摘要早先的各項研究表明房間中汙染物濃度的分散情況很大程度上決定於送風口的型別。但是這些研究是由計算得出的，並不是由實驗得出的。因此，當前這項研究的目的是在牆面送風口和屋頂散流器送風口之間作乙個定性與定量比較，並確定出更有效的送排風口布置情況。
這裡，我們在實驗室研究混合通風送風口型別是在兩個規定的條件下進行的，即，一、房間中午人；二、在汙染源的北面留有乙個人的位置空間。乙個被加熱的人體模特代表乙個人，它的產熱糧食120瓦。跟蹤氣體（99%的丙烯）的144個取樣點處濃度被乙個光致電離監測器自動監測。
三種風速（5.5，3.3和0.
9立方公尺/分鐘）都分別進行實驗。
在風速為0.9立方公尺/分鐘時的實驗結果沒有得出。因為在實驗的初步測試中，濃度測量的條件沒有達到相對穩定，在五個多小時的測試過程中主導氣流狀態是自然對流而不是強制對流。
實驗結果表明送風口的型別對於空氣中汙染物的分散是起決定作用的，因為通過它們可以產生不同的氣流樣式進而產生不同的空間氣流組織形式。這項研究增強了人們對濃度區域、氣流和送風口型別之間相互作用的理解。研究結果可以被應用到使用領域，例如，研究表明屋頂送風系統最大限度地減少了人在辦公室、醫院和學校中汙染物的暴露程度，只要汙染源在屋頂散流器送風口下方。
關鍵詞：牆面噴射送風口；屋頂散流氣送風口；混合通風；汙染物濃度；實時監測資料
1． 實驗介紹
對於建築物的設計者來說，了解氣流在房間中的運動情況，提供最有效率的通風系統並最大限度的減少人在汙染物中的暴露程度，這是很必要的。房間中的人在乙個汙染物釋放點下的暴露程度是直接或間接由幾種物理因素之間相互作用決定的。其中最主要的物理因素包括氣流特性、人的活動情況、房間溫度和房間的布置構造，包括房間尺寸、送排風口位置。
很多研究者已經研究過各種物理因素對汙染物濃度分散和人受暴露程度的影響。已經有人在乙個別的通風房間中研究過當房間中有人和此人在房間中運動時，人在汙染物中的暴露程度。這些研究結果表明人受汙染物的暴露程度受汙染源位置的影響就像相對房間中人的風向影響一樣高。
brohus和nielsen從中得出的結論是：當點源處在地面附近時，送風口處的新鮮空氣攜帶受汙空氣並把它們輸送到呼吸區，而在與汙染源同高度的呼吸區，其汙染物濃度很高，但受送風的影響卻很小。
一些研究者研究房間幾何形狀的影響，例如辦公家具的不同布局、送排風口的不同布置。
cheong等通過經驗和計算手段來研究汙染物在辦公環境中的散布情況。其結果顯示，家具的擺放布局影響氣流組織形式，進而影響汙染物在辦公室的分散情況。sinhad等通過計算得出在各種不同位置的送排風口的情況下，速度與溫度的分布情況。
從這個研究中可以看出，送熱空氣的最有效率的通風系統的送風口位於地面附近而排風口位於屋頂處，送排風口位置是相互對著的。浮力在其中起的作用也是很明顯的，也就是說，浮力產生的推動力相對空氣粘滯力的增長增強了空氣再迴圈的激烈程度，產生了乙個更恆定一致的溫度分布情況。有趣的是，早先的各種研究無一直接對比不同的送風口型別，例如牆面噴射送風口和屋頂送風口的比較。
事實上，feigley等和khan等曾研究過不同空氣送風口型別對空氣中汙染物濃度分散的影響情況，但是那些研究是由計算得出的，並不是由實驗得出的。
因此，當前這個研究的目的就是取得乙個房間的實時監控資料，定性定量地比較牆面噴射送風口和屋頂散流器送風口的區別，並確定最有效率的送排風口型別。乙個被加熱的人體模特，代表房間中的乙個人，它被置於汙染源的北面，以次來比較在兩種不同送風口型別的情況下，有人和無人對汙染物分布情況的影響。除了實驗以外，計算流體力學的模擬實驗也在執行以便使氣流區域的現象更明顯具體，並觀察不同區域的濃度變化情況。
2． 實驗資料與方法
2． 1實驗裝置
在這個研究中用的房間大小是2.86公尺（l）×2.86公尺（w）×2.
35公尺（h），選用這樣大小的房間是為了讓它模擬乙個辦公室或者小的工作間，像這般大小的房間可以在很多大的建築物中找到。這個房間中裝備有乙個可稀釋室內空氣的送風口（牆面噴射送風口或屋頂散流器）、乙個排風口和乙個一公尺高的汙染源支座。這個房間的內表面是塗有teflon油漆的膠合板，房間的外表面用rmax-plus作了隔熱處理。
表1（a）體現了房間的結構和布置情況。房間中各個物體的尺寸以及其中心位置的座標都列在表1中。乙個人體模特位於汙染源的北面，它模擬房間中的人，全身纏滿隔熱的金屬線，每條線都保持一厘公尺的間隔以便產生120瓦的負荷。
三種稀釋氣流的風速分別為5.5立方公尺/分鐘、3.2立方公尺/分鐘和0.
9立方公尺/分鐘，並分別應用到兩種送風口處。在實驗中，氣流速度是通過送風口截面的多種速度平均而估算出的。房間的空氣流速將會明顯地小於送風口速度。
例如，當送風口風量為5.5立方公尺/分鐘時，在房間各個點測定流速從而得出的房間平均流速（＜0.3公尺/秒＝是在房間中人活動區域的推薦風速範圍之內的，即0.
2—0.3公尺/秒。因此，儘管5.
5立方公尺/分鐘的風量非常大，但既然房間中風速是在允許範圍之內的，所以在這種情況下研究汙染物在房間內的分散還是有一定價值的。不僅如此，當這個房間的氣流組織形式被應用到乙個規模更大的房間時，空氣每小時的改變量將會明顯的減少。例如，乙個小房間和乙個大房間其中乙個共同的相似點就是他們保持相同的雷諾數不變。
雷諾數計算式為re=dhu/v，式中dh是房間的水力半徑，它的計算式為dh=2wh/(w+h)。u式房間的等價風速（氣流速度或斷面流速），計算式為u=q/(wh)，q是房間的體積流速，單位立方公尺/秒；w式房間的寬度，單位是公尺；h是房間的高度，單位是公尺。雷諾數計算式中的v則是運動粘滯係數。
如果房間的各維尺寸都擴大到原來的二倍，那末體積流速也必須增大到原來的二倍才能保持雷諾數不變，此時房間的體積是原來的八倍。因此，房間內空氣的每小時改變率（ach=q/v）將是小房間時的四分之一，即4.3/h。
而這種大房間的ach在辦公建築物中式很典型的。送排風流速之間的質量平衡可以通過比較送排風口的流速證實。，進而算出平均送風速度。
圖1（b）給出了在房間座標上各個面速測定點的位置，牆面噴射送風口和屋頂散流器送風口的都有。對於排風口四英吋直徑的管道，它的氣流速度是通過用熱力風速表測量風口處相互垂直的兩條線上的六個點的風速確定的。為了達到乙個穩定的的測量狀態，在最終測量汙染物濃度之前，房間要進行兩個小時的恆定氣流和跟蹤氣體流速的平衡過程。
實驗中一共抽取146個取樣點，其中144個取樣點在房間內，另外兩個在排風口的管道口，同時各點的實驗資料被採集記錄。這套自動取樣系統中，有八套橫貫房間的取樣管，它們在乙個步進馬達的驅動下自動移動，步進馬達則與乙個運動控制裝置相連線。圖2示出每套都在三個高度即高於房間地面標高0.
4，1.2和2.0公尺處有取樣管，而且每乙個取樣管都與乙個處於房間外的螺線管閥門相連，並且由乙個資料監測系統控制。
圖2（b）是取樣點的頂檢視。
純丙烯（濃度99.5%）從乙個壓縮氣體容器中以乙個恆定的壓力通過乙個被校準的轉子流量計並以已知的流速放出，並通過乙個位於汙染源支座頂部被遮擋的孔狀通道（直徑為0.1公尺）進入房間中。
當稀釋空氣風量是5.5立方公尺/分鐘、3.2立方公尺/分鐘和0.
9立方公尺/分鐘時，跟蹤氣體的散發速度分別是200立方厘公尺/分鐘、150立方厘公尺/分鐘和150立方厘公尺/分鐘。為了使跟蹤氣體在乙個可測量的範圍，它的分散速度是不同。乙個光致電離分析儀為了達到質量保證，它在實驗前後都要進行校準，它每兩秒要測量一次汙染物濃度。
前期實施的實驗是為了核實各項實驗的用時（持續時間），以便能按照要求取得每個取樣點處的真實平均濃度資料。luoma和batterman經過修改提出了乙個近似的應用方法，就是要求95%的置信區間必須在乙個指定的精確的極限之內，這個極限就是被測定的真實平均濃度。在這項研究中，大部分取樣點達到精確極限值的10%，並且如果取樣點要求時間的最小值長於十五分鐘，則允許極限可用15%或20%。
房間要求保持恆溫。研究中唯一的熱源是纏繞金屬線的人體模特，設定它的目的是為了測定當它被置於汙染源北面時房間汙染物濃度。三種重複的濃度測試方法可以在不同的時間裡在不同的研究條件下實施。
２．２計算流體力學模型
商業軟體流體6.0版用於數字模擬，預處理工具gambit 3.5可以生成有組織網線和無組織網線的結合體已形成大量網格．相互分離的穩態處理器和******壓力－速度聯合規則系統可以描述出房間中氣流和熱交換過程的物理過程．標準化的k－ξ紊流模型用於估算每個座標格柵處的汙染物濃度，而標準的牆面函式則用於對附近牆面的處理．lee等證實了在計算流體力學中不同於實驗觀測資料的兩種空氣送風口氣流速度的處理方法，並得出結論：
．因此，由於空氣入口邊界條件在橫貫空氣送風口處測得的入口斷面流速可以被應用．模擬人體模特包括相互分開的頭，軀幹和雙腿，並有１２０瓦的產熱量，這樣做是為了更接近人的形式狀態．如果所有恒等式的標準化餘量小於１０－５，可以考慮達到乙個匯合點．
３．實驗分析
在房間的穩態條件下，區域性通風效率（ei）可以通過下式計算：ei=(ce-cs)/(ci-cs).式中ce是在排風口的時間加權平均濃度值；cs是在送風散流器處的時間加權平均濃度值；ci是在房間內一點i處的時間加權平均濃度值；這裡，cs的數值是０ppm，為了對比被研究的各種情況，所有監測點處的平均通風效率ei都要被計算出來．當通風效率大概為１時，它表明空氣完全地混合；當ei大於1時，表明大量的汙染物在沒有與房間內空氣混合前就到了拍風口；當ei小於1時，表明大量的潔淨空氣在稀釋汙染物之前就形成「短流」了。
實驗中可以用tecplot 9．２軟體進行關於汙染物濃度分散的定性圖示比較，而kriging規則系統則能用於把檢測得到的資料進行插值分析。
完全隨機的塊設計實驗（rcbd）可以用來進行在不同的送風口條件下測得的汙染物濃度的定量比較。rcbd實驗用房間中１４４個取樣點位置作為乙個可調的變數，用送風口型別作為乙個解法條件。在rcbd的實驗中，各個位置的變差要進行調整以便比較送風口條件。
一共要執行四個相互分離的比較，要達到a=０．０５的重要水準。
４．實驗結果和結果討論
４．１氣流流量為0.9立方公尺／分鐘
在氣流流量為0.9立方公尺／分鐘的前期實驗中，在乙個隨機選取的取樣點處［（x,y,z）=2.5公尺，2.
0公尺，2.0公尺］儀表上的讀數在長達五個小時的時間裡都沒有達到靜態穩定讀數，正如圖3所示儀表讀數持續不斷的增加，這樣表明在取樣點處去的真實平均濃度的時間到底有多長很難**。這種現象可能起因於被不穩定熱對流控制的氣流區域，而幾個小的細微溫度變差則是導致產生熱對流的原因。
不同的流速在強制對流的控制下獲得了更高的流速。由於獲得真實平均濃度存在不確定性，當流量為0.9立方公尺／分鐘時的實驗結果在研究中是不被評估的。
４．2氣流流量為5.5獲3.3立方公尺/分鐘
通常，在這兩種流速的情況下，屋頂散流器送風口引起的整體平均濃度要低於牆面噴射送風口的。正如圖4所示的那樣。並且，屋頂散流器送風口可以比牆面噴射送風口產生更好的室內空氣混合效果，在三個面上都已經標準化的平均濃度在屋頂散流器送風口（0.
90-1.03）顯示出了比牆面噴射送風口（0.93-1.
19）更小的變差。有趣的是，風量為3.3立方公尺/分鐘時，當房間的人處於汙染源北面時，兩種送風口的標準化平均濃度比房間中無人時更接近。
產生這種情況的原因可能是由於被加熱的人體模特的熱對流作用有助於房間空氣的混合。
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