8第八章 自然通風(fēng)與局部送風(fēng)

第6章

自然通風(fēng)與局部送風(fēng)§1自然通風(fēng)的作用機(jī)理§2自然通風(fēng)的計(jì)算本章內(nèi)容提要及重點(diǎn)難點(diǎn)第一節(jié)自然通風(fēng)的作用機(jī)理1熱壓的自然通風(fēng)2風(fēng)壓的自然通風(fēng)3熱壓風(fēng)壓共同作用下的自然通風(fēng)式中，△P——窗孔兩側(cè)的壓力差，Pa，

v——空氣流過(guò)窗孔時(shí)的流速，m／s；

ρ——空氣的密度，kg／m3；

ζ——窗孔的局部阻力系數(shù)。一.作用機(jī)理如果建筑物外墻的窗孔兩側(cè)存在壓力差△P，就會(huì)有空氣流過(guò)該窗孔，空氣流過(guò)窗孔時(shí)的阻力就等于△P

。上式也可以改寫(xiě)為：式中，μ——窗孔的流量系數(shù)，它的大小與窗孔的構(gòu)造有關(guān)，一般小于1。那么，通過(guò)窗孔的空氣量為式中，F(xiàn)——窗孔的面積，m2。結(jié)論：只要已知窗孔兩側(cè)的壓力差△P和窗孔的面積F就可以求得通過(guò)該窗孔的空氣量G。要實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，窗孔兩側(cè)必需存在壓力差。二.熱壓作用下的自然通風(fēng)如圖所示，窗孔a、b，兩者的高差為h。假設(shè)：

——窗孔外的靜壓力；

——窗孔內(nèi)的靜壓力；

——室內(nèi)外空氣的溫度；

——室內(nèi)外空氣的密度。圖7-1熱壓作用下的自然通風(fēng)twρwPbtnρnPb’PaPa’h若先關(guān)閉窗孔b，僅開(kāi)啟窗孔a，由于空氣的流動(dòng)，

會(huì)趨于平衡。

窗孔a的內(nèi)外壓差，空氣停止流動(dòng)?！鱌a、△Pb——窗孔a和b的內(nèi)外壓差；

g——重力加速度，m/s2。此時(shí)窗孔b的內(nèi)外壓差為：從上式可以看出，在△Pa=0時(shí)，只要（即tw<tn），則△Pb>0。因此如果開(kāi)啟窗孔b，空氣將從窗孔b流出。隨著室內(nèi)空氣的向外流動(dòng)，室內(nèi)靜壓逐漸降低，（）由等于0變?yōu)?lt;0。這時(shí)室外的空氣就由窗孔a流入室內(nèi)，一直到窗孔a的進(jìn)風(fēng)量等于窗孔b的排放量，室內(nèi)靜壓才保持穩(wěn)定。由于窗孔a進(jìn)風(fēng)，△Pa<0；窗孔b進(jìn)風(fēng)，△Pb>0。由上式可以看出，進(jìn)風(fēng)窗孔和排風(fēng)窗孔兩側(cè)壓差的絕對(duì)值之和與兩窗孔的高度差h和室內(nèi)外的空氣密度差有關(guān)，我們把稱(chēng)為熱壓。如果室內(nèi)外沒(méi)有空氣溫度差或者窗孔之間沒(méi)有高度差就不會(huì)產(chǎn)生熱壓作用下的自然通風(fēng)。實(shí)際上，如果只有一個(gè)窗孔也仍然會(huì)形成自然通風(fēng)，上部排風(fēng)，下部進(jìn)風(fēng)。三.余壓的概念為了便于今后的計(jì)算，我們把室內(nèi)某一點(diǎn)的壓力和室外同標(biāo)高未受建筑或其它物體擾動(dòng)的空氣壓力的差值稱(chēng)為該點(diǎn)的余壓。僅有熱壓作用時(shí)，由于窗孔外的空氣未受室外風(fēng)擾動(dòng)的影響，故此時(shí)窗孔內(nèi)外的壓差即為該窗孔的余壓。余壓為正，該窗孔排風(fēng)；余壓為負(fù)，該窗孔進(jìn)風(fēng)。根據(jù)公式（7-5），某一窗孔的余壓：式中，△Px——某窗孔的內(nèi)外壓差；

△Pa——窗孔a的內(nèi)外壓差；

h’——某窗孔至窗孔a的高度差；

Pxa——窗孔a的余壓。如果我們把中和面作為基準(zhǔn)面，窗孔a的余壓為：余壓hbaoo2h1中和面圖7-2余壓沿車(chē)間高度的變化式中，Px0——中和面上的余壓，為0。h1、h2——窗孔ab至中和面的距離四.風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)在建筑物迎風(fēng)面，氣流受阻，部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓，靜壓值升高，風(fēng)壓為正，稱(chēng)為正壓；在建筑物的側(cè)面和背面由于產(chǎn)生局部渦流，形成負(fù)壓區(qū)，靜壓降低，風(fēng)壓為負(fù)，稱(chēng)為負(fù)壓。

K——空氣動(dòng)力系數(shù)，在風(fēng)洞內(nèi)試驗(yàn)求得。K值有正負(fù)之分，K為正，表明風(fēng)壓為正，K為負(fù)值，表明風(fēng)壓為負(fù)值。氣流負(fù)壓區(qū)最大高度Hc氣流負(fù)壓區(qū)最大高度受建筑影響的氣流最大高度A為建筑物橫斷面積Pn

PxabP0PfaPfbvw風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)tn=tw，沒(méi)有熱壓的作用在窗孔a、b均未開(kāi)啟時(shí)，室內(nèi)各點(diǎn)的余壓均為0。如果先開(kāi)啟a，關(guān)閉b，由于空氣的流動(dòng)，室內(nèi)的壓力逐漸升高，當(dāng)Pna=Pfa時(shí)，空氣停止流動(dòng)。此時(shí)室內(nèi)的余壓Pxa=Pna。所以在風(fēng)壓?jiǎn)为?dú)作用下，窗孔a的內(nèi)外壓差為：如果在開(kāi)啟b，空氣會(huì)由窗孔b流出，這時(shí)Pfa>Pna>Pfb。一直到流入和流出空氣量相等，室內(nèi)余壓保持穩(wěn)定。五.風(fēng)壓、熱壓同時(shí)作用下的自然通風(fēng)某一建筑物受到風(fēng)壓、熱壓同時(shí)作用時(shí)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)各窗孔的內(nèi)、外壓差就等于風(fēng)壓、熱壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)窗孔內(nèi)外壓差之和。由公式(7—13)：可以看出，也就等于各窗孔的余壓和室外風(fēng)壓之差。對(duì)于圖7—8所示的建筑，窗孔a的內(nèi)外壓差：式中，

Pxa——窗孔a的余壓；

Pxb

——窗孔b的余壓；Ka、Kb——窗孔a和b的空氣動(dòng)力系數(shù)；

h——窗孔a和b之間的高差。圖7-8風(fēng)壓熱壓同時(shí)作用下的自然通風(fēng)twρwPxbtnρnKaPxahKbvw熱壓與風(fēng)壓究竟誰(shuí)起主導(dǎo)作用呢？一般來(lái)說(shuō)，熱壓起主導(dǎo)作用。根據(jù)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，僅考慮熱壓的作用，對(duì)風(fēng)壓做定性分析。第二節(jié)自然通風(fēng)的計(jì)算一、概述工業(yè)廠房的自然通風(fēng)計(jì)算包括兩類(lèi)問(wèn)題：一類(lèi)是設(shè)計(jì)計(jì)算，即根據(jù)已確定的工藝條件和要求的工作區(qū)溫度計(jì)算必須的全面換氣量確定進(jìn)排風(fēng)窗孔位置和窗孔面積。另類(lèi)是校核計(jì)算，即在工藝、土建、窗孔位置和面積確定的條件下，計(jì)算能達(dá)到的最大自然通風(fēng)量，校核工作區(qū)溫度是否滿足衛(wèi)生標(biāo)淮的要求。進(jìn)行自然通風(fēng)計(jì)算的簡(jiǎn)化條件：通風(fēng)過(guò)程是穩(wěn)定的，影響自然通風(fēng)的因素不隨時(shí)間而變化；整個(gè)車(chē)間的空氣溫度都等于車(chē)間的平均空氣溫度tnp同一水平面上各點(diǎn)的靜壓均保持相等，靜壓沿高度方向的變化符合流體靜力學(xué)法則；車(chē)間內(nèi)空氣流動(dòng)時(shí)，不受任何障礙的阻擋；不考慮局部氣流的影響，熱射流、通風(fēng)氣流到達(dá)排風(fēng)窗孔前已經(jīng)消散；用封閉模型得出的空氣動(dòng)力系數(shù)適用于有空氣流動(dòng)的孔口。tn——室內(nèi)工作區(qū)溫度；tp——上部窗孔的排風(fēng)溫度。二、自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)步驟1、計(jì)算車(chē)間的全面換氣量式中，Q——車(chē)間的總余熱量，kJ/s;

tp——車(chē)間上部的排風(fēng)溫度，℃

tj——車(chē)間的進(jìn)風(fēng)溫度，℃

c——空氣比熱，c=1.01kJ/kg·℃

2、確定窗孔的位置，分配各窗孔的進(jìn)排風(fēng)量。3、計(jì)算各窗孔的內(nèi)外壓差和窗孔面積僅有熱壓作用時(shí)，先假定中和面位置或某一窗孔的余壓，然后根據(jù)公式(7-7)或(7-8)計(jì)算其余各窗孔的余壓。在風(fēng)壓熱壓同時(shí)作用時(shí)，同樣先假定某一窗孔的余壓，然后按公式(7-14)和(7-15)計(jì)算其余各窗孔的內(nèi)外壓差。(7-8)(7-9)(7-14)(7-15)以右圖為例twρwPbtnρnPb’PaPa’h從上式可以看出，進(jìn)排風(fēng)窗孔面積之比是隨中和面位置的變化而變化的。中和面向上移(即增大h1減小h2)，排風(fēng)窗孔面積增大，進(jìn)風(fēng)窗孔面積減小；中和面向下移，則相反。在熱車(chē)間部采用上部天窗進(jìn)行排風(fēng)，天窗的造價(jià)要比側(cè)窗高，因此中和面位置不宜選得太高。三、車(chē)間排風(fēng)溫度的計(jì)算對(duì)某些特定的車(chē)間可按排風(fēng)溫度與夏季通風(fēng)計(jì)算溫度差的允許值確定，對(duì)大多數(shù)車(chē)間而言，要保證（tn-tw）≤5℃，（tP-tw）≤10~12℃；對(duì)于廠房高度不大于15m，空內(nèi)散熱源比較均勻，而且散熱量不大于116w/m3時(shí)，可用溫度梯度法計(jì)算排風(fēng)溫度tP。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，熱車(chē)間夏季自然通風(fēng)的排風(fēng)溫度可按下述三種方法計(jì)算：表7-1溫度梯度值（℃/m）教材P193

3.按有效熱量系數(shù)m計(jì)算熱射流，在上升過(guò)程中不斷卷入周?chē)目諝?，熱射流溫度逐漸下降，當(dāng)熱射流到達(dá)屋頂時(shí)，其中一部分又沿四周外墻向下回流而返回作業(yè)地帶或在作業(yè)地帶上部又重新被熱射流卷入。返回作業(yè)地帶的那部分循環(huán)氣流，把車(chē)間總熱量的一部分又帶回到作業(yè)地帶而影響著作業(yè)地帶的溫度。這部分的熱量稱(chēng)為有效余熱量。如果車(chē)間總余熱量為Q，則有效余熱量即為mQ，m值稱(chēng)為有效熱量系數(shù)。根據(jù)這個(gè)車(chē)間的熱平衡，消除車(chē)間余熱所需的全面進(jìn)風(fēng)量為：根據(jù)工作區(qū)的熱平衡，消除工作區(qū)的余熱所需的全面進(jìn)風(fēng)量為：因?yàn)?，所以有：?-2（a）m2值表7-2（b）m3值圖7-12m1的計(jì)算圖m=m1×m2×m3m1—由熱源占地面積和車(chē)間地板面積比值確定系數(shù)m2—由熱源高度確定系數(shù)m3—由熱源的輻射散熱量和總熱量比值確定系數(shù)計(jì)算例題教材P195某車(chē)間如圖所示，車(chē)間總余熱量Q=582kJ/s，m=0.4，F(xiàn)1=F2=15m2，μ1=μ3=0.6，μ2=0.4，空氣動(dòng)力系數(shù)K1=0.6，K2=-0.6，K3=-0.3，室外風(fēng)速vw=4m/s，室外空氣溫度tw=26℃，β=1.0，要求室內(nèi)工作區(qū)溫度tn≤tw+5℃，計(jì)算天窗面積F2。例7-1教材P1951Pxh=10m2vw3【解答】（1）計(jì)算全面換氣量工作區(qū)溫度上部排風(fēng)溫度全面換氣量車(chē)間的平均空氣溫度（2）計(jì)算各窗孔的內(nèi)外壓差室外風(fēng)的動(dòng)壓假設(shè)窗孔1的余壓為Px，則各窗孔的內(nèi)外壓差為：由于窗孔1、3進(jìn)風(fēng)，ΔP1和ΔP3均是負(fù)值，代入公式時(shí)應(yīng)取絕對(duì)值。（3