快速适配大空间环境营造需求的模块化诱导通风系统设计方法

Flexible production plants and the dock in sea-going ships are typical multi-purpose large spaces (MPLS), which usually resulting from compromising functions and space limitation. MPLSs also pose great difficulties in fulfilling various requirements for indoor thermal environment and air quality, using a single regular HVAC system. In this project, inducing jet ventilation is taken as a starting point. Based on indicators and indices from two perspectives, i.e., 1) air flow characteristics; and 2) local / global thermal environment or air quality, the following design methods would be studied. First, functions of inducing fan unit for local environment. Second, the modular ventilation based on induced fan units for global environment. Third, source locating and demand response strategy for adjustable ventilation using modular induced fan units, based on limited environmental information monitored at space boundaries. And fourth, emergency ventilation using modular induced fan units, also based on limited environmental information monitored at boundaries. With the help of CFD simulation, laboratory of large space for contaminant control and ventilation at Tongji University and the idea of making a reduced-scale testing rig for multi-induced-fans using a sand table, the following key issues would be focused on, i.e., a database of design parameters of induced fan units for practical applications, active and passive airflow pathways, and source locating and demand response strategy for adjustable ventilation using modular induced fan units. This project aims to present a systematic solution from induced fan unit, modular ventilation using units, to adjustable ventilation using modular induced fan units.

以“柔性生产”、船舶多用途舱室为代表的多任务大空间，是一类灵活解决功能需求与空间限制矛盾的场所，也因其多变的室内环境营造需求对常规通风技术提出难题。本项目以诱导技术为切入点，针对1）适配局部环境需求的诱导“单元”设计方法；2）面向整体环境营造的“模块化”诱导系统设计方法；3）日常运营诱导式一维溯源模型构想及组合式适配；4）基于有限信息反馈的紧急事故诱导“后处理”响应策略，等技术瓶颈展开研究。借助“沙盘”实验设想、已有诱导通风缩尺实验台，及“协同”、“叠加”和“拮抗”效应评价方法，拟攻克适用于工程设计的诱导单元参数化数据库、大空间主/被动式气流通道设计、用于环境监测的诱导一维溯源模式及其模块化重构方法等难题。从诱导作用的点（单元系统）、点到面（模块化组合）、面到面（环境需求变化）三个层次给出快速适配变化环境营造需求的技术体系，创新性地提出一套完整解决方案，丰富大空间环境营造系统的设计方法。

本项目面向船舶舱室、地下车库、多匝道隧道、精密恒温室等大型空间共同面临的动态环境扰量及其快速响应的需求，提出一套基于“模块化”组合式诱导射流技术，实现快速适配上述大空间环境营造需求的设计方法和解决方案。主要完成内容如下：首先，分析了以适配局部环境需求为目标的诱导风机设计参数的优化方法，揭示了诱导风机单/双/三风口的不同外展角、喷嘴出口风速、空间高度等关键参数对最优下倾角的影响；分析了射流出口面法线的速度衰减规律；获得诱导射流“单元化”的设计方法。其次，面向大型船舶舱室、有隔断墙和无隔断的地下车库，探讨诱导风机“模块化”组合的划分方法；基于污染物浓度、空气龄等指标，研究了诱导风机出口朝向、纵向间距、射流偏向角等诱导通风系统关键参数的影响，分析了“模块化”组合的“协同”、“叠加”和“拮抗”效应；提出诱导风机“模块化”组合的设计方法，并先后两次在某大型船舶的相关舱室中开展诱导射流技术的实测和验证。再次，面向城市多匝道隧道，基于多匝道隧道运营通风压力分布及气流运动规律，研究了诱导射流风机布置的优化方法和对多匝道隧道不同支路的引流效果；针对火灾事故，提出了基于“测控一体”诱导风机的火灾事故的响应策略，集测量和控制与一体，并引入群智能控制，实现基于有限信息反馈的紧急事故诱导通风智能响应。最后，面向大型恒温室，以两个大科学装置为背景，采用诱导射流技术作为辅助局部控温手段，以应对大科学装置中的局部强热源、突发热源造成的温度扰动，提出采用“小温差”诱导射流辅助全面通风的气流组织方案，通过建立诱导风机的“模块化”组合设计方法，实现局部精密恒温环境的营造。综上，基于诱导射流技术，本项目提出一套从点（诱导单元）、点到面（模块化组合）及面到面（环境需求变化）等三个层次的大空间环境营造技术方案体系，为上述四类大空间相似又存异的环境营造需求提供创新解决方案。上述技术已在大型船舶舱室中得到工程应用。