8第八章 自然通风与局部送风

《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
• 3、计算各窗孔的内外压差和窗孔面积
– 仅有热压作用时，先假定中和面位置或某一窗孔的余压， 然后根据公式(7-7)或(7-8)计算其余各窗孔的余压。 – 在风压热压同时作用时，同样先假定某一窗孔的余压 ， 然后按公式(7-14)和(7-15)计算其余各窗孔的内外压差。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
一.作用机理
• 如果建筑物外墙的窗孔两侧存在压力差 △P，就 会有空气流过该窗孔，空气流过窗孔时的阻力就 等于△P 。 2
v P 2
• 式中， △P ——窗孔两侧的压力差，Pa， v ——空气流过窗孔时的流速，m／s； ρ——空气的密度，kg／m3； ζ——窗孔的局部阻力系数。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
Pb ΔPa Pb Pa gh ρw ρn
• 由上式可以看出，进风窗孔和排风窗孔两侧压 差的绝对值之和与两窗孔的高度差h和室内外的 空气密度差 w - n 有关，我们把 gh w n 称为热压。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
二、自然通风的设计步骤
• 1、计算车间的全面换气量
Q G c tp tj
式中，Q——车间的总余热量，kJ/s;


tp——车间上部的排风温度， ℃ tj——车间的进风温度，℃ c——空气比热，c=1.01kJ/kg · ℃
• 2、确定窗孔的位置，分配各窗孔的进排风量。
第七章 自然通风与局部送风
热压与风压究竟谁起 主导作用呢？
一般来说，热压起主导作用。 根据采暖通风与空气调节设计规范 的规定，在实际计算时，仅考虑热 压的作用，对风压做定性分析。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
第二节自然通风的计算
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
一、概述
• 工业厂房的自然通风计算包括两类问题：
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
• 上式也可以改写为：
v 2 P 2 P



1
式中，µ——窗孔的流量系数， 它的大小与窗孔的构造有关， 一般小于1。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
• 那么，通过窗孔的空气量为
L vF F 2P

G L F 2P
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
第6章
自然通风与局部送风
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
本章内容提要及重点难点
§ 1 § 2
自然通风的作用机理 自然通风的计算
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
第一节 自然通风的作用机理

1 热压的自然通风 2 风压的自然通风

3 热压风压共同作用下的自然通风
kg s
m s
3
式中，F——窗孔的面积，m2。
结论： 只要已知窗孔两侧的压力差△P和窗孔的面积F 就可以求得通过该窗孔的空气量G。
要实现自然通风，窗孔两侧必需存在压力差。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
二.热压作用下的自然通风
• 如图所示，窗孔a、b，两者的高差 为h。假设：
• 仅有热压作用时，由于窗孔外的空气未受 室外风扰动的影响，故此时窗孔内外的压 差即为该窗孔的余压。余压为正，该窗孔 排风；余压为负，该窗孔进风。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
根据公式（7-5），某一窗孔的余压：
Px ΔPx ΔPa gh ρw ρn Pxa gh ρw ρn
ρw ρ w Pxa hg ρw ρn K
2 vw b 2
ρw
(7-15)
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
Pb Pb’
• 以右图为例
twρw Pa
h
Pa’ tn ρn
进风窗孔： Ga Ga Fa μa 2h1 g ρw ρnp ρw μa 2 ΔPa ρw
Pxa Px 0 h1 ρw ρn g gh1 ρw ρn Pxb Px 0 h2 ρw ρn g gh2 ρw ρn
ΔPa Pxa K ΔPb Pxb K
2 vw a 2 2 vw b 2
(7-8) (7-9) (7-14)
• 如果室内外没有空气温度差或者窗孔之间没有 高度差就不会产生热压作用下的自然通风。 • 实际上，如果只有一个窗孔也仍然会形成自然 通风，上部排风，下部进风。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
三.余压的概念
• 为了便于今后的计算，我们把室内某一点 的压力和室外同标高未受建筑或其它物体 扰动的空气压力的差值称为该点的余压。
此时窗孔b的内外压差为：
ΔPb Pb Pb Pa ghρn Pa ghρw Pa Pa gh ρw ρn ΔPa gh ρw ρn
g——重力加速度，m/s2。
△Pa、 △Pb——窗孔a和b的内外压差；
《通风工程》
• 式中，△Px——某窗孔的内外压差； △Pa——窗孔a的内外压差； h’——某窗孔至窗孔a的高度差； Pxa——窗孔a的余压。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
如果我们把中和面作为基准面，窗孔a的余压为：
Pxa Px 0 h1 ρw ρn g h1 ρw ρn g 窗 孔b的 余压 Pxb Px 0 h2 ρw ρn g h2 ρw ρn g
– 一类是设计计算，即根据已确定的工艺条件和 要求的工作区温度计算必须的全面换气量确定 进排风窗孔位置和窗孔面积。 – 另类是校核计算，即在工艺、土建、窗孔位置 和面积确定的条件下，计算能达到的最大自然 通风量，校核工作区温度是否满足卫生标淮的 要求。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
进行自然通风计算的简化条件：
第七章 自然通风与局部送风
• 从上式可以看出，在△Pa=0时，只要 w n （即tw<tn），则△Pb>0。因此如果开启窗孔b， 空气将从窗孔b流出。 • 随着室内空气的向外流动，室内静压逐渐降低， （ Pa - Pa ）由等于0变为<0。这时室外的空气就 由窗孔a流入室内，一直到窗孔a的进风量等于窗 孔b的排放量，室内静压才保持稳定。 • 由于窗孔a进风，△Pa<0；窗孔b进风，△Pb>0。
ΔPa Pna - Pfa Pxa - Pfa
如果在开启b，空气会由窗孔b流出，这时Pfa>Pna>Pfb。一直 到流入和流出空气量相等，室内余压保持稳定。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
五.风压、热压同时作用下的自然通风
• 某一建筑物受到风压、热压同时作用时， 外围护结构各窗孔的内、外压差就等于风 压、热压单独作用时窗孔内外压差之和。 由公式(7—13)：
Pa、Pb——窗孔外的静压力；
——窗孔内的静压力； Pa、Pb
Pb
Pb’
t n、t w——室内外空气的温度；
n、 w ——室内外空气的密度。
由于t n t w，所以n w。
twρw Pa Pa’
h
tn ρn
图7-1 热压作用下的自然通风
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
若先关闭窗孔b，仅开启窗孔a，由于空气的流动， Pa 和Pa 会趋于平衡。 窗孔a的内外压差， Pa Pa Pa 0空气停止流动。
Pf K
2 w
2
w
K—— 空气动力系数，在风洞内试 验求得。 K 值有正负之分， K 为正， 表明风压为正， K 为负值，表明风 压为负值。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
气流负压区 最大高度Hc
气流负压区最大高度 H c 0.3 A0.5
受建筑影响的气流最大高度 H K A0.5
A为建筑物横断面积
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
tn=tw，没有热压的作用
vw Pfa Pfb
Pfa Pfb
在窗孔a、b均未开启时， 室内各点的余压均为0。
P0
a
Pn Px
b
风压作用下的自然通风
如果先开启a，关闭b，由于空气的流动，室内的压力逐渐升 高，当Pna=Pfa时，空气停止流动。此时室内的余压Pxa=Pna。 所以在风压单独作用下，窗孔a的内外压差为：
vw Pxb
2 vw b 2
窗 孔 b的 内 外 压 差 ：
2 vw b 2
ρw
式中， Pxa——窗孔a的余压； Pxb ——窗孔b的余压； Ka、Kb ——窗孔a和b的空气动力系数； h ——窗孔a和b之间的高差。
Kb
twρw Ka
h
Pxa
tn ρn
图7-8 风压热压同时作用下 的自然通风
《通风工程》
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。
ΔPa Pna - Pfa Pxa - Pfa
• 可以看出，也就等于各窗孔的余压和室外 风压之差。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
对于图7—8所示的建筑，窗孔a的内外压差：
ΔPa Pxa K ΔPb Pxb K
2 vw a 2
Hale Waihona Puke Baidu
ρw ρ w Pxa hg ρw ρn K


排风窗孔： Gb Gb Fb μb 2h2 g ρw ρnp ρP μb 2 ΔPb ρP


《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
根 据 空 气 量 平 衡 方 程G ， μ b , a Gb， 如 果 近 似 的 认 为 ， aμ 则上述公式可简化为： Fa Fa h2 h2 h F h 或者F 1 b 1 b
1. 2. 通风过程是稳定的，影响自然通风的因素不随时间而变化； 整个车间的空气温度都等于车间的平均空气温度tnp
t np
tn t p 2
tn——室内工作区温度； tp——上部窗孔的排风温度。
3. 同一水平面上各点的静压均保持相等，静压沿高度方向的变化 符合流体静力学法则； 4. 车间内空气流动时，不受任何障碍的阻挡； 5. 不考虑局部气流的影响，热射流、通风气流到达排风窗孔前已 经消散； 6. 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。
2 12
• 从上式可以看出，进排风窗孔面积之比是随中和面位置的 变化而变化的。中和面向上移 ( 即增大 h1 减小 h2) ，排风窗 孔面积增大，进风窗孔面积减小；中和面向下移，则相反。 在热车间部采用上部天窗进行排风，天窗的造价要比侧窗 高，因此中和面位置不宜选得太高。
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
式中， Px0——中和面上的余压，为0。 h1、h2——窗孔ab至中和面的距离
b
余压
o
h2
中和面
o a
图7-2 余压沿车间高度的变化
h1
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
四.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。
t p t n α h 2 式 中 ， α— 温 度 梯 度 ℃ ， m ，见 下 表 ； h — 排 风 天 窗 中 心 距 地 面度 高 ，m 。
2.
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
表7-1 温度梯度值（℃/m） 教材P193
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
3.按有效热量系数m计算
《通风工程》
第七章 自然通风与局部送风
三、车间排风温度的计算
根据设计规范，热车间夏季自然通风的排风温度可按下 述三种方法计算：
1. 对某些特定的车间可按排风温度与夏季通风计算温度差 的允许值确定，对大多数车间而言，要保证（tn-tw） ≤5℃，（tP-tw）≤10~12℃； 对于厂房高度不大于15m，空内散热源比较均匀，而且 散热量不大于116 w/m3时，可用温度梯度法计算排风温 度tP。