价研究，建立了工业建筑高温环境湿球黑球温度（WBGT）预测指标，揭示了双污染源作用的浓度分布特性及叠加作用机理，提出了局部通风系统评价指标。项目研究提出了系统的通风技术能效提升的原理与方法，并完成了从基础理论、关键技术到工程应用的逐级过渡。项目研究结果对改善工业建筑室内环境质量和节约建筑综合能耗有重要的社会意义和应用价值。研究发表标注本项目的论文52篇，其中SCI检索28篇；专利31项，其中发明专利8项；正在出版编著一部；参编3部国家和行业相关标准；主办重要国内及国际学术交流活动3次；培养博士毕业生9名，硕士毕业生34名；完成22项示范工程。本项目达到预期目标。