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室内空气交换问题.doc


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室内空气交换问题.doc
文档介绍:
室空气交换问题数学建模摘要:北冬季寒冷,室外温差大,为了同时满足保暖和换气通风的需求,需要定期开窗。本文以的气候为例,建立数学模型研究室空气交换问题。在固定的居住人数下,以室的温度和二氧化碳浓度是否达到人类舒适标准为依据,研究不同住房面积所需的通风换气时间和次数。结合人的生理数据、门窗缝隙、空气流速,分别建立白天和夜晚的模型来研究室二氧化碳浓度随时间的变化。考虑开窗温度交换因素,建立模型,用matlab绘出温度随时间变化曲线。最后结合二氧化碳浓度变化、温度的变化,确定出最佳的通风时间及次数。关键词:室空气交换、温度交换、数学建模引言:问题重述:北冬季寒冷,室外温差大。室温度在180以上人们才感到舒适。为了保暖,各家各户门窗紧闭,减少了开窗换气的时间,使得室的空气不流通导致室空气质量差,从而使人们易患呼吸道感染性疾病。“经常开窗换气,保持室空气新鲜”,在北已得到了人们的重视,那么,在房间面积一定的条件下,已知室外温度,每天应开窗换气几次,每次应换气多长时间,假设房间高度2.7m,家庭人口3人,针对如下情况建立数学模型解决这一问题。1.分别对居住面积20,40,60,80m2的情况进行分析;2.如果冬季不开窗,需至少有多大居住面积;3.你认为讨论室空气质量还有哪些问题必须考虑,给出你的结论。这里存在这些问题:开窗时室二氧化碳浓度随时间的变化。晚上睡觉时门窗紧闭二氧化碳浓度的变化。考虑到门窗缝隙引起的空气交换。开窗时室温度随时间的变化。对应室体积所需的开窗时间、需要次数。问题分析:北冬季寒冷,室外温差大。为了保暖,各家各户门窗紧闭,减少了开窗换气的时间,这样空气不流通,重影响人的身体健康,属于室污染。室污染来源主要包括建筑材料、日用消费品和化学品的作用和个人活动。正常情况下,通过人体呼出气、汗液、大小便等排出的CO2、氨类化合物、硫化氢等源性化学污染物,呼出气中排出的苯、甲苯、苯乙烯、甲醇、二硫化碳等外源性污染物;通过咳嗽、打喷嚏等喷出的流感病毒、结核杆菌、链球菌等生物污染物构成室的主要污染源之一。室污染经常是多种有害物质的综合,常常以一种污染物作为评价空气质量的指标,或根据多种指标综合成“指数”来判断空气污染水平。室CO2主要来自人的呼吸和燃料的燃烧。***在安静状态时,每小时呼出CO2约20L;劳动时CO2的呼出量为安静时的1.5~2倍。随着室CO2量的增高,身体其他部分也不断排出污染物,如汗的分解产物及其挥发的不良气味等。室CO2的蓄积逐渐增高的同时,氧的含量就相对降低。当CO2含量达0.07%时,有少数敏感人就有不适的感觉;当含量达0.1%时,空气中其他性状开始恶化,人们普遍有不舒适的感觉。因此CO2在一定程度上可作为室空气污染的一个指标。居室空气中CO2含量应在0.07%以下,最高不超过0.1%。虽然门窗缝隙能够实现一定的换气,但是人呼吸释放的CO2比较高,在房间体积没有足够大时,不能满足换气要求,因此,必须人为开窗,从而要建立一个通风换气模型。首先应该根据影响空气质量的主要因素---室CO2的含量及自然通风原理来确定每天换气次数及每次换气时间,再综合分析并优化改进。我们设定的计算标准为:室CO2浓度不得高于0.07%,否则开窗。开窗后由于室外存在温差,空气会以热对流的形式进行热交换,导致室温度降低,考虑此时的温度降是否合适。当房屋足够大时,通过门窗缝隙气体交换足以使房间的CO2浓度在标准以下,整个冬季就可以不开窗。模型假设:注:模型以冬季当地气候为例冬季气象参数冬季室外平均风速3.2m/s冬季室外最多风向的平均风速4.3m/s冬季最多风向ENE冬季最多风向的频率15%冬季室外大气压力10202Pa平均海拔高度51.6m室外计算温度-7℃新鲜空气中CO2的密度0.588g/m3常人平静时CO2的呼出量40g/hCO2最大允浓度0.07%新鲜空气中CO2的浓度0.039%18℃空气密度1.213kg/m3-7℃空气密度1.327kg/m3C1室外比热容1.009kJ/(kg.℃)C2室比热容1.013kJ/(kg.℃)常人睡觉时CO2的呼出量25g/h房屋结构假设:单层铁门宽高1.5*2m,可开启部分缝隙9m。单层金属玻璃窗宽高0.5*1m,可开启部分缝隙8m。每米长门缝每小时渗入室的冷空气量2.86m3/(m*h)。每米长窗缝每小时渗入室的冷空气量1.98m3/(m*h)。地面为不保温地面门窗的结构如图所示其他假设1.开窗时,通风换气流动按一维定常流动计算。换气过程中室的空气保持均匀状态,而气体只在进出口流动。2.屋供暖系统在关闭门窗时候理论上能够维持室温度保持在18℃,而且不考虑日照作用。3.每多20m2的住房我们就多一个假设的窗户。4.假设决定室空气质量的主要因素只考虑CO2,而不考虑其它气体的影响。5.假设换气过程中 内容来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.
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  • 上传人sdnmy78
  • 文件大小190 KB
  • 时间2020-08-10
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