自然风的1/f紊动特性的研究现状与展望


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自然风的1/f紊动特性的研究现状与展望

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自然风的1/f紊动特性的研究现状与展望

作者：欧阳沁朱… 文章来源：不详点击数：更新时间：2006-11-12

文章摘要： 无标题文档 1 引言　　　　自然通风是人们乐于接受的通风方式，除了能减少传统空调制冷系统的使用，降低能耗外，其更有利于人的生理和心理健康也是其中一个重要原因。各国的研究者在调查时均发现，人们对室外的自然风有着更好的接受性。1992年，Fujii Haruyuki 和Lutzenhiser Loren [1] 在公款空调住宅的居民行为进行调查时发现，尽管许多家庭都配备有完善的空调装置，但大部分人都更喜欢打开窗户，依靠自然通风来保持室内物理环境，只有当自然通风无法保证室内环境时，人们才会使用空调设备，同年，......

　　　图２　典型自然风功率谱密度图　　　　　　　　　图３　典型机械风功率谱密度图
　　自然风具有1/f紊动特性这一现象的发现，促使人们开始研究和制造具有此种紊动特点的人工机械送风设备，以改善送风气流对人体的舒适性。松下电气公司的研究者们认为海滨自然风的值β接近1，因此人的感受应该最好，并努力将此成果应用到空调系统中[21][22]。鹿岛建设在1989年建成的岛（KI）大厦就宣布有采用了仿自然风的空调送风形式[23]。1988年，日本的安久正紘曾试图通过引入一个拟数字速度控制系统，控制电风扇的转速变化来模拟自然风[24]，1997年T.Hara等[19]也尝试用微机产生的混沌的信号去控制风机产生1/f紊动风，但他们均未能给出所产生气流的紊动特征参数如功率谱来证明其产生自然风的浓度是成功的。山武-Honeywell公司也曾经投入研究经费开发仿自然风的空调设备，发现在风口附近模拟出自然风就很难，更难以在房间空间模拟出自然风，因此在90年代中期停止了这项产品研究。2000年，清华大学贾庆贤[25]发现控制转速产生气流从频谱上看仍然人有普通机械风的特征。他通过自然风和机械风产生的不同机理分析，提出用转动盘控制出口流量分配来产生不同风速频谱的方法，开发出送风末端装置。利用此装置产生的四种风束变化的人体热舒适实验结果表明：接近于自然风频谱特征的风速变化模式比其它三种风速变化模式（稳定风速、正弦风速、随机风速）有更好的可接受性，有61%的受试者认为模拟自然风是最舒适的。在对模拟自然风进行的频说分析中发现，其功率谱密度曲线基本满足1/f规律[20]。

4 研究展望

　　室外自然风具有1/f紊动特性，目前已得到众多研究者的认可。自然通风是室外自然风进入建筑内部的过程，那么进入室内风是否还具有1/f紊动特性？不同建筑结构、节流部件对气流的紊动特征何影响？这些问题目前仍然还没有得到充分深入的研究。2001年，清华大学谭刚[26]运用湍流统计理论、随机分析方法等非线性研究工具研究了自然通风建筑对气流风紊动特性的影响，发现建筑附近的室外自然风的值β近似1.1，而由于门窗和房间空间的作用，进入到室内的气流值β逐渐加大到1.7，仍然具有1/f特征，但已经向褐色噪声偏移。热压自然通风形成的气流则具有与室外自然风类似的紊动特性，但也有一些差别。
　　国内外研究者正在努力尝试研究出能产生1/f紊动特性气流的机械送风装置，目前已有一些成功的报道；但是迄今为止，在房间较大的空间中模拟自然同非常困难，其原因正是由于室内气流紊动特征的形成和改变理与影响因素还没有完全得到揭示，也就缺乏在室内“制造”自然风环境的理论基础。调研中还发现，目前已有的对自然风的测试均是一个测试度的，对于同一测点在不同方向上的风速是否具有同样的紊动规律？这些也还需要做进一步的研究。
　　自然风和机械风在紊动特性上的区别，为人们改善机械风的送风舒适性提供了改进的方向，但要真正能在建筑室内产生人工的自然风，还有很多的研究工作需要开展。

5 结论

　　1．1/f紊动特性大量存在于生物系统中，并且与人的愉悦感受爱密切相关。研究表明，自然风也具有1/f紊动特性，而机械风的功率说分布密度不具有明显的1/f规律，这可能能从一个角度说明自然风比机械风更舒适的原因。
　　2．自然风和机械风在紊动特性上的区别，为人们改善机械风的送风舒适性提供了改进的方向，为了在室内产生真正的自然风环境，还必须对室内气流紊动特性的形成机理研究进行研究，了解各种因素对气流紊动特性的影响。

参考文献

　　1. Fujii,Haruyuki; Lutzenhiser, Loren Japanese residential air-conditioning; natural cooling and intelligent systems, Energy and Buildings v 18 n 3-4 1992 p 221-233 0378-7788.
　　2. Busch, John F., Tale of two populations :thermal comfort in air-conditioned and naturally ventilated offices in Thailand, Source: Energy and Buildings v 18 n 3-4 1992 p 221-233 0378-7788.
　　3. Ealiwa MA. Taki AH, Howarth AT, Seden MR, An investigation into thermal comfort in the summer season of Ghadames , Libya , Building and environment 36 (2): 231-237 FEB 2001
　　4. 吕方、涂光备、李景广，空调与非空调房间舒适度的区别分析，全国暖通空调制冷2000年学术文集，pp208-212
　　5. 夏一哉、赵荣义、江亿,北京市住宅环境热舒适研究，暖通空调，1999年第2期
　　6. 根子哲明，安久正紘，“自然微风のゃぃきにぉけ”スベクトルとそのモデル，第29回物春季予稿集，2T-X-5，1982。
　　7. J.

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