6.2.1 气流组织设计计算
由于室内的气流组织会直接影响到空调效果，包括具体会关系到房间工作区的温湿度基数、精度及区域温差、工作区的气流速度、空气洁净度和人的舒适感受的重要因素，同时还会影响中央空调系统的运行能耗，故非常有必要对气流组织进行设计计算。
由此可见气流组织设计计算的基本任务是，从空调房间对空气参数的设计要求出发，选择合适的气流流型，确定送风口及回风口的型式、尺寸、数量和布置，计算送风射流参数。
值得注意的是，由于存在很多影响室内空气流动的因素令空气流动的随机性较强，这使得理论计算方法有很大的局限性，目前所用的计算方法主要是基于实验条件下所得的半经验公式。故在使用这些方法时，还需注意参考同类型空调房间设计的实践经验。
6.2.1.1 侧面送风设计计算
侧面送风在拥有足够的射程时，气流的速度和温度在进入工作区前均可充分衰减，令室内具有均匀的温度场和速度场，是应用得很广泛的一种送风方式。对于一般的供冷中央空调系统，若其送风口靠近顶棚布置，则其射流类型一般为贴附射流。在实践中，往往并没有对舒适性空调进行气流组织计算，对一些精密空调则一般要进行相关计算。下面以工艺性空调来说明其计算步骤。
1.室内温度波动范围≤±0.5℃的工艺性空调
（1）已知条件为：射流方向的房间长度A（m），房间的总宽度B（m），房间的高度H（m），送风温差ΔtS（℃）均按表6-1选取；空调区域的全冷负荷Q（W）和显冷负荷QX（W），室内空气的比焓值hN（kJ/kg）和送风状态的比焓值hS（kJ/kg）。
（2）根据空调区域夏季的冷负荷、热湿比及送风温差，绘制空气处理过程的焓湿图，并按下列公式算出空调的总送风量LS（m3/h）和换气次数n（1/h）：
对于上述换气次数，对工艺性空调要求大于8次，否则需要改变送风温差重新计算。
（3）然后，按下列公式确定送风口的出风速度vS（m/s），即
式中的k为送风口的有效面积系数，对于可调式双层百叶风口可取为0.72。
根据式（6-3）中得到的最小值，再由表6-4中确定满足风速衰减和防止噪声的送风口出口风速。
表6-4 推荐送风口出口风速 （单位：m/s）
（4）计算射流自由度
和确定无量纲距离x 根据下列公式计算射流自由度
式中 F——每个风口所负担的房间横断面积（m2），当有多股射流时，取每个服务区域的横断面积；
dS——送风口直径或当量直径（m）。
确定无量纲距离x有两个方法，其一为先计算出
，再由相关图中的曲线确定；其二为按下列公式拟合计算。ΔtX为射程x处的轴心温差，即射流中心与边缘的温度差，一般应小于或等于空调精度，而对于高精度的恒温空调，则宜为空调精度的0.4～0.8倍。
式中 x——贴附射流的射程（m），取x=A-0.5（考虑到距墙0.5m范围内为非恒温区）；
a——送风口的湍流系数，跟送风口的形式有关。
（5）按下列公式确定送风口的个数N
（6）按下列公式计算送风口的面积fS（m2），并确定送风口的长和宽或等面积当量直径，进而选取风口型号。
式中 k——送风口的有效面积系数，对于可调式双层百叶风口，系数可取0.72。
（7）校核射流贴附长度 由于射流贴附长度与阿基米德准数Ar有关，故先要按下列公式计算出阿基米德数Ar
式中 tn——室内的空气温度（℃）；
g——重力加速度，可取9.81m/s2。
算出Ar值后便有两种不同的途径对贴附长度进行校核：其一为通过相关图，查得射流相对射程x/dS与阿基米德准数Ar的关系曲线确定相对射程，再求出被校核的贴附长度；其二为通过下列公式拟合求出射流的相对射程x/dS。
求出贴附长度x后，把它与（A-0.5）进行比较。若x＞（A-0.5），则表示贴附长度满足要求；反之则不满足，需要重新设置风口数量和尺寸，再进行计算。
（8）按下列公式校核房间高度H′
H′=h+S+0.07x+0.3m （6-11）
式中 h——空调区的高度（m），一般小于2m；
S——风口底边至吊顶的距离（m）；
0.3——安全系数。
校核时用实际的房间高度H与H′进行比较，若H≥H′，则符合要求，反之则需要对风口的布置和高度进行适当的调整并重新计算。
2.室内温度波动范围≤±1.0℃的工艺性空调
其计算过程与室内温度波动范围≤±0.5℃的工艺性空调计算相类似，本书略。
6.2.1.2 散流器送风设计计算
当有条件在室内设置吊顶时，采用散流器作为空调的送风口也是一种很好的选择。散流器平送流型是使用得最多的一种，绝大部分的散流器均按此流型设计。运行时送风射流沿着顶棚径向流动，形成贴附射流，从而实现室内较为均匀的温度场和风速场。
（1）送风口的喉部风速vd。确定散流器的喉部风速vd时需考虑房间的高度和空调区域对噪声的要求，可按表6-5选取。
表6-5 散流器喉部最大送风速度 （单位：m/s）
（2）散流器送风的总送风量LS（m3/h）。根据空调房间或空调分区的显热冷负荷q（kW）和送风温差ΔtS可通过下列公式计算出总送风量。其中ρ为空气密度，取1.2kg/m3；cp为空气比热容，取1.01kJ/（kg·℃）。
（3）散流器的射流速度衰减方程和射流射程x。散流器的射流速度衰减方程一般采用P.J.Jackman对圆形多层锥面型散流器或盘式散流器所进行试验得出的试验结果，如下
式中 vX——距离散流器中心水平距离为x处的最大风速（m/s）；
vS——散流器的送风速度（m/s）；
K——送风口常数，多层锥面型散流器为1.4，平盘式散流器为1.1；
F——散流器的有效流通面积（m2）；
xo——自散流器中心算起到射流外观原点的距离，对于多层锥面型散流器可取为0.07m。
由于送风速度
，故式（6-13）可改写为下列公式
所以，射流的射程可以用下列公式表示
（4）室内的平均风速vPj。室内的平均风速vPj与房间的尺寸和主气流射程有关，可按下列公式计算
式中 A——空调房间（或分区）的长度（m）；
H——空调房间（或分区）的高度（m）；
n——射程与空调房间长度之比，当散流器为中心设置时，其射程为至每个墙面距离的0.75。
应注意在散流器送冷风时，要把室内平均风速vPj的取值增加20%，送热风时要减少20%。
（5）轴心温差ΔtX的校核。对于散流器采用平送流型，其轴心温差衰减可近似地用下列公式计算
即
6.2.1.3 喷口送风设计计算
在诸如礼堂、体育馆和影剧院等空间较大且室温波动范围允许≥±1℃的公共建筑中，喷口侧送或垂直下送（顶部）的送风方式经常被采用。喷口的送风速度高，气流射程远，与室内的空气产生强烈的掺混，并形成较大的回流区，从而形成较为均匀的温度场和风速场。喷口送风的计算可分为两个方面。
1.喷口侧送风（单股非等温自由射流）的设计计算 有关单股非等温自由射流的公式有两个，其一为喷口侧向送风射流轴心轨迹公式（6-19），其二侧为射流轴心速度衰减公式（6-20），如图6-28所示。
式中 y——射流轨迹的中心距离风口中心的垂直落差（m）；
x——射流的射程（m）；
dS——喷口直径（m）；
β——喷口倾角（喷口与水平方向的倾角，向下为正，向上为负，送冷风时可取为0°，一般小于15°，送热风时一般大于15°）。
计算步骤如下。
（1）根据已知条件（包括房间尺寸和室内冷负荷、送风温差等），根据空调区域的显热冷负荷QX和送风温差ΔtS（一般为8～12℃），计算出空调房间的总送风量LS。
图6-28 喷口侧向送风射流轨迹
（2）假设喷口直径dS（一般取0.2～0.8m）、喷口倾斜角β和安装高度h，并按照房间尺寸，计算出相对落差y/dS和相对射程x/dS。
（3）在计算出气流射程x和垂直落差y后，按照下列公式计算出阿基米德数Ar
当β=0且送冷风时，有
当β角向下且送冷风时，有
当β角向下且送热风时，有
（4）根据下列公式计算出喷口的送风速度vS
此送风速度vS不应大于10m/s（一般为4～8m/s），否则需要重新计算。可以通过增大dS或减小β的值来减小vS的值。
（5）按下列公式计算出射流的末端轴心速度vX
再根据下列公式算出射流平均速度vP
在算出射流平均速度vP后把它与表中的值进行比较，若不符合要求则按调整送风速度vS的方法重新计算vS，再计算vP。
（6）根据下列公式计算出单个喷口的送风量lS（m3/s），然后再确定喷口数N
（7）校核送风速度vS 把N值进行取整，按下列公式算出实际送风速度。
把此值与式（6-24）所算出的值作比较，若相差大于5%或10%以上，则需重新计算。最后再算出实际的vX和vP的值。
2.喷口垂直向下送风的设计计算 有关喷口垂直下送风的主要公式如下，分别为非等温射流轴心速度衰减和轴心温度衰减两个公式。
式中 x——喷口垂直向下送风的射程（m）；
KP——射流常数。
图6-29为喷口垂直向下送风对于圆形和矩形喷口的情形，当vS=2.5～5m/s时，射流系数取5.0；当vS≥10m/s时，取6.2。式（6-30）中的正负号规定为：送冷风时取正号，送热风时取负号。
计算步骤：
（1）明确已知条件后，根据空调房间的显热冷负荷和送风温差计算出总送风量LS。
图6-29 喷口垂直送风
（2）以空调房间的尺寸和平面特点作为依据均匀布置送风喷口，得出喷口的数量N，进而再算出每个喷口的送风量lS。
（3）假定喷口的出口直径dS，通过式（6-29）计算出送风速度vS，再按式（6-31）计算出空调房间的平均风速vX。把vX的值与表6-1中的值进行比较，若不符合要求，则需重新布置喷口和重新假定dS值。
（4）校核空调区的温度波动ΔtX是否符合要求，若不符合要求，按步骤（3）的方法重新计算。
6.2.1.4 条缝送风设计计算
由于条缝送风的气流轴心速度衰减得很快，所以它适用于允许风速较低（通常取为0.25～0.5m/s）的民用建筑舒适性空调，其温度波动范围一般在±（1～2）℃。
1.条缝送风的设计计算内容
（1）条缝风口的速度衰减公式。P.J.Jackman总结了条缝风口的速度衰减公式如下
式中 vX——距条缝风口水平距离为x处的最大风速（m/s）；
vS——条缝风口的送风速度（m/s）；
K——送风口常数，条缝风口取为2.35；
b——条缝口的有效宽度（m）；
xo——自条缝口中心起到主气流外观原点的距离（m），对于条缝风口可取为0。
又因为
为单位长度的条缝风口送风量，单位为m3/（s·m）），所以有
或
（2）单位长度的条缝送风量LS1的计算公式为
（3）室内平均风速vPj（房间尺寸和主气流射程x的函数）
式中 H——房间的高度（m）；
n——系数，且n=x/Al；
A——房间长度（m）；
Al——与射程有关的房间长度（m）。
如图6-30所示，当条缝风口安装在空调房间的中央时，
，且其射程取为至每个端墙距离的0.75倍，即x=0.75Al，n=0.75；当条缝风口安装于房间侧墙的一端时，Al≈A。
（4）条缝送风计算表。表6-6和表6-7为P.J.Jackman根据条缝风口的速度衰减公式和室内平均风速公式编制的计算表，该表分为5.0m、6.0m、7.0m、8.0m、9.0m和10.0m等几个不同的房间长度A，此处只列出前4个对应的数据。注意该表是在等温条件下编制的，故在送冷风时要乘以修正系数1.2，送热风时要乘以0.8。
图6-30 条缝风口的布置
表6-6 条缝送风计算表（1）
表6-7 条缝送风计算表（2）
2.条缝送风的设计计算步骤
（1）先要根据空调房间的尺寸来选择计算表，具体是根据房间的长度去找出表中最相近的A值（注意当条缝布置于房间一端时，要把房间的长度乘以2后再与表中的值作比较），找出表后查出室内平均风速vPj。
（2）使用式（6-35）计算出单位长度的条缝送风量LS1。
（3）确定送风速度和条缝风口的尺寸。从已选出的计算表中的第一列找出与单位长度的条缝送风量LS1相近的数值（注意当条缝布置于房间一端时，要把算出的条缝送风量LS1乘以2后再与表中的值作比较），确定该数值后在该行查出送风速度vS和有效宽度b。
（4）按设计要求进行诸如允许噪声等的检验，若有数值超出允许范围，则需增加条缝风口的数目，且按以上的步骤重新进行。
（5）若检验通过，则可按照已得的参数在产品样本中选取条缝风口的型号。若产品没有给出条缝风口的有效宽度b，则可按此式计算得到b=500LS1/vS（取整），单位为mm。
（6）在实际工程中，校核在设计风量下所选的条缝风口的射程是否能达到要求，具体是从条缝风口到端墙或分区边界距离的0.65～0.85倍之内作为标准进行判定的。
6.2.1.5 孔板送风设计计算
当空调房间的层高较低（一般在3～5m），房间中有吊顶可以利用且室内的风速须严格控制（一般要求有低风速）或在空调区域中的温差有较为高的要求时，孔板送风正是一个合适的选择。
孔板送风的计算步骤如下：
（1）明确已知条件。
（2）如上述对孔板送风介绍，孔板送风有全面孔板送风和局部孔板送风两种布置形式。故在完成设计算前必须先要确定孔板的布置形式。若需要采用局部孔板，则要确定孔板在吊顶的具体位置，并注意与局部热源的分布相适应。
（3）按下列公式估算孔板的出口风速，一般为3～5m/s
式中 dS——孔板的孔口直径（m），一般取值为4～10mm；
γ——空气的运动粘度（m2/s），标准空气的运动粘度为15.06×10-6m2/s。
（4）由已知条件中的显热冷负荷QX和送风温差ΔtS，按式（6-12）计算出室内的总送风量LS。
（5）根据送风速度vS和总送风量LS，计算出孔口的送风面积fK和净孔面积比K，按下列公式分别进行计算
式中 α——孔口流量系数，范围在0.74～0.82之间，一般取0.78；
f——孔板总面积（m2），即为吊顶面积减去照明灯具所占用的面积，另外使用局部孔板时则为开孔孔板的总面积。
（6）确定孔口中心距离l（m）和孔口数目n，可按下列公式分别进行计算
式中 a、b——孔板的边长（m）；
na、nb——孔板长度和宽度方向的孔口数。
（7）计算孔板送风气流中心的最大风速，按下列公式计算
式中 vX——距孔板距离为x处的气流中心的最大速度（m/s）；
vP——距孔板距离为x处的气流平均速度（m/s）；
θ——孔板送风气流的扩散角，一般取为10°～13°。
对于全面孔板，由于气流受墙面限制，故θ=0°，tanθ=0，vP/vX≈1，故式（6-42）可简化为
计算出vX后，把其与表中的值进行比较，若不符合则需重新计算。
（8）校核空调区域的最大轴心温差ΔtX
校核时，要把ΔtX与室内所允许的温度波动范围作比较，若不符合则需重新计算。
（9）计算稳压层的高度hw。
先算出空调房间单位面积的送风量Ld
式中 F——空调房间的面积（m2）。
再算出稳压层的净高h（m）
式中 S——稳压层内有孔板部分的气流最大流程（m）。
最后再算出稳压层高度hw
hw=h+b （6-47）
式中 b——梁的高度（m）。