通风工程(第3章)

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▪建筑形式
✓利用“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
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✓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：
36
1) 避风天窗 ✓ 普通排风天窗的问题：迎风面窗孔会发生“倒灌” ✓ 解决办法：在天窗上增设挡风板，形成负压，
称为“避风天窗”
40
41
42
2) 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 以利用风力造成的负压，加强排风能力。
43
44
美兰机场站模型
45
站台温度（℃）
40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20
h2
1
H
FB2 p
FA2 w
2) 计算自然通风量G；
3) 计算工作区温度tn。
▪ 计算实例：设计和校核计算例题（P53）
30
▪ 注意：
• 前面讲的工程设计中常用的计算方法 • 现在有更准确区域（如EP）和场模型（CFD）方法，可
以得到更准确的结果。
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3.3 自然通风与建筑设计
▪自然通风受到很多因素的影响：
01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00 01:00:00 19:00:00 13:00:00 07:00:00
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▪ 设计计算步骤
设计计算一般分3步： 1) 计算全面换气量
Q G
c(t p t j )
问题：如何确定tp?
2) 确定窗孔的位置，分配各窗孔进、排风量
3) 计算各窗孔内外压差和窗孔面积
进风窗孔面积：FA A
GA
2gh1 (0 i )0 A
GA 2gh1 (w np )w
排风窗孔面积：FB B
▪应用－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。
1
3.1 自然通风作用原理
如图：建筑物外墙上有窗孔，存 在压力差ΔP ，空气流过孔口的流 速v为：
v v j
2P
通过窗孔的空气量：
L vF F 2P
或
G L F 2P
在自然通风条件下，ΔP是怎样产生的？提高ΔP的途径？
2
一、热压作用下的自然通风
考虑一建筑有2个窗孔A、B，高度相差h，设ti>to(热车间)， 则ρo>ρi 。根据流体静力学原理：
PB PiB PoB
(PiA ghi ) (PoA gho ) (PiA PoA ) gh(o i ) PA gh(o i )
讨论：（1）只开一个窗孔 →空气停止流动；
计
算：自然通风量，校核工作区温度是否满足卫生要求
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▪ 简化条件（P48）
• 空气流动是稳定的 • 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 • 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
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
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。
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。
介绍一些可供参考的基本设计原则和经验。
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▪建筑总平面规划
✓平面布局：错列式和斜列式较行列式和周边式好
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✓建筑方位，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； ✓进风面一般与夏季主导风向成60～90°，不小于45°，并 与避免西晒问题同时考虑； ✓建筑物之间有关尺寸保持适当比例。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， 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。
第3章 自然通风
▪自然通风－依靠室外大气运动产生的风压和室内外温度差
引起的热压使室内外空气流动所形成的通风。
▪特点
✓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。
✓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
气象条件、房屋型式、室内布置和散热情况。
5
由于： GA AFA 2PAo GB BFB 2PBi
又有：
PA
h1 ( o
i )g
K
s
h1
1 To
1 Ti
PB
h2 (o
i )g
K
s
h2
1 To
1 Ti
所以：
h1 h2
To Ti
B FB AFA
2
h1 H
1
1
B A
FB FA
2
Ti To
中和面位置与开口 面积、开口流量系 数和室内外温度有 关！
休息厅
会议室 走道
公司总部办公室 走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
大空间办公
走道
档案库 走道
档案库 走道
弱电机房 走道
休息
走道
走道
电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅 电梯厅
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公 走道 大空间办公
双层幕墙
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
走道 大空间办公
档案库 走道
走道 档案库
走道 弱电机房
走道 办公
屋2
走道 机房
通信自动化控制室
走道
（2）A、B同时开启 →A窗进风、B窗排风，风量相等。
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热压的概念
由于ΔPA<0， PB (PA ) PB PA gh(o i ) 热压 密度差Δρ=ρo-ρi 高度差h
▪问题:
✓只开一个窗孔 ，空气真的会停止流动？ ✓冷车间的情况？
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中和面
定义：室内外任一高度压力相等（压差＝0）的水平面
主任办公室
01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00 01:00:00 17:00:00 09:00:00
m
tn (t p
tw tw)
tp
tw
tn
tw m
mQ是车间总散热量Q中直接散入工作区的热量（P50）
29
▪ 校核计算步骤
校核计算可以分3步： 1) 计算中和面位置h；
GA A FA 2gh1 (w np )w GB B FB 2gh2 ( w np ) p
h1
1
H
FA2 w
,
FB2 p
6
多
层
建
筑
的
热
大中和面
压
引
起
的
自
小中和面
然 通
风
H h
7
多层建筑的烟囱效应
有烟囱效应
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”。
8
热压作用 模拟的建筑模型 每层有上下两个开口
9
室 内 空 气 速 度 分 布
10
室内空气温度分布
11
杭州地铁七宝车辆段检修主厂房模型
GB
2gh2 (0 i )i B
GB 2gh2 (w np ) p
FA、FB随 h变化的
28
▪ 确定排风温度tp
有3 种方法： 1) 容许温差法－为保证（tn-tw）≤5℃,
(tp-tw)应不超过10～12℃； 2) 温度梯度法－tp=tn+α(h-2)，
tn见表3-1、α见表3-2 （P49） 3) 有效热量系数法（m值法）－
20 45
档案室
25
30
温度
35
副主任办公室 北向大办公室
40
主任办公室
45 档案室
室外风速为1.5m/s时距离地面2m高度平面上的速度分布
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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、风压究竟谁起主导作用？－一般是热压 ✓《规范》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（风压的不确定因素）
✓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：
37
38
▪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 在天窗的下方； ✓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 间：
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▪ 避风天窗及风帽设计
电梯厅
培训教室
走道
电梯厅
地下车库坡道 地下车库
地下车库
电梯厅 电梯厅
大堂
1:150
(结构板面标高）
浅灰黄色铝单板 竖隐横明
(结构板面标高）
双层幕墙 春、秋季工况
19
双层幕墙建筑内部通风气流组织示意
20
计算网格
21
第13层为中和面，只需考虑风压作用，采用Energyplus软件
22
04/01 04/01 04/02 04/03 04/04 04/04 04/05 04/06 04/07 04/07 04/08 04/09 04/10 04/10 04/11 04/12 04/13 04/13 04/14 04/15 04/16 04/16 04/17 04/18 04/19 04/19 04/20 04/21 04/22 04/22 04/23 04/24 04/25 04/25 04/26 04/27 04/28 04/28 04/29 04/30
24
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
25
3.2 自然通风的计算
▪ 计算方法
计算方法有多种，通常采用“热压法”。
▪ 两种计算类型
✓ 设计计算－
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
✓ 校核计算－
已知：工艺、土建、窗的位置和面积
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▪ 风压的计算
风压按下式计算：
pw
K
v
2 w
2
o
已知ΔPw后可以按（3-3）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：
L F 2p / n
17
采用CFD或风洞模型实验的方法求取K值
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(结构板面标高）
水箱位置
(结构板面标高）
屋2
电梯机房
屋1
双层幕墙
屋1 流域集控值班室
20
25条缝宽度 80㎜条源自宽度 200㎜30温度
40
35
北向大办公室
副主任办公室
04/01 04/01 04/02 04/03 04/03 04/04 04/05 04/05 04/06 04/07 04/07 04/08 04/09 04/09 04/10 04/11 04/11 04/12 04/13 04/13 04/14 04/15 04/15 04/16 04/17 04/17 04/18 04/19 04/19 04/20 04/21 04/21 04/22 04/23 04/23 04/24 04/25 04/25 04/26 04/27 04/27 04/28 04/29 04/29 04/30
12
高度1.5m温度分布
13
主厂房内不满足卫生标准的区域分布图
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二、风压作用下的自然通风
▪ 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： •迎风面 动压↓ 、静压↑（正压） •侧面和背面 流动分离、涡流
→静压↓（负压）
建筑表面相对于未受扰动 气流的静压力变化称之为 风压
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▪ 空气动力学阴影区