第三章自然通风.doc

第三章自然通风概述
概念：是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。
作用：利用室内外气流交换，降低室温和排除湿气，保证房间正常气候条件与新鲜洁净的空气；房间有一定空气流动，可加强人体的对流和蒸发散热，改善人们的工作和生活条件。
特点:不需动力, 经济; 但进风不能预处理, 排风不能净化, 污染周围环境; 且通风效果不稳定。
3.1 自然通风作用原理
只要建筑开口两侧存在压力差DP，就会有空气流过开口。

3.1.1 热压作用下的自然通风
¬ 热压：取决于室内外空气温差所致的空气容重差和进出气口的高度差。
1 单层建筑

△Pb-△Pa= △Pb+｜△Pa｜=gh(ρw-ρn)
2 多层建筑
如果是一多层建筑物，仍设室内温度高于室外温度，则室外空气从下层房间的外门窗缝隙或开启的洞口进入室内，经内门窗缝隙或开启的洞口进入楼内的垂直通道向上流动，最后经上层的内门窗缝隙或开启的洞口和外墙的窗、阳台门缝或开启的洞口排至室外。这就形成了多层建筑物在热压作用下的自然通风,也就是所谓的“烟囱效应”。
如果建筑物内没有“烟囱”（与室外有联系的竖向通道），也就没有相应的“烟囱效应”。
3.1.2 室外风压作用下的自然通风
在建筑物迎风面，气流受阻，部分动压转化为静压，静压值升高，风压为正，称为正压；在建筑物的侧面和背面由于产生局部涡流，形成负压区，静压降低，风压为负，称为负压。
由于气流的撞击作用，在迎风面形成一个滞流区，该处的静压力高于大气压力，处于正压状态。在正压区内气流呈循环流动，在地面附近气流方向与主导风向相反。在一般情况下，风向与该平面的夹角大于30°时，会形成正压区。
室外气流发生建筑绕流时，在建筑物的顶部和后侧形成弯曲循环气流。屋顶上部的涡流区称为回流空腔，建筑物背风面的涡流区称为回旋气流区。这两个区域的静压力均低于大气压力，形成负压区，我们把它们统称为空气动力阴影区。

3.2 工业厂房自然通风的计算
3.2.1 设计性计算的步骤
自然通风设计性计算通常按下列步骤进行：
1. 计算全面换气量及排风温度
l 排除车间余热量所需的全面换气量
l 车间上部排风温度的确定方法有几种，目前常用的有温度梯度法和有效热量法。
2. 确定窗孔的位置，分配各窗孔的进、排风量
3. 确定各窗孔内外压差和窗孔面积
(1) 温度梯度法：对于散热较为均匀，散热量不大的车间，室内空气温度沿高度方向的分布规律大致是一直线关系。

(2) 有效热量法（m值法）：热射流，在上升过程中不断卷入周围的空气，热射流温度逐渐下降，当热射流到达屋顶时，其中一部分又沿四周外墙向下回流而返回作业地带或在作业地带上部又重新被热射流卷入。返回作业地带的那部分循环气流，把车间
总热量的一部分又带回到作业地带而影响着作业地带的温度，这部分的热量称为有效余热量。如果车间总余热量为Q，则有效余热量即为mQ，m值称为有效热量系数。

3.2.2 校核性计算的步骤
当进行校核性计算时，可按已知的进、排风窗孔面积估算出中和面的位置。
已知一单跨热车间，车间总余热量Q＝210kJ/s，m=0.4，进、排风窗均采用单层上悬窗（α＝45°），F1=F3=10m2。μ1＝μ3＝0.52，μ2＝0.56，窗孔中心高差H＝10m。夏季室外通风计算温度tw=26℃（ρw＝1.181kg/m3），要求室内作业地带温度tn≤tw＋5℃，无局部排风，试确定必须的排风天窗面积F2。
解：（1）确定上部排风温度和室内平均温度
密度ρw=353/T＝353/（273＋26）＝1.181kg/m3
设作业地带温度tn＝tw＋5℃＝（26＋5） ℃＝31 ℃
上部排风温度tp=tw+(tn-tw)/m=26+(31-26)/0.4=38.5℃
密度ρp=353/T＝353/（273＋38.5）＝1.133kg/m3
室内空气平均温度 tnp=（tn+tp)/2=(31+38.5)/2=34.8 ℃
密度ρnp=353/T＝353/（273＋34.8）＝1.147kg/m3
（2）确定上部排风温度和室内平均温度
热平衡所需的全面换气量

（3）根据公式，由进风面积F1、F3确定进风窗孔
高度中心至中和面的

因此，中和面至排风窗孔中心的高度为
h2=h-h1=(10-3.26)m=6.74
（4）根据公式确定必须的排风天窗面积

3.3 自然通风与建筑设计
3.3.1 建筑总平面规划
（1）建筑群的布局可从平面和空间两个方面考虑。一般建筑群的平面布局可分为：行列式、错列式、斜列式及周边式等，从通风的角度来看，错列式和斜列式较行列式和周边式好。
（2）为了保证建筑的自然通风效果，建筑主要进风面一般应与夏季主导风向成60°~90°角，不宜小于45°，同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。
（3）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，在这个距离内，如果有其他较低矮的建筑物存在，就会受高大建筑所形成的正压区或负压区的影响。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。
3.3.2 建筑形式的选择
1.建筑高度对自然通风的影响
2.穿堂风
3.多层车间
4.热车间
1. 建筑高度对自然通风的影响
l 自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物的高度的增加而增强。
l 这对高层建筑物的室内通风是有利的。
l 但是，高层建筑能把城市上空的高速风引向地面，产生“楼房风”的危害，这对周边地区自然通风的稳定性和控制是不利的。
2. 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1/4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“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
3. 多层车间
多层车间，在工艺条件允许下热源尽量安设在上层，下层用于进风。
4. 热车间
u 为了增大进风面积，以自然通风为主的热车间应尽量采用单跨厂房。

u 在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置，尽量避免热跨相邻。
某铝电解车间，为了降低工作区温度，冲淡有害物浓度，厂房采用双层结构。车间的主要放热设备电解槽布置在二层，电解槽两侧的地板上，设置四排连续的进风格子板。室外新鲜空气由侧窗和地板的送风格子板直接进入工作区。这种双层建筑自然通风量大，工作区温升小，能较好的改善车间中部的劳动条件。
3.3.3 工艺布置
Ø 以热压为主进行自然通风的厂房，应尽量将散热设备布置在天窗下方。
Ø 散热量大的热源应尽量布置在厂房外面，夏季主导风向的下风侧。布置在室内的热源，应采取有效的隔热措施。
Ø 当热源靠近生产厂房一侧的外墙布置，而且外墙与热源间无工作点时，热源应尽量布置在该侧外墙的两个进风口之间。
热车间的热源布置

3.3.4 避风天窗及风帽的设计
定义：为了不发生倒灌，可以在天窗上增设挡风板，或者采取其它措施，保证天窗排风口在任何风向下都处于负压区，这种天窗称为避风天窗。
类型：
1、避风天窗: 目前常用的避风天窗有以下几种形式:
矩形天窗 下沉式天窗 曲（折）线型天窗

2、避风风帽: 在普通风帽的外围增设一周挡风圈。风帽的作用在于使排风口处和风道内产生负压，防止室外倒灌和防止雨水或污物进入风道或室内。