通风工程(第3章)

1、1第第3 3章自然通风章自然通风自然通风自然通风依靠室外大气运动产生的依靠室外大气运动产生的风压风压和室内外温度差和室内外温度差 引起的引起的热压热压使室内外空气流动所形成的通风。使室内外空气流动所形成的通风。特点特点好经济：不消耗动力、一般不设置管道和专门的通风设好经济：不消耗动力、一般不设置管道和专门的通风设 备、有时可获得很大的通风量。备、有时可获得很大的通风量。不好室内空气流动难以比较满意、通风量难以人为控制。不好室内空气流动难以比较满意、通风量难以人为控制。影响因素影响因素气象条件、房屋型式、室内布置和散热情况。气象条件、房屋型式、室内布置和散热情况。应用应用主要是工业、民用建筑的全

2、面通风，少量应用于热主要是工业、民用建筑的全面通风，少量应用于热设备的局部排气系统。设备的局部排气系统。23.13.1自然通风作用原理自然通风作用原理如图：建筑物外墙上有窗孔，存如图：建筑物外墙上有窗孔，存在压力差在压力差P ，空气流过孔口的流空气流过孔口的流速速v为：为： Pvvj2通过窗孔的空气量：通过窗孔的空气量：PFvFL2PFLG2或或在自然通风条件下，在自然通风条件下，P是怎样产生的？提高是怎样产生的？提高P的途径？的途径？ 3一、热压作用下的自然通风热压作用下的自然通风考虑一建筑有考虑一建筑有2 2个窗孔个窗孔A A、B B，高度相差，高度相差h h，设，设t ti itto o

3、( (热车间热车间) )，则则o oi i 。根据流体静力学原理：根据流体静力学原理：)()()()()(ioAiooAiAooAiiAoBiBBghPghPPghPghPPPP讨论讨论：（1 1）只开一个窗孔）只开一个窗孔 空气停止流动空气停止流动； （2 2）A A、B B同时开启同时开启 A A窗进风、窗进风、B B窗排风，风量相等。窗排风，风量相等。4由于由于P PA A00，问题问题:只开一个窗孔只开一个窗孔 ，空气真的会停止流动？空气真的会停止流动？冷车间的情况？冷车间的情况？)()(ioABABghPPPP热压热压密度差密度差=o o-i i高度差高度差h hq热压的概念热压的概

4、念5q中和面中和面定义：室内外任一高度压力相等（压差定义：室内外任一高度压力相等（压差0 0）的水平面）的水平面6由于：由于：iBBBBoAAAAPFGPFG22oiAABBAABBioiosioBiosioATTFFHhFFTThhTThKghPTThKghP2122122111111)(11)(又有：又有：所以：所以：中和面位置与开口中和面位置与开口面积、开口流量系面积、开口流量系数和室内外温度有数和室内外温度有关！关！7多层建筑的热压引起的自然通风多层建筑的热压引起的自然通风大中和面大中和面小中和面小中和面H Hh h8q多层建筑的烟囱效应多层建筑的烟囱效应有烟囱效应有烟囱效应建筑物内没

5、有建筑物内没有“烟囱烟囱”（与室外有（与室外有联系的竖向通道），也就没有相应联系的竖向通道），也就没有相应的的“烟囱效应烟囱效应”。9热压作用热压作用模拟的建筑模型模拟的建筑模型每层有上下两个开口每层有上下两个开口1011室内空气温度分布室内空气温度分布12杭州地铁七宝车辆段检修主厂房模型杭州地铁七宝车辆段检修主厂房模型13高度高度1.5m温度分布温度分布14主厂房内不满足卫生标准的区域分布图主厂房内不满足卫生标准的区域分布图15二、风压作用下的自然通风风压作用下的自然通风 风压风压气流绕流建筑物时，建筑物四周的气流压力分布基本规律：气流绕流建筑物时，建筑物四周的气流压力分布基本规律：建筑表面

6、相对于未受扰动建筑表面相对于未受扰动气流的静压力变化称之为气流的静压力变化称之为 风压风压迎风面迎风面动压动压 、静压、静压（正压）（正压） 侧面和背面侧面和背面流动分离、涡流流动分离、涡流 静压静压（负压）（负压） 16 空气动力学阴影区空气动力学阴影区17 风压的计算风压的计算风压按下式计算：风压按下式计算：已知已知PPw w后可以按（后可以按（3-33-3）式计算风压作用下的自然通风量。）式计算风压作用下的自然通风量。当孔口或缝隙的尺寸很小时，用下式计算：当孔口或缝隙的尺寸很小时，用下式计算：owwvKp22npFL/21819电梯机房电梯厅休息厅会议室电梯厅公司总部办公室电梯厅走道电梯

7、厅电梯厅走道电梯厅走道走道电梯厅走道走道电梯厅走道走道电梯厅走道走道办公电梯厅走道走道电梯厅走道机房流域集控值班室通信自动化控制室培训教室电梯厅走道地下车库地下车库电梯厅电梯厅档案库休息档案库档案库档案库大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公电

8、梯厅走道走道大空间办公电梯厅走道走道大空间办公(结构板面标高）大堂1:150屋1屋2屋2屋1浅灰黄色铝单板水箱位置大空间办公走道走道大空间办公双层幕墙双层幕墙(结构板面标高）(结构板面标高）(结构板面标高）弱电机房弱电机房地下车库坡道竖隐横明 双层幕墙双层幕墙春、秋季工况春、秋季工况 20双层幕墙建筑内部通风气流组织示意双层幕墙建筑内部通风气流组织示意 21计算网格计算网格 22条缝宽度条缝宽度200 条缝宽度条缝宽度80 第第13层为中和面，只需考虑风压作用，采用层为中和面，只需考虑风压作用，采用Energyplus软件软件23室外风速为室外风速为1.5m/s时距离地面时距离地面2m高度平面

9、上的速度分布高度平面上的速度分布 24三、热压和风压联合作用下的自然通风三、热压和风压联合作用下的自然通风热压和风压共同作用下的自然通风可以认为是代数叠加热压和风压共同作用下的自然通风可以认为是代数叠加热压、风压究竟谁起主导作用？热压、风压究竟谁起主导作用？一般是热压一般是热压规范规范规定：在实际工程设计计算时仅考虑热压的作用，规定：在实际工程设计计算时仅考虑热压的作用，风压一般不予考虑风压一般不予考虑（风压的不确定因素）（风压的不确定因素）25在热压与风压共同作用的条件下，主在热压与风压共同作用的条件下，主厂房内不满足卫生标准的区域分布图厂房内不满足卫生标准的区域分布图263.2 3.2 自

10、然通风的计算自然通风的计算 计算方法计算方法计算方法有多种，通常采用计算方法有多种，通常采用“热压法热压法”。 两种计算类型两种计算类型 设计计算设计计算 已知：工艺条件和要求的工作区温度已知：工艺条件和要求的工作区温度计算：全面通风量，进、排风窗孔中心位置和开孔面积计算：全面通风量，进、排风窗孔中心位置和开孔面积 校核计算校核计算 已知：工艺、土建、窗的位置和面积已知：工艺、土建、窗的位置和面积计算：自然通风量，校核工作区温度是否满足卫生要求计算：自然通风量，校核工作区温度是否满足卫生要求27 简化条件（简化条件（P48P48） 空气流动是稳定的空气流动是稳定的 空气温度等于车间的平均温度，

11、静压符合流体静力学规律空气温度等于车间的平均温度，静压符合流体静力学规律 车间内空气流动无障碍，不考虑局部气流的影响车间内空气流动无障碍，不考虑局部气流的影响 不考虑经维护结构缝隙渗透的空气量不考虑经维护结构缝隙渗透的空气量 经开孔流入或室内热源所造成的射流到达排风窗孔前已完经开孔流入或室内热源所造成的射流到达排风窗孔前已完全消散全消散 用封闭模型得出的空气动力系数适用于有空气流动的孔口用封闭模型得出的空气动力系数适用于有空气流动的孔口28 设计计算步骤设计计算步骤设计计算一般分设计计算一般分3 3步：步：1)1)计算全面换气量计算全面换气量2)2)确定窗孔的位置，分配各窗孔进、排风量确定窗孔

12、的位置，分配各窗孔进、排风量3)3)计算各窗孔内外压差和窗孔面积计算各窗孔内外压差和窗孔面积)(jpttcQG问题：如何确定问题：如何确定tp?wnpwAAiAAAghGghGF)(2)(21001进风窗孔面积：进风窗孔面积：排风窗孔面积：排风窗孔面积：pnpwBBiiBBBghGghGF)(2)(2202FA、FB随随h变化的变化的29 确定排风温度确定排风温度t tp p有有3 3 种方法：种方法：1)1)容许温差法为保证（容许温差法为保证（t tn n-t-tw w）5,5,(t(tp p-t-tw w) )应不超过应不超过10101212；2)2)温度梯度法温度梯度法t tp p=t=

13、tn n+(h-2)+(h-2)，t tn n见表见表3-13-1、见表见表3-23-2（P49P49）3)3)有效热量系数法（有效热量系数法（m m值法）值法）mttttttttmwnwpwpwn)(mQmQ是车间总散热量是车间总散热量Q Q中直接散入工作区的热量（中直接散入工作区的热量（P50P50）30 校核计算步骤校核计算步骤校核计算可以分校核计算可以分3 3步：步：2)2)计算自然通风量计算自然通风量G G；wApBpBwApnpwBBBwnpwAAAFFHhFFHhghFGghFG222221211,1)(2)(21)1)计算中和面位置计算中和面位置h h；3)3)计算工作区温度计

14、算工作区温度t tn n。 计算实例：计算实例：设计和校核计算例题（设计和校核计算例题（P53P53）31 注意：注意： 前面讲的工程设计中常用的计算方法前面讲的工程设计中常用的计算方法 现在有更准确区域（现在有更准确区域（如如EPEP）和场模型（）和场模型（CFDCFD）方法，可以）方法，可以得到更准确的结果。得到更准确的结果。323.33.3自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 自然通风受到很多因素的影响自然通风受到很多因素的影响：气象条件、建筑平面规划、建筑形式、室内工艺布置、气象条件、建筑平面规划、建筑形式、室内工艺布置、窗户形式和开窗面积、其它机械通风设备等。窗户形式和开窗面积、其它

15、机械通风设备等。确定设计方案时，通风、工艺和建筑各专业应密切配确定设计方案时，通风、工艺和建筑各专业应密切配合，对有关问题综合考虑。合，对有关问题综合考虑。介绍一些可供参考的基本设计原则和经验。介绍一些可供参考的基本设计原则和经验。33建筑总平面规划建筑总平面规划平面布局：平面布局：错列式和斜列式较行列式和周边式好错列式和斜列式较行列式和周边式好34建筑方位建筑方位，纵轴尽量布置成东西向，避免大面积的窗和墙，纵轴尽量布置成东西向，避免大面积的窗和墙受日晒的影响；受日晒的影响；进风面进风面一般与夏季主导风向成一般与夏季主导风向成6090，不小于，不小于45，并与避免西晒问题同时考虑；并与避免西晒

16、问题同时考虑；建筑物之间有关尺寸保持适当比例建筑物之间有关尺寸保持适当比例。室外风吹过建筑物时，。室外风吹过建筑物时，迎风面的正压区和背风面的负压区都会延伸一定的距离，迎风面的正压区和背风面的负压区都会延伸一定的距离，为了保证较低矮的建筑物能正常进风和排风，各建筑之间为了保证较低矮的建筑物能正常进风和排风，各建筑之间有关的尺寸应保持适当的比例。有关的尺寸应保持适当的比例。 35建筑形式建筑形式利用利用“穿堂风穿堂风” 如果迎风面和背风面的外墙开孔面积占外墙总面积如果迎风面和背风面的外墙开孔面积占外墙总面积1/41/4以上，且建以上，且建筑内部阻挡较少时，室外气流横贯整个车间，形成所谓的筑内部阻

17、挡较少时，室外气流横贯整个车间，形成所谓的“穿堂风穿堂风”。应用穿堂风时，应将主要热源布置在夏季主导风向的下风侧应用穿堂风时，应将主要热源布置在夏季主导风向的下风侧36散热大的车间尽量采用单层建筑，四周无遮挡。如为双层散热大的车间尽量采用单层建筑，四周无遮挡。如为双层建筑，散热设备应布置在二层：建筑，散热设备应布置在二层： 37以自然通风为主的热车间，应尽量采用单跨厂房。必须用以自然通风为主的热车间，应尽量采用单跨厂房。必须用多跨时，应冷、热相间：多跨时，应冷、热相间： 38 39 工艺布置工艺布置以热压为主进行自然通风的厂房，应将散热设备尽量布置以热压为主进行自然通风的厂房，应将散热设备尽量

18、布置在天窗的下方；在天窗的下方；散热量大的热源，应尽量布置在厂房的外面；散热量大的热源，应尽量布置在厂房的外面；如热源布置在厂房一侧靠外墙，尽量布置在二个进风口之如热源布置在厂房一侧靠外墙，尽量布置在二个进风口之间：间：40 避风天窗及风帽设计避风天窗及风帽设计1) 避风天窗避风天窗 普通排风天窗的问题：迎风面窗孔会发生普通排风天窗的问题：迎风面窗孔会发生“倒灌倒灌” 解决办法：解决办法：在天窗上增设挡风板，形成负压，在天窗上增设挡风板，形成负压，称为称为“避风天窗避风天窗”41 42 43 2) 避风风帽避风风帽避风风帽是一种安装在自然排风系统出口的装置，它可避风风帽是一种安装在自然排风系统出口的装置，它可以利用风力造成的负压，加强排风能力。以利用风力造成的负压，加强排风能力。44 45 美兰机场站模型美兰机场站模型46 0.00.20.40.60.82022242628303234363840站台温度（）站台风速（m/s）上