利用射流原理的新型室內新風系統

(石家莊二中實驗學校 河北 石家莊 051430)

一、節能型新風系統安裝的必要性

隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平的日益提高，居民在室內的時間越來越長，特別是城市居民每天平均約有90%以上的時間在室內生活和工作[1-2]。建筑室內環境的質量不僅僅對居民的身體健康和舒適性有影響，更顯著的影響著室內工作人員的工作效率，所以建筑室內環境質量越來越受到人們的重視。

為了提高室內環境質量，新風系統應運而生。新風系統是指將室外空氣經過過濾后得到新鮮空氣，并送到室內，同一時間把室內污濁空氣排到室外，在達到系統的平衡的同時也對房間進行了空氣的置換，使一個密閉的空間實現科學的空氣對流，就等于給你的房間增加了一個呼吸系統[3]。

目前幾乎全部的新風系統，為了實現室內外空氣之間的交換，克服運行管道中的阻力，必須安裝一臺或兩臺風機，在長期運行過程中，勢必會產生較大的能源消耗。為了減少新風系統的能源消耗，本文設計了一種利用射流原理的室內新風系統。

二、射流原理

射流器是一種應用射流原理來抽吸氣體，加工制造的一種沒有運動部件的裝置，它通過工作流體射流對另一氣體進行抽吸，它主要由噴嘴、吸入室、喉管和擴壓管等部分組成。具體的工作原理是：當具有一定壓力和速度的工作流體通過噴嘴，工作流體的壓力勢能轉換為動能，從噴嘴出口高速噴出，根據伯努利方程，當壓力勢能轉化動能后，在噴嘴出口區域形成真空，從而將被抽介質吸引出來，二股介質在擴壓管內進行混合及能量交換，最后以高于大氣壓力而排出[4]。

三、新型新風系統的設計

根據前面介紹的射流器的工作原理，結合現有的新風系統，設計了一種結合射流器的新風系統，其原理示意圖如圖1所示。

圖1 新風系統原理圖

本系統主要包括：射流器，全顯熱回收器，室內空氣凈化裝置和管道等部件。

主要工作步驟：外界空氣通過安裝在室外的射流器的喇叭口狀的集氣器，被收集的空氣通過射流器的噴嘴，空氣速度增加，壓力降低，從而在射流器的噴嘴出口處，即吸入室內形成低壓；室內被污染的空氣在室內與吸入室處的壓力差的作用下，被抽吸到射流器的吸入室內，與外界來流混合，經射流器的擴壓段流出；室內被污染的空氣經射流器抽吸走后，引起室內空氣產生負壓，室外的空氣在室內外空氣壓差的作用下，通過進風管路安裝在室外的空氣收集器，經可拆卸濾網過濾后送入室內，流經室內活動區域，滿足人員活動需要。

可拆卸濾網從室外到室內主要包括粗效空氣過濾器、中效空氣過濾器、高效空氣過濾器、活性炭濾網等，以實現對空氣的逐級過濾。

全顯熱收集器主要作用是回收能量，節約資源。通過采用全顯熱回收器，使室內被抽走的空氣與室外送入的空氣進行能量交換：冬季時，室外空氣吸收室內空氣的熱量；夏季時，室外空氣吸收室內空氣的冷量，已達到節能減排的作用。

射流器的喇叭口狀的集氣器和進風管路安裝在室外的空氣收集器的外側都安裝有可調節開度大小的百葉窗，用于調整射流器的抽吸力的大小和進入室內空氣量的多少。當室外風速較大或室內空氣質量較好時，同時調小兩個百葉窗開度，以降低射流器的抽吸作用和增大進氣管道的阻力，以減少室內外空氣的換氣量，從而減少室內空氣能量(包括熱量和冷量)的損失；當室外風速較小或室內空氣質量較差時，同時開大百葉窗開度的大小，起到增加室內外空氣換氣量的作用，以保證室內空氣質量得到較快的改善。

在主送風管道上可安裝一個小型送風機，在外界風速較小抽吸力不足或需要快速改善空氣質量時，可將改送風機打開，以提高清潔空氣的送入量，達到快速改善空氣質量的作用。

采用本文設計的利用射流器的室內新風系統，具有以下的優點：

(1)系統結構簡單，加工制造、安裝簡便，能夠很好的改善室內空氣質量，滿足人民生活需要；

(2)整個系統幾乎沒有運動部件，不會產生機械磨損，極大的減少了檢修和維護工作和費用；

(3)幾乎沒有能源消耗，只要室外有自然風，就可以實現改善室內空氣質量的目的；

(4)全顯熱收集器的使用，降低了因新風系統安裝帶來的室內能量(熱量和冷量)的損失，減少了維持室內溫度所消耗的能源；

(5)整個裝置送風量可調，并且室內空氣流速較為緩和，室內氣體流速不會太大，從而使人感覺比較舒適；

(6)非常適合在有雨、雪、風沙和霧霾天氣不適合開窗換氣時使用。

四、全顯熱收集器優化

全顯熱收集器的使用收集了被吸出濁氣的能量(熱量和冷量)，已達到節能的效果，但是能否節能要結合實際條件分析。

全顯熱收集器一方面收集能量，另一方面它作為新風系統內部的阻力模塊，會增加系統的能量消耗。如果阻力過大，外界新鮮空氣將無法通過管道進入室內，需要在主送風管道上安裝備用風機。因此全顯熱收集器安裝與否需要根據全顯熱收集器的吸熱量Qx與備用風機耗能量Qh大小之間的關系來決定。

當Qx>Qh時，可安裝全顯熱收集器

當Qx<=Qh時，不安裝全顯熱收集器

為了解決以上問題，可以在換熱器外部的送引風管道上安裝旁路，此時熱交換器的管路連接圖如圖2所示。通過實時計算吸熱量與耗能量之間的大小關系，決定是否使送引風通過全顯熱換熱器。

在新風系統的送風管路和回風管路上分別安裝送風旁路和回風旁路，起到隔離熱交換器的作用。在送風旁路、送風管路、回風管路和回風旁路上分別安裝有電動閥門，在熱交換器送風和回風管路的進出口位置分別安裝有4個壓力溫度流量測點，起到監測送風和回風進出熱交換器前后溫度、壓力和流量的作用。

壓力溫度和流量測點監測到送風進出熱交換器前后的溫度(℃)、壓力(Pa)和流量(m3/s)分別為T1、P1、Q1和T2、P2、Q2，回風進出熱交換器前后的溫度和壓力分別為T4、P4、Q4和T3、P3、Q3，其中Q1=Q2，Q3=Q4。

圖2 新設計熱收集器結構圖

根據監測得到的數據，可以計算得到熱換熱器的換熱量X(w)和送風管道上熱交換器的阻力損失Y(w)。

X=cpQ1(T2-T1)=cpQ3(T4-T3)

Y=(P1-P2)Q1

實時計算X和Y的大小，通過對比比較，當X>Y時，使用熱交換器，關閉送風旁路和回風旁路上的閥門，打開送風和回風管路上的閥門；當X

五、結論

根據射流原理，設計了一種利用射流器的室內新風系統，起到了改善室內環境，提高人民生活質量的目的，同時盡量減少了能源的消耗，實現了節能減排。

本文設計的一種利用射流器的室內新風系統，結合了射流器節能、無旋轉部件、易于維護等特點，利用環境中的自然風的動能，在幾乎無能源消耗的前提下，實現了室內濁氣的排出，將室外經處理后的新鮮空氣送入室內，為人們提供清潔宜居的生活工作環境。對全熱交換器進行了初步優化設計，安裝了旁路系統和數據測點，根據監測的數據對全顯熱交換器的運行方式實時優化，始終使新風系統處于最優的運行方式，減少了能源消耗。