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中国建筑金属结构协会喷泉水景委员会
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雾工程的设计与应用

2013-10-28 11:34:30喷泉水景网管理员
近些年雾工程被越来越多地应用在景观造景、调湿调温中。并且与人们的生活越来越接近,也起着越来越重要的作用。鉴于此,我们对喷雾系统的原理和实际应用进行了分析、研究。
首先进行人体舒适度因素分析
    我们日常生活中会注意到天气预报中的气温值与人体的实际冷热感觉有时会感到不太一致,其实,这是因为“体感温度”和气温之间是有区别的。人体对冷热的感觉(也就是“体感温度”)受许多气象因子综合影响。其中,气温对人体冷暖感觉的影响最大,同时其还与大气湿度、风等气象因子有关。
一、气象条件对人体冷热感觉的影响
  气象条件通过人体感受器官而影响人体不同部位,随着天气的变化,人体舒适感觉也有所变化,对人体舒适感觉影响较大的气象要素主要为气温、湿度和风速。
Ø 1.1、气温对人体舒适感觉的影响
  人是恒温动物,为了保持肌体体温与外界气温(T)的平衡,人体必须通过散热与产热来保持与环境温度的协调。当T>28℃时,人体通过出汗来散热,而出汗又使体内盐分逸失。散热过程可引起末梢血管扩张,从而加重心脏的负担。高温还能使人的高级神经活动的某些机能如注意力、精确性、运动协调性及反应速度降低。当T<17℃时,人体通过产生热或减少散热来保持体温的恒定。如颤抖就是靠增加肌肉活动来产生热量的一种方式;而添加衣服可以减少热量的散失。
Ø 1.2、湿度对人体舒适感觉的影响
  湿度影响人体的热代谢和水盐代谢:湿度增大时,人体汗液蒸发较为困难,妨碍散热;湿度减小时,嘴唇和上呼吸道随之变得干燥,皮肤上还会形成硬皮层,阻碍蒸发;另外,人体组织变干时会使导热率大大降低。
Ø 1.3、风对人体舒适感觉的影响
风影响人体的热代谢:当气温在36℃以上时,人体皮肤温度通过风的影响而上升,汗液蒸发加强,水分大量丧失,体温调节发生障碍;当气温较低时,风使大气热的传导和对流加强,从而身体热量散失加快。
二、体感温度的计算
在影响人体舒适感觉的三个主要气象要素中,气温的作用最明显,大气相对湿度和风的作用次之。因此,在设计体感温度的计算公式时除重点考虑气温因素外,还考虑了湿度、风等气象因素的综合作用,即人体对周围环境条件的综合感受。
体感温度 = 37 - (37 - t) / (0.68 - 0.0014*h + 1/A) - 0.29 * t * (1 - h/100)
t: 温度(℃)
h: 湿度(%)
v: 風速(m/s)
A: 1.76 + 1.4*(v**0.75)
 夏季,人们对一天中的最高气温以及最高气温与最低气温之间的温差感觉较为敏感。当一天中的温差愈小,愈感觉“闷热”,反之,则较为舒适。
 在空气温度高于32摄氏度;湿度超过80%;风力小于2级的环境中,人们会普遍感到闷热难忍,甚至出现中署现象。
结论:
 1、影响人体舒适度的主要因素与:温度、湿度、风力有关。
2、雾喷的水份蒸发可以降低环境温度,人体会感到舒适。
 3、在空气比较干燥时,雾喷能提高环境空气的湿度,改善人体舒适度;而在空气温度、湿度较高时,只使用雾喷是不适宜的。
 4、风可以加速热量的交换,使雾喷的降温效果明显提高。
分析了人体舒适度的影响因素,再来说一下雾系统对温度的调节。
试验表明:
  当空气湿度低于70%时喷雾区和太阳直射区极端最大温差较大(一般可达5 ℃ ~15 ℃ ),喷雾效果明显;喷雾区和太阳直射区在空气湿度高于70%时极端温差不大,喷雾效果不佳。此时应加入风力可提高降温效果。
 喷雾区由远及近降温幅度会不同,湿度也会由远及近加大。直射区域温差主要体现在云层的变化,地表介质。如草丛和灌木比铺装地面温度平均低2℃;阴影区和直射区平均温差2~3℃;接近水面的探测区域与直射区域平均温差3~5℃。
 对于空气湿度相当大的地方,雾喷降温不但效果不明显还会增加空气湿度,反而增加人体的不适度,建议适当增加风源,具体实施应配合景观设计。
 建议系统应可检测空气湿度,并能自动调整雾喷运行时间和间隔雾系统降温计算
计算过程
一、空气释放热量(以1立方米空气计):Q=mcΔt
Q:热量
m:每立方米空气的质量(0摄氏度、1大气压的质量值为1.21公斤)
C:空气的比热容(空气取值为1.006)
Δt:温差(5摄氏度)
计算所得为:6.0863千焦耳
即每立方米空气温度下降5摄氏度需放热6.0863千焦耳。
二、水雾吸收热量(计算水雾吸收6.0863千焦耳热量,由40摄氏   度变为100摄氏度需要的水量。)Q=mcΔt
Q:热量(6.0863千焦耳)
m:水的质量
C:水的比热容(值为4.19)
Δt:温差(水雾由40摄氏度变为100摄氏度既为60摄氏度)
计算所得为:0.0242公斤
即每立方米空气温度下降5摄氏度需蒸发0.0242公斤(24.2升)的水。
三、以1000平方米为单位,体积为5000立方米(空间高度以5米计),温度下降5摄氏度时,
 系统流量为24.2毫升/分钟×5000=121升/分钟。一般系统设置为每3分钟启动60秒。
采用精密陶瓷喷嘴,系统压力为70公斤/平方厘米时,单个喷嘴流量为57毫升/分钟,
故在1000平米范围内大约应设置2100只喷头。
 考虑系统稳定性及灵活性的要求,可根据各种环境条件将该系统分为若干套机组进行工作。根据不同的降温要求,计算出系统的多种配置,在实际应用中由于有客户可根据现场实际情况、投资预算、主要功能要求进行选择。
在多年对雾喷工程的设计施工中有些感悟,是不是所有场合都适宜雾喷?并不是的,如空气流动性差的区域和污染严重的地方都是不适合的。