大开口热压与机械共同作用下的多元通风

1、热压自然通风与机械通风共存的大开口建筑多元通风段双平(西南科技大学土木工程与建筑学院)摘要本文采用多区渗透模型（MIX2.0 ）研究了热压自然通风与机械通风共存的大开口建筑多元通风。分析了两种类型的大开口多元通风存在的通风模式、多元通风量的变化规律及机械通风模式、热压对多元通风量的影响。关键词 热压 自然通风机械通风 多元通风Studies on Hybrid Ventilation Combined with Thermal and Mechanical Ventilation ofBuildings with large openingsAbstract ： MIX2.0,amulti-z

2、one infiltrationmodel,is usedtostudyonhybridventilationcombined with thermaland mechanicalventilationofbuildingswith large openings.The paperpresents ventilationmodes, the changelaw of hybrid ventilationflowand theinfluenceofmechanical ventilationmodes and thermal force onhybrid ventilationflowin tw

3、o kindsofbuildings with large openings.Keywords: thermal force, natural ventilation, mechanical ventilation, hybrid ventilation1.引言多元通风，并非为传统意义上的通风，而是一种新的节能型通风模式，通过自然通风和机械通风的相互转换或同时使用这两种通风模式来实现12。它充分利用自然气候因素如太阳、风、土壤、室外空气、植被、水蒸气等为室内创造一个舒适的环境，同时达到改善室内空气品质和节能的目的3 。从1999年起，英、美等15 个国家正在联合对多元通风机理的研究取得了阶段性

4、成果。但是，总体而言，多元通风的研究在国际上尚处于起步阶段。文献 4 对热压自然通风和机械通风共存时的小开口建筑的多元通风进行理论分析。而文献 5 对热压自然通风和机械通风相互增益的多元通风进行数值模拟。研究结果均表明，当机械通风与热压自然通风共存时，机械通风强度对热压自然通风有很大的影响。本文采用多区渗透模型（MIX2.0 ）研究热压自然通风与机械通风共存的大开口建筑多元通风，分析了两种类型的大开口多元通风存在的通风模式、多元通风量的变化规律及机械通风模式、热压大小对多元通风量的影响。2. 建筑模型与计算工况由于风压的随机性和不稳定性，本文自然通风部分只考虑热压作用下，机械通风部分分机械送风

5、和机械排风。如图 1 和图 2 为本文研究的建筑模型，建筑尺寸为 4m×4m×3m。在图 1 中，左边开口大小为 1m×2m（比如门） ,右边开口大小为 2m×1.5m（比如窗户），两开口中心垂直距离为 0.75m。在图 2 中，左右开口大小均为 2m×1.5m，两开口中心处于同一高度。统一规定，左边开口为开口 1，右边开口为开口 2。对于如图 1 的建筑模型，本文分两种工况来研究：工况 1：初始时刻室外温度为15oC，室内温度为 35oC。工况 2：初始时刻室外温度为oo5 C，室内温度为35 C。图 1 建筑模型一图 2 建筑模型二采用多区

6、渗透模型（ MIX2.0 ）模拟结果见表 16 （表中未标明单位的量的单位为m3/s）和图 37。图 3 建筑模型一通风模式的转换图 4 建筑模型二通风模式的转换qqqqqqqqds(h-1)1-in1-out2-in2-outinout 或00.820.170.30.941.121.12100.790.190.2711.051.19500.670.270.141.210.811.481000.530.390.031.50.561.891500.380.5401.840.382.382000.220.7402.140.222.882500.080.9902.420.083.412900.011

7、.2302.640.013.8730001.302.70440001.9303.4105.34表 1 建筑模型一在工况1 下风量随机械送风量的变化e-1)q1-inq1-outq2-inq2-outin 或 qdqoutq (hq00.820.170.30.941.121.11100.850.160.330.891.181.05500.970.090.490.71.460.791001.140.030.710.491.850.521501.3200.960.292.280.292001.4901.290.112.780.112401.6101.60.013.210.012501.6501.69

8、03.3403001.8602.140404002.3303.0105.340表 2 建筑模型一在工况1 下风量随机械排风量的变化q (h-1)qqqqqqqds1-in1-out2-in2-outinout 或01.020.220.371.181.391.4100.990.230.341.231.331.46500.870.310.211.441.081.751000.730.420.091.720.822.141500.590.5502.040.592.592000.430.7202.370.433.092500.270.9302.670.273.63000.131.1702.960.13

9、4.133500.021.4603.230.024.6937001.5903.3404.9340001.7903.5405.33表 3 建筑模型一在工况2 下风量随机械送风量的变化q (h-1)qqqqqin 或 qdqe1-in1-out2-in2-outout01.020.220.371.181.391.4101.050.20.411.131.461.33501.170.130.560.931.731.061001.340.060.770.712.110.771501.510.0110.52.510.512001.6901.280.312.970.312501.8601.610.133.4

10、70.133002.01020.014.010.013102.0502.0904.1404002.4302.905.330表 4 建筑模型一在工况2 下风量随机械排风量的变化q (h-1)qqqqqqqds1-in1-out2-in2-outinout 或00.590.590.590.591.181.18100.560.630.560.631.121.26500.430.770.430.770.861.541000.290.960.290.960.581.921500.171.170.171.170.342.342000.061.40.061.40.122.82400.011.610.011.

11、610.023.2225001.6701.6703.34300020204表 5 建筑模型一在工况1 下风量随机械送风量的变化(h-1)qqqqqin 或 qdqq e1-in1-out2-in2-outout00.590.590.590.591.181.18100.630.560.630.561.261.12500.770.430.770.431.540.861000.960.290.960.291.920.581501.170.171.170.172.340.342001.40.061.40.062.80.122401.610.011.610.013.220.022501.6701.670

12、3.340300202040表 6 建筑模型一在工况1 下风量随机械排风量的变化65.55工况 1送风工况 1排风4.5工况 2送风工况 2排风4机械通风量)3.5s3/m3(qd2.51.510.50050100150200250310350370450300400-1q j (h )图 5 建筑模型一多元通风量随机械通风量的变化规律)s3/m(tuoqrniq1.61.4工况 1送风工况 1排风1.2工况 2送风工况 2排风10.80.60.40.20050100150200250310370400450300350q j (h-1)图 6 建筑模型一进风量或出风量随机械通风量的变化规律4

13、.543.5)3s3/m(t2.5uqo2roniq 1.510.500送风时进风量排风时出风量送风时总风量排风时总风量机械通风量多元通风区机械通风区50100150200250300350q j (h-1)图 7 建筑模型二进风量或出风量随机械通风量的变化规律3.计算结果及分析从表14 可以看出，建筑模型一随着风机风量的增大，出现三种通风模式，如图3 为工况 1 下的情形。而从表 56 可以看出，建筑模型二随着风机风量的增大，只会出现两种通风模式，如图 4。从表16 可以看出，多元通风量随着机械通风量的增大而增大。在多元通风区，多元通风量的增幅小于机械通风量的增幅。在自然通风单独作用下无法满

14、足通风量要求时，必须依靠机械通风予以辅助。该类多元通风尤其适用于昼夜温差较大的地区的夜间通风。对比表1 与表 2 或表 3 与表 4 和图 5，容易看出，即使在机械送风量qs与机械排风量qe相等的情况下，机械送风时的多元通风量qd 要大于机械排风时的多元通风量qd。室内外温差越大，即热压越大，二者的差距越明显。所以对于中心不位于同一高度的两开口来说，机械送风与热压自然通风共存的多元通风比机械排风与热压自然通风共存的多元通风更有利，在室内外温差较大时机械送风与热压自然通风共存的多元通风更显优势。而且还可得出，对于机械送风和机械排风，通风模式转换的临界机械通风量qj 不同。对比表 5 和表 6，即

15、两开口为对开开口且两者中心位于同一高度时，机械送风时的多元通风量 qd、 q1-in、 q1-out 、 q2-in 、 q2-out 分别等于机械排风时的多元通风量qd、q1-out、 q1-in 、 q2-out、 q2-in。所以对于建筑模型 2 来说，机械送风与热压自然通风共存的多元通风和机械排风与热压自然通风共存的多元通风产生相同的多元通风量。对比表 12 和表 34 还可得出，增大室内外温差，即增大热压，在多元通风区，可以增大多元通风量，即增大热压自然通风在多元通风中的贡献。从图56 可以看出，对于建筑模型一，机械送风与热压自然通风共存的多元通风qd、qin 、 qout 随机械通

16、风量的变化曲线分别与机械排风与热压自然通风共存的多元通风qd 、qout 、 qin 随机械通风量的变化曲线不重合，这说明在多元通风区（qd>qj 的区域）即使机械通风量、热压相同，选择不同的机械通风模式（机械送风、机械排风）也会产生不同的多元通风效果，通风效果的差异因热压的增大而增大。而从图7 中不难看出，对于建筑模型二，机械送风与热压自然通风共存的多元通风qd、 qin、 qout 随机械通风量的变化曲线分别与机械排风与热压自然通风共存的多元通风q 、 q、 q随机械通风量的变化曲线相重doutin合，这说明对于建筑模型二，要达到相同的多元通风量，既可以选择机械送风，也可以选择机械排

17、风。4.结论本文采用多区渗透模型对热压自然通风与机械通风共存的大开口建筑多元通风进行模拟分析，可得出如下结论：（ 1）大开口建筑的多元通风出现多种通风模式，通风模式的转换参数受多种因素影响。（ 2）在多元通风区，多元通风量随机械通风量的增大而增大。（ 3）对于非对称大开口，机械通风模式影响多元通风效果，机械送风要优于机械排风。而对于中心位于同一高度的两大开口，机械送风和机械排风对多元通风产生相同效果。（ 4）当机械通风量相同时，多元通风量随热压的增大而增大。符号说明：qd-多元通风量 , m3/s； qj- 机械通风量 , m3/sqs-机械送风量 , m3/s； qe-机械排风量 , m3/

18、sqin- 进风量 , m3/s；qout- 出风量 , m3/s参考文献：1.Wouters,p.Classification of hybrid ventilation conceptsC .BBRI,Brussel,Belgium,September 19992.Willem de Gids .Hybrid ventilation concepts Classification and challengesC . The 4th International Conference on Indoor Air Quality,Ventilation & Energy Conservation in Buildings,V olume 1:133