民用建筑管道式自然通风

民用建筑管道式自然通风魏学孟哈尔滨工业大学摘要管道式自然通风系统的使用由来已久,该系统为全新风系统。通过实例计算,认为在北京和哈尔滨地区,这种通风方式可以满足人们对新风的需要。关键词自然通风全新风系统管道布置气流组织NATURALVENTILATIONWITHDUCTSFORCIVILBUILDINGSBYWEIXUEMENGABSTRACTTHOUGHWITHALONGHISTORY,THENATURALVENTILATIONSYSTEMSWITHDUCTSAREFULLFRESHAIRSYSTEMSBASEDONTHECALCULATIONOFANEXAMPLE,INDICATESTHATTHESYSTEMCANMEETTHENEEDSFORFRESHAIRINBEIJINGANDHARBINKEYWORDSNATURALVENTILATION,FULLFRESHAIRSYSTEM,DUCTLAYOUT,AIRDISTRIBUTIONHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY,HARBIN,CHINA1问题的提出SARS的出现和传播,使人们对居室的通风问题给以特殊的思考。全新风的通风显然是最佳选择。为了对付SARS,人们根据这一名词提出了反制SARS的办法,即SSUN阳光,AAIR空气,RREST休息和SSPORT运动。这真是绝妙之作,可见人定胜邪。其实上述4条是尽人皆知的健身原则。保持人们的居室良好的通风,是暖通空调工作者的责任。20世纪50年代初在哈尔滨建造的公共和民用建筑中,每个房间均有自然通风孔。整个建筑物形成一个管道式自然通风系统。图1为4层民用建筑的管道式自然通天花板下,排风管直接连到顶层阁楼的水平总管上,然后经顶端安有风帽最好为避风风帽的竖直管排至室外。在各房间一外墙上,一般设有室外进风口,不由走廊进风。此系统的特点是各屋管道互不相通,可避免交叉污染,是一个全新风系统。图中靠外墙部分为厨房排油烟管道。目前,在8层以下的多层建筑中,除厨房和卫生间外,已基本不设计这种管道式自然通风了。即或厨房的自然通风系统也不像图1所示的单独排风,而是由1层到顶层共用一个竖直排风道,形成一个枝状排风管,一旦发生空气的倒灌,各层厨房的气味会互窜。这里重提几十年前的自然通风形式,在于它仍具有活力,很有借鉴价值。对于管道式自然通风,需要考虑的问题有通风动力、气流组织和管道布置等。2通风动力管道式自然通风的动力为室内外空气密度不同形成的重力差P1P1GHWN1通风设计计算。根据笔者所知指笔者周围居住者,这样的三室一厅大多居住2人二老者,少数3人二老一小,极个别居住4人。现按4人计算,按新风量30M3/H人2,则共需120M3/H。实际上,30M3/H人已足够。31气流流程3个居室和客厅的室外新风入口应位于连接外墙角与门的对角线外墙上见图2中A点,距地面05M左右但1层的新风采风口应高于地面2M,新风口仍距地面05M。室内总排风口位于门厅入口门的过梁上部见图2中B点,空气流经过梁,进入与过梁平行的走廊水平总管,经竖管排出。这种设计气流在房间内的流程最长。因入口风速不大,不能形成射流,所以新风进入室内与室内空气混合后再流出,新风得以充分利用。这一气流组织显然是合理的。白天,各房间的门开启,空气可直接由门流出夜间,居室的门可能关闭,这时可在门的下方开一百叶窗,作为通风口。32阻力计算以哈尔滨市4层建筑为例,计算气流流动阻力,排风系统图见图3。风速按下式计算G为自由落体加速度,M/S2H为各层排风式中口至风帽的高差,MWN为室外空气与室内空气密度差,KG/M3。严格地说,H值应为房间的室外新风进风口与风帽的高差。计算时留有一定的富余。本文以哈尔滨和北京两市冬季为例计算说明自然通风的动力。因为管道式自然通风为直流式通风,它形成的热负荷为供暖热负荷,所以计算温度应取冬季供暖计算温度TWJ。但这样计算得到的通风动力值P1偏大,而整个供暖季室外温度基本上均低于TWJ,故而取各城市供暖期的室外平均温度TWP。按图1所示各层尺寸计算得到的结果列于表1中。表1北京、哈尔滨供暖季平均通风动力TWP/TN/WP/KG/M3N/KG/M3P1/PAH/M楼层北京1384816181301121314119054140174506068哈尔滨13848991813421213143气流组织由表1可以看出,管道式自然通风所产生的压头不大,所能产生的室内通风量也不会太大,所以室内合理的气流组织就非常重要,应尽量使新风流经全室。图2是哈工大1995年建成的某教工宿舍楼中Q2V3600F式中V为风速,M/SQ为风量,M3/HF为风道断面积,M23600,换算系数。局部阻力按下式计算图3排风系统图V2Z32式中Z为管道局部阻力,PA为局部阻力系数V为管道风速,M/S为空气密度,KG/M3。A新风室外入口新风口尺寸为120MM120MM,新风量30图2某住宅单元平面图某四室单元实际应为三室一厅的平面图。该单元使用面积7706M2,扣除厨房、卫生间、厕所的面积后,三室各约13M2一厅约24M2的使用23M/H,局部阻力系数10将已知数代入式2,3分别求得风管风速V10579M/S,局部阻力Z10225PA。B经各房间的阻力因流经各房间的气流速度极小,故可忽略。C空气流入门厅上方排风口局部阻力设排风口为120MM120MM,排风量120M3/H,则90直流三通阻力系数02。经计算,风口风速V22315M/S,局部阻力Z2065PA。D90弯头设总风管断面尺寸为250MM250MM,排风量120M3/H4,则90弯头阻力系数021。经计算,风管风速V32133M/S,局部阻力Z30579PA。E避风风帽查阅风帽资料,筒形风帽2型直径为200MM,显然不合适,故选3型,风帽直径为280MM。因此调整竖管直径为280MM,水平总管尺寸也作相应调整,还有一个等当量直径的天圆地方,阻力很小。前面计算的局部阻力Z2,Z3均会减小。避风风帽局部阻力系数有风时为12,无风时为061,取12。经计算,风管速度V42166M/S,局部阻力Z43415PA。F长度阻力此系统中管段长度基本为竖管长度,L48M。风管风量480M3/H,风管直径280MM,则比摩阻RM0245PA/M,长度阻力RML1176PA。G总阻力ZZ1Z2Z3Z4RML6045PA33总通风动力P热压形成的通风动力P1北京为4114PA,哈尔滨为6068PA,而在风帽作用下,产生的通风动力P2北京冬季室外平均风速为28M/S为204PA哈尔滨平均风速为38M/S为3876PA。总通风动力PP1P2,北京为618PA,哈尔滨为9944PA。其中不包括热压的富余量。经过反复计算、考虑了各种因素,得知北京、哈尔滨两地供暖期用管道式自然通风可满足每人新风量30M3/H的需求。其他楼层的总通风动力值还要高一些,不再计算。4管道布置风道布置应与土建配合好。民用建筑的竖直风道通常布置在内墙里,不允许布置在外墙内。如果内墙厚度小于一砖半厚时,可设置贴附风道。如靠外墙设置贴附风道时,须在风道壁与外墙之间留4050MM的空气层,以防止空气通过时结露而影响自然通风效果。贴附风道布置见图4。图4贴附风道在内墙布置风道时两个相邻的排风道的间距不应小于1/2砖厚。风道断面尺寸应取砖厚尺寸的整数倍,其最小尺寸为1/21/2砖厚,如图5所示。图5内墙风道不同楼层内房间的竖直风道在上部汇合。对于高层建筑物,根据防火要求,每46层内各竖风道可以汇合于一起通到建筑物上部的水平风道,然后经竖直排风管相连,通到室外。竖直风道可汇合于屋顶的阁楼、楼梯间的天花板下或上层走廊,或各组风道以通风竖井形式直通至屋顶。室外的竖直风管应保温。民用建筑自然通风系统中的排风帽通常设在屋顶上,一般应高于屋脊05M。以上有关公共和民用建筑管道式通风形式仅供参考。文中叙述均以冬季为例。至于冬季通风热负荷等问题需另