靶向送风原理与技术

1靶向的概念 1.1射击与靶向 射箭被认为是中国古代体育项目的鼻祖。在距今2.8万年左右的山西峙峪人文化遗址中，人们就发现了石制的箭座及箭镞。夏朝时已经有了教授射箭的专职教员，同时还有了习射机构——“序”。周代礼、乐、射、御、书、数的“六艺”教育中，射箭就是一项很重要的内容，以致形成了以竞赛为特色的礼仪形式——射礼，这可以说是我国古代历史上*早的射箭比赛了。唐代射箭活动得到了极大发展。武则天设立了武举制，在武举制里规定了九项选拔和考核人才的标准，其中五项是射箭，包括长跺、马射、步射、平射和筒射。 如图1.1所示，射箭的过程是准确地将箭矢投送至箭靶的过程，即靶向（targeting）的过程。靶向的概念是把一件或一组事物作为目标，选择它或它们来进行各种行动。除了向箭靶射箭以外，靶向一词在医疗、生物工程等行业常被提及。 图1.1箭靶图靶向的概念可见于医疗行业，用于形容被赋予了靶向能力的药物或制剂。如部分基因突变之后会造成其编码蛋白发生改变，从而在肿瘤细胞的某一部位出现一个异于正常细胞结构的蛋白。靶向药物的空间结构恰与此蛋白的某一关键部位嵌合。靶向药物可以阻止这个蛋白发挥作用，例如，让肿瘤细胞不能发出信号，*终导致肿瘤细胞死亡［1］。 在生物工程方面，还存在基因靶向概念。基因靶向是一种利用同源重组改变内源基因的遗传技术，可用于准确地删除基因、删除外显子、添加基因和引入点突变。基因靶向可以是**性的，也可以是有条件的［2］。 不论是使用弓箭、掷矛还是枪械进行射击，其伤害面积都是有限的。因此，准确性就是判断射术好坏的标准。与评价射击这一过程的准确性一样，靶向过程的准确性也需要定量化的评价方法及理论体系。在评价靶向这一过程中，首先应区分靶向结果评价和靶向过程评价这两个概念。 误差是评价靶向过程准确度的评价指标体系。根据误差产生的原因及性质，可分为系统误差与随机误差两类。系统误差是由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好校准、试验本身所依据的理论和公式的近似性、对试验条件和测量方法考虑不周等原因产生的误差。随机误差也称偶然误差或不定误差，是由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差，其产生的原因是分析过程中种种不稳定随机因素，如室温、相对湿度、气压、人员操作以及仪器的不稳定等因素的影响。随机误差的大小和正负都不固定，但多次测量就会发现，绝对值相同的正负随机误差出现的概率大致相等，它们之间常能互相抵消，可以通过增加平行测定的次数取平均值的办法减小随机误差。标准差（也称均方差或方差）常被用来表达随机误差，它是各数据偏离其平均数距离的平均值，在概率统计中常作为反映组内个体间离散程度的指标。 在评价误差时真值是不确定的，所以常用平均值来代替真值。而在通风空调领域中，真值是确定的，因为通风空调系统所服务对象的需求是确定的。标准差可以用来表示通风空调系统所营造环境的实际参数与目标参数之间的差别。 1.2通风空调气流组织中的工作区 通风空调气流组织中的工作区指通风空调系统所需要保障的区域，即射流的“靶子”。在以人为主的舒适性空调领域，工作区一般是房间内2m以下的人员活动区域。在以工农业生产为主的工艺性空调领域，工作区则是需要进行通风空调的区域。表1.1为常见的各种气流组织工作区（控制区）范围，对于不同的保障调控对象，可根据需求选择工作区（控制区）范围［3］。 表1.1各种气流组织工作区（控制区）范围 表1.1中的工作区仅针对一般建筑，是人们生产、生活的区域。随着暖通空调技术的整体发展，原本应用于建筑、仅服务于人的通风空调系统并不能满足实际需求，其应用领域逐渐扩展到各行各业。一方面要满足人的多样需求，另一方面要满足动植物、设备、工艺需求，总之在具有营造适宜空气环境需求的人工环境中，都具有工作区（保障范围）这一概念。如图1.2所示，根据不同的环境营造需求，可分为如下工作区： （1）服务于人体医疗的人工呼吸、医用吸氧机，其工作区为人体肺部。 （2）服务于人生产、生活的车厢通风、船舱通风、机舱通风、地下通风、建筑通风，其工作区为人所活动的整个区域。 （3）服务于动植物的猪圈通风、大棚通风、粮仓通风，其工作区为动植物养殖、生长或存放的区域。 （4）服务于电气设备的数据中心通风、水泵房通风、电梯间通风，其工作区为电气设备安置的区域。 （5）服务于居住环境的小区风环境及城市通风、大气污染物迁移及输运（全球气象洋流现象），其工作区为建筑所处区域。 图1.2不同工作区通风类型及其对象尺度 1.3室内不均匀流场的评价 室内流场问题的实质是射流问题，按照边界条件的简化形式，可分为自由射流和受限射流。射流本身沿射程方向不断卷吸周围空气，因此射流速度逐渐降低，这种速度的变化还受障碍物、热浮升力等因素的影响。另外，在非等温建筑空间，射流流经各种非等温表面，会与周围空气及障碍物之间不断地进行热交换，射流内的空气温度也会随之发生不均匀的变化。因此，在室内温度场中，常见的是不均匀的室内流场。在不均匀的室内流场中，温度、风速、压力等参数以及平均热感觉指数(predicted mean vote，PMV)、预计不满意者比例（predicted percentage dissatisfied，PPD）等指标也是不均匀的。相比于均匀流场的评价问题，不均匀流场的评价问题更为困难。 在评价气流组织方面，常会遇见如图1.3所示的典型案例。如图1.3（a）所示的房间内左侧室内温度场偏高，而右侧室内温度场偏低。如图1.3（b）所示的房间内温度值整体偏高，但偏高的幅度小于图1.3（a）。如果用空气分布特性指标(air diffusion performance index，ADPI)进行计算，由于图1.3（a）和（b）的温度偏高或偏向程度均可能没有达到有效温度差（effective temperature，ΔET）的阈值，图1.3（a）和（b）的ADPI可能是相同的。这表明ADPI无法确定上述两个流场哪一个流场更优。同样无法合理评价此类流场的还包括APDI、PMV、PPD、速度不均匀系数、温度不均匀系数等指标。 图1.3室内两种不均匀温度场示意 1.4不同区域、不同需求流场的统一评价 建筑空间常为多个子空间的叠加，不同的子空间由于功能需求不同往往有不同的环境控制要求。传统室内环境的营造方法主要针对整体空间、单一目标参数，试图营造近似均匀的空气参数环境。但同一空间的不同位置（区域）可能会同时存在有差异的参数需求。面向该类需求在各位置或区域间营造有差异的参数环境，即非均匀环境的营造，是现阶段气流组织研究领域的研究重点之一。 成功营造非均匀热环境能带来包括节能在内的诸多好处。如采用分层空调气流组织形式时，仅对高大空间的下部区域进行空气调节，并保持一定的温湿度。分层空调气流组织形式对上部区域不进行空气调节，这时室内存在温度分层使得围护结构传热量减小。相对于全室空调而言，高大空间分层空调的冷负荷更小，同时分层空调在夏季可节省冷量、初投资和运行能耗。 以图1.4所示的高大空间分层空调（冬季工况）为例，其具有设备区A、人员活动区B、上部空间区C三个区域。对于冬季热风供暖工况，上述三个区域的控制参数是不同的。以温度为例，设备区A的控制温度一般为5℃（防冻要求）；人员活动区B的控制温度一般为18℃（热舒适要求）；上部空间区C没有具体要求，但从能量守恒的角度看，希望设备区、人员活动区两个区域的热量尽可能不要向上部空间扩散，上部空间区C的温度越低越好。