第3章 自然通风精编版

b
h2
0
中和面
h1
0 a
图7-3 余压沿车间高度的变化
如果把中和面作为基准面，则窗孔a的余压为
pxa＝px0－gh1(ρw－ρn) ＝－gh1(ρw－ρn)
(4)
窗孔b的余压
pxb＝px0＋gh2(ρw－ρn) ＝gh2(ρw－ρn)
(5)
式中 px0—中和面上的余压，px0＝0；
h1、h2—窗孔a、b至中和面的距离。
w
b
xb
Fb
xb
b2 w
tw ρw
h tn ρn
2
P K hg( )
xa
w
n
w
b2 w
(7)
a
pxa
Ka
图7-7 风压热压同时作用下的自然通
式中 pxa、pxb—分别为窗孔a和b的余压，Pa；
Ka、Kb—分别为窗孔a和b的空气动力系数；
h—窗孔a和b之间的高差，m。
热压和风压同时作用时，情况是复杂的。
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”。
外廊式多层建筑在热压作用下的自然通风
3.1.2 室外风压作用下的自然通风
1、风压作用下的自然通风的形成
当气流绕流建筑物时，由于建筑物迎风面的阻挡，动压降低，形成正压； 在气流断面II-II上，气流产生绕流，风速增大，形成负压；在建筑物背风面 的某一范围内，由于气流形成漩涡，静压降低，形成负压，所以该处的空气 压力也小于大气压力。在气流断面III-III上，气流重新恢复到断面I-I处的状 态。
tw ρw Pa
tn ρn Pa
Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρw图gh8).11 热压作用下的自然通风 ＝(pa′－pa)＋gh(ρw－ρn)＝Δpa＋gh(ρw－ρn)
返回
Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwgh) ＝(pa′－pa)＋gh(ρw－ρn) ＝Δpa＋gh(ρw－ρn) 上式表明，当窗孔a内外压差Δpa＝0时，由于ρn＜ρw(即tn＞tw)，作
窗孔a，热压和风压方向一致，有风压的存在可使进风时增加
窗孔b，热压和风压方向一致，有风压存在可使排风量增加。
窗孔c，热压和风压方向相反，有风压存在可使进风量减少。
窗孔d，热压和风压方向相反，有风压存在可使排风量减少；
风向
风流断面
v2
Hk=0.3A0.5 风流流线
不受建筑物影响的风流
H 1.5A0.5 Hk
屋面高度 风速v
排气口
滞 流 区
B
污染区
迎风面涡流
回旋气流区
图7-5 建筑物周围的气流流型
建
筑
物
在
风
a）平屋顶建筑（立剖面） b）倾角30°坡屋顶建筑（立剖面）
力
作
用
下
的
压
力
分
布
c）倾角45°坡屋顶建筑（立剖面）
3.2 工业厂房自然通风的计算
3.2.1 设计性计算的步骤 3.2.2 校核性计算的步骤
第3章 自 然 通 风
3.3 自然通风与建筑设计
3.3.1 建筑总平面规划 3.3.2 建筑形式的选择 3.3.3 工艺布置 3.3.4 避风天窗及风帽的设计 3.3.5 生态建筑的自然通风(不作要求)
自然通风
（一）概论 定义
什么是自然通风? 利用自然的手段(风压、热压等)将室外空气不经过
空调处理就引入室内以达到维持室内空气舒适性的方法。 目的
带走热湿量（保持室内热舒适性） 带入新风 (保持室内空气品质）
▪ 自然通风的特点
▪ 优点 无能耗
▪ 缺点
难控制
解决办法：进一步研究中
空气品质好
机械通风空调：“病态建筑”
用在窗口b的内外压差Δpb＞0。 如果将窗孔b打开，空气会在Δpb的作用下，从室内流向室外，室内
静压随着逐渐降低，在窗孔a处将由pa＝pa′变为pa＞pa′，室外空气就由 窗孔a流入室内，直到窗孔a的进风量与窗孔b的排风量相等，室内静压 才达到稳定。由于窗孔a进风，Δpa＜0；窗孔b排风，Δpb＞0。 tn>tw,下进上排；tn<tw,上进下排。
I
II
Hale Waihona Puke Baidu
III
－－
+
－
I
II
III
返回
和远处未受干扰的气流相比，由于气流的作用，在建筑物表面所形成 的空气静压的变化称为风压。
由于建筑物迎风面的空气压力超过大气压力，背风面的空气压力小于 大气压力，建筑物外部的空气便会从迎风面外墙上的孔口进入室内，而室 内的空气则会从背风面外墙上的孔口排出。这样，就形成了风压作用下的 自然通风。
4、热平衡与空气平衡 1．热平衡 热平衡指室内的总得热量和总失热量相等。
ΣQd=ΣQs，单位：kW
对于某一具体房间 ，热平衡方程式为：
Q1 cLzj wtw cL jj jj t jj Q2 cLzp zpt zp cL jp ntn
2．空气平衡
空气平衡是指在不论采用哪种通风方式的车间内，单位 时间进入室内的空气质量等于同一时间排出的空气质量。
1 单层建筑
如图所示有一厂房，在外墙的不同高度上开有窗孔a和b，其高差为h。其
余物理参数如图，由于tn＞tw，所以ρn＜ρw。
如果先将窗孔b关闭，仅开启窗
孔a。只要窗孔a两侧最初有压差存在，
pb
pb
空气就会产生流动，最终导致pa＝pa′。
当Δpa＝pa′－pa＝0时，空气流动停
止。
此时，窗孔b的内外压差Δpb为
b
上式表明，某一窗孔余压的绝对 值与中和面至该窗孔的距离有关，中 和面以上窗孔余压为正，中和面以下
h2
中和面
0
0
h1
窗孔余压为负。
a
图7-3 余压沿车间高度的变化
只有一个窗口能否 形成自然通风？
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”。
c(tp t0 )
L Q
c (tp t0 )
3).为消除余湿所需的通风量 G W
dp d0
L W
(dp d0)
二、全面通风量的确定
换气次数法
换气次数n：是指通风量L(m3/h)与通风房间体积V(m3)的比值，
即：
n=L/V (次/h) 因此全面通风量为：L=nV (m3/h)
思考题：某车间面积为500m2，层高5m，取n＝12次/h，求全
I
II
III
－－
+
－
I
II
III
2、建筑物四周气流分布
气流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 域的静压低于大气压力，形成负压区。则把风压为负的区域称为空气 动力阴影区。空气动力阴影区覆盖着建筑物下风向各表面(如屋顶、两 侧外墙和背风面外墙)，并延伸一定距离，直至尾流。
事故通风 对于有可能突然从设备或管道中逸出大量有害气体或燃烧爆
炸性气体的房间,应设事故排风系统,以便发生逸出事故时 由事故排风系统和经常使用排风系统共同排风,尽快把有 害物排到室外。这种通风方式称为事故通风。
第3章 自 然 通 风
3.1、自然通风作用原理
3.1.1 热压作用下的自然通风 3.1.2 室外风压作用下的自然通风 3.1.3 热压与风压联合作用下的自然通风
。
自 通过窗孔的空气量为：
然
通 风
L vF F 2P m3 / s
量
的
确 定
G L F 2P kg / s
1.当已知窗孔两侧的压力差、窗孔面积和窗的构造时，即可 求出通过该窗孔的流量。
2.实现自然通风的条件是窗孔两侧存在压差，它是影响自然
通风量大小的主要因素。
3.1.1 热压作用下的自然通风
四、风压和热压同时作用下的自然通风
当热压、风压同时作用于某一窗孔时，窗孔的总压差则为热压差和风压 差的代数和，即窗孔的余压和室外风压之和。
ΔPz=ΔPy+ΔPf
(6)
P P P P K 窗孔窗a的孔内b外的压内差外压 差为
a
xa
Fa
xa
2
w
a2 w
vw
pxb b Kb
2
P P P P K
例题
【例2-1】某居住区房间内同时散发苯和甲醛，散发量分 别为5 mg/s、0.6 mg/s，求所需的全面通风量。
【例2-2】已知某房间散发的余热量为120 kW，一氧化碳 散发量为12 mg/s，苯散发量为8 mg/s，当地通风室外计 算温度为31℃。如果要求室内温度不超过35℃，试确定 该房间所需要的全面通风量。
d）建筑平面图
3、风压的计算
风向一定时，建筑物外表面上某一点的风压大小和室外气流的动压成
正比，可以用下式表示
vw
pF
K
vw2 2
w
Pa
式中 vw—室外空气流速，m/s；p0
pFa
a
pn
px
pFb b
ρw—室外空气密度,kg/m3； K—空气动力系数。
图7-6 风压作用下的自然通风
空气动力系数K主要与末受扰动来流的角度相关，一般通过风洞实验
上节重点
1.全面通风 又称稀释通风，向房间送入清洁新鲜空气，稀释室内空气中 的污染物的浓度，同时把含污染物的空气排到室外，从而使 室内空气中污染物的浓度达到卫生标准的要求。 2.局部排风系统 排气罩、风管、净化装置、风机、烟囱
3、全面通风量的确定
kx
1)．为稀释有害物所需的通风量
L y2 y0
2)．为消除余热所需的通风量 G Q
由上式可得
pb pa pb pa ghw n
从上式可看出，进风窗孔和排风窗孔内外侧压差的
绝对值之和与窗孔的高度差 h 和室内外空气的密度差 (Δρ＝ρw－ρn)成正比，通常把gh(ρw－ρn)称为热压
室内外空气没有温度差，或者窗孔间没有高度差， 就不会产生热压作用下的自然通风。当然热压大自然通 风量也大。为了增大热压，应当加大进排风窗孔的高度 差，其最合理的途径是降低进风窗孔的高度。
图7-1 自然通风作用原理图
上式可写为
v
2p
2mp/s
式中 μ—窗孔的流量系数，μ＝(1/ζ)1/2，μ值的大小与窗孔的构
造有关，一般小于1。
通过面积为F的窗孔的空气量为
L F 2p m3/s 或
G L F 2p
kg/s
式中 F—窗孔的面积，m2。
由上式可以看出，流经窗孔的空气量G与窗孔面积F和两侧压力差 有关Δp。对于面积一定的窗孔，流经的空气量大小随Δp的增加而增大
(3)
式中 px′—某一窗孔的余压；
pxa—窗孔a的余压；
h′—某窗孔至窗孔a的高度差。
返回
在热压作用下，余压沿车间高度的增加而增大。由于进风窗孔 的余压为负值，排风窗孔的余压为正值，在两窗孔之间必然存在一个 余压为零的平面，即0-0面。则把这个余压等于零的平面称为中和面 或等压面。位于中和面的窗孔内外没有压差，因而没有空气流动。
二、余压
通常将室内某一点的压力和室外同标高未受扰动的空气压力的差值称
为该点的余压。
仅在热压作用下，窗孔内外的压差，即为窗孔的余压。若余压为正值
时，则窗孔为排风，若余压为负值时，则窗孔口为进风。
按余压定义，窗孔b的余压为pb′－pb，窗孔a的余压为pa′－pa。由式
(1)得某一窗孔的余压为
px′＝Δpa＋gh′(ρw－ρn)＝pxa＋gh′(ρw－ρn)
面通风量。
计算原则
全面通风量包括消除有害物、余热、
余湿所需的通风量，取其中最大值。
当通风房间有多种有害物时，应分别
计算，取其中最大值。
当房间内同时散发数种溶剂(苯及其同系物、醇、醋酸酯类)
的蒸气，或数种刺激性气体(三氧化硫、二氧化硫、氯化氢、 氟化氢、氮氧化合物及一氧化碳)时，全面通风量按分别所需 空气量总和计算。
Gzj+Gjj=Gzp+Gjp
若不组织自然通风，当Gjj=Gjp，室内外压差为零；当 Gjj>Gjp，室内处于正压；当Gjj<Gjp，室内处于负压。处于正 压时会有无组织排风，处于负压时会有无组织进风。
置换通风
有别于传统的混合通风的混合稀释原理，置换通风是通过把 较低风速（紊流度）的新鲜空气送入人员工作区，利用挤 压的原理把污染空气挤到上部空间排走的通风方法。
来确定不同位置的值。K为正时，表示该处的压力比大气压力高了pF；反 之，负值表示该处的压力比大气压力小了pF。
假设建筑物只在迎风的正压测进风，当室外空气进入建筑物后，建筑物 内的压力水平就升高，最后与迎风侧的压力一致。而如果在正压侧和负压侧 都有门窗，就能形成贯通室内的空气流，这种自然通风模式称为穿堂风。
有时风量不足
解决办法：自然通风和机械 通风相结合，机械辅助自然通风
3.1 自然通风的作用原理
如果建筑物外墙上的窗孔两侧存在压差
Δp，空气就会流过该窗孔，如图所示，空气
流过窗孔时的局部阻力就等于Δp。
p v2
2
Pa
式中 Δp—窗孔两侧的压力差，Pa； v—空气流过窗孔时的流速，m/s； ρ—通过窗孔空气的密度，kg/m3； ζ—窗孔的局部阻力系数。