西安地区某高层建筑楼梯间自然通风效果实测分析.doc

西安地区某高层建筑楼梯间自然通风效果实测分析 (1)2009-07-17 10:50:18作者：李安桂 冯慧 范哲 高鸿来源：互联网浏览次数：58 以西安地区一实际高层建筑为例，通过现场实测，研究了在热压和风压共同作用下高层建筑楼梯间中和面的位置和空气流动状况，以及在热压单独作用下楼梯间的烟囱效应。基于对楼梯间门洞风速和温度的实测，分析了高层建筑楼梯间形成的烟囱效应现象，获得了室外气象条件影响楼梯间内自然通风效果的数据资料。 关键字：自然通风 12篇 楼梯间 2篇 烟囱效应 1篇 高层建筑 4篇 1 引言近些年来随着国内经济实力的不断提高，在大中型城市中的高层建筑也如雨后春笋般出现。由于高层建筑其本身的特点，使其防火要求较一般建筑高出许多。自然通风时高层建筑楼梯间内的空气流动状况主要受风压和热压的影响。本文主要研究在自然通风状况下高层建筑楼梯间内的空气流动状况，通过实验对楼梯间内风速的测量来对楼梯间内空气流动状况进行评价。2 测试方案2.1 测试仪器热球式电风速计QDF-2A型(两台)，通风干湿球温度计DHM2型(一台)，玻璃棒温度计(050)(两支)，激光测距仪(一台)，大气压力表(一个)，卷尺(一个)。2.2 测试环境图1 高层建筑及其周围平面布局图本次实验对象为西安建筑科技大学本部南院的一座高层家属楼，钢混结构，建于2000年。建筑为南北方向，出口在北边，共有二十四层，层高2.5m。大楼设两部电梯，两个单跑式楼梯。每层有住户六户，南部四户、北部两户，一楼设有传达室。在此建筑周围并无别的高层建筑，在建筑的东边是西安建筑科技大学单元楼，高均为七层，北边是六层高的临街楼，西边是三层高的学校教务处办公大楼，南边是一条路。建筑平面图如图1所示。此高层建筑的楼梯为单跑剪刀楼梯，如图2所示。图2 单个楼梯结构图2.3 测点布置由于要测量的是楼梯间门洞处的空气流速，且门洞面积为2m0.9m=1.8m24m2，所以在门洞处布置九个测点，如图3所示：图3 测点的布置因为楼梯间为单跑式剪刀楼梯间，两个楼梯间完全隔离，因此只需选择一个楼梯间进行测量即可。2.4 测试方法本方法需要甲乙两个人同时进行实验测试。需要测出室外温度和楼梯间门洞处的空气流速，温度以及大气压力。在所有测得的数据中，空气流入楼梯间时风速为正，流出为负。方法一：先将二楼到二十四层楼梯间门全部关闭，打开一层楼梯间门。甲在一楼，乙在二十四楼。乙从二十四楼向下测量，测量时打开被测层的楼梯间门，测量完毕就将该层楼梯间门关闭，保证测试时楼梯间只有两层的楼梯门开着。为保证工况一致，两人同时开始测量，乙每5min测量一层楼，甲在一楼测量，测量时间间隔也为5min。方法二：将二十四层楼梯间门全部打开，甲乙同时从一楼和第二十四楼向中间楼层测量，测量时间间隔为5min，每人测十二层。最理想的方法应该是在每一层都有一个人，24人同时进行测量。由于参与实验的人员和设备有限，无法按最理想的方案进行测试。考虑到在下午的这段时间内室外状况不会有太大的变化，状态参数可以看作没有变化，可以近似地认为是在同一时刻得到的数据。3 测试结果及分析3.1 方法一用该方法在室外温度较高的6月1日进行测试，现象较为明显，且该方案只打开两扇楼梯间门受到的干扰较少，故只测量了一组数据。测试结果如图4、图5所示：图4 楼梯间门洞处风速随测量时间的变化从图4可以看出在第一层空气一直向外流，而二十四层往下基本向内流。这是由于室外温度(28.9)高于楼梯间内部的平均温度(27.2)，楼梯间内冷空气下沉，导致室外热空气从建筑上部进入，从而形成了倒烟囱效应。还可以看出在一层附近的第二、四、五层也出现了向外流的现象，这可能是由于建筑物上部的楼梯间门密封不严有空气漏入，向下运动从第二、四、五层的楼梯间门洞排出。随着测试楼层的不断降低，测得风速逐渐减小，这是进排风口之间垂直距离减小所致。该图说明当室外温度高于楼梯间内温度时，楼梯间内自然通风气流方向向下，且随着进排风口高度差的减小自然通风的强度也逐渐减小。从图5可以看出，楼梯间门洞处的温度随楼层的升高而升高。因为建筑物受到太阳辐射的作用，上部热、下部冷，且室外温度较高的空气从楼梯间上部开口流入也使建筑物上部的温度较高;而一层楼梯间门洞处的温度基本上没有变化。图5 楼梯间温度随测量时间的变化用此方法在5月20、23、24、25、26、27日分别进行测试，测得的实验数据共6组，测试结果如图611所示：图6 风速、温度随楼层数的变化图7 风速、温度随楼层数的变化图8 风速、温度随楼层数的变化图9 风速、温度随楼层数的变化图10 风速、温度随楼层数的变化图11 风速、温度随楼层数的变化表1 楼梯间内外温度比较从以上图611和表1可以看出，在已经快要进入夏季的五月份，20日的情况比较特殊。这是因为20日天气状况比较差，室外温度很低，为20.50，比楼梯间内温度低。空气从建筑底部流入，从建筑上部流出，形成了烟囱效应。在其他测量时间内，因为室外温度较高，所以空气基本在楼梯间内为向下流动，而且从所有的图可以看出：风向的变化一般发生在47层，就是通常所说的中和面的位置。理论上讲在室外温度高于室内温度时，中和面以上空气流入楼梯间，中和面以下空气流出楼梯间;室外温度低于室内温度时则相反。而实际测量的每组数据中均有一些楼层与理论不一致，如23日的第12、15层，24日的第18、22层，25日和26日的第15层，27日的12、16、19层，其风速均为负，即空气向外流。这是因为在建筑上部室外风速比较大，空气通过阳台进入楼梯间，沿楼梯间向下流动，在流动过程中当某一层室内静压大于室外的静压力时，一部分气流就会从该层楼梯间的门洞流出，此后楼梯间内的气流静压力有所下降。这一现象可以在气流沿楼梯间向下运动的过程中反复出现。中和面以下的风速不太稳定是因为在高层建筑四周分布着许多多层建筑，而且距离高层建筑很近，这些建筑的高度刚好与高层住宅楼的第六层平齐，前面提到过综合楼就在高层住宅的正北方，而西安地区夏季的主导风向是东北风，因此在中和面以下，风速受到周围建筑的影响变化比较大，不稳定性较高。由此可以看出风压的作用也是影响自然通风的一个非常重要的因素。4 结论通过现场实验发现：在高层建筑中楼梯间内随着高度的变化空气流动变化比较大，而且在高层建筑中随着楼层的升高，楼梯间内的空气温度也随之升高;在夏季的高层建筑中，室外气温高于室内空气温度，空气沿楼梯间从上部向下流，从建筑底部流出，在流动的过程中使楼梯间内空气温度逐渐降低;从楼梯间流出的低温空气进入电梯