第二章 采暖通风空调[胡鸣明].doc

第二节 建筑通风第二章 采暖、通风及空气调节第二节 建 筑 通 风本节要点：掌握建筑通风的分类；掌握通风方式、通风设备的组成及布置；了解高层建筑的防火排烟。2.1. 建筑通风的任务和分类2.1.1. 建筑通风的任务建筑通风的任务是把室内被污染的空气直接或经过净化后排至室外，把室外新鲜空气或经过净化的空气补充进来，以保持室内空气环境满足卫生标准和生产工艺的要求。单纯的通风一般只对空气进行净化处理，对环境空气的温度、湿度、洁净度、室内流速等参数有特殊要求的通风称为空气调节。2.1.2. 建筑通风系统的分类按照通风系统的作用动力不同，通风系统分为自然通风和机械通风。自然通风是利用室外风力造成的“风压”以及由室内外温差和高度差产生的“热压”使空气流动；机械通风是依靠风机提供的动力使空气流动。机械通风，按照通风系统的作用范围不同分为全面通风和局部通风。全面通风是对整个房间进行通风换气，用送入室内的新鲜空气把房间里的有害物质浓度稀释到卫生标准的允许浓度以下；局部通风是采用局部气流，使局部工作地点不受有害物质的污染，以造成良好的局部工作环境。局部通风系统需要的风量小，效果好，设计应优先考虑。2.2. 自 然 通 风自然通风是借助自然动力“风压”或“热压”促使室内外空气交换的一种通风方式。在任何情况下，空气的流动都是由于本身各部分压力不同所致。利用建筑物迎风面和背风面风压的不同进行换气的通风方式，称为风压作用下的自然通风（图2-1）；利用室外冷空气与室内热空气的比重不同进行换气的通风方式，称为热压作用下的自然通风（图2-2）；此外还有风压、热压共同作用下的自然通风（图2-3）。自然通风的优点是不需要动力设备，不消耗能量，因此是一种经济的通风方式，在建筑设计中应优先采用。但是，自然通风的通风量受自然条件和建筑结构的约束难以有效控制，通风效果不稳定。 图2-1 风压作用下的自然通风 图2-2 热压作用下的自然通风2.2.1. 风压作用下的自然通风风压是由于空气流动造成的压力，如图2-1所示。室外气流当与建筑物相遇时，会使建筑物周围的空气压力发生变化。在建筑物的迎风面，空气流动受阻，空气流动的速度减小，静压升高，这样室外空气的压力大于室内空气的压力，此时风压为正，称为正压。若建筑物的迎风面上有门窗，室外空气就会从开启的门窗或门窗缝进入室内。由于室外空气绕过建筑物流动，在建筑物的背风面和侧面，静压降低，这样室外空气的压力小于室内空气的压力，此时风压为负，称为负压，室内空气就会从门窗或门窗缝流向室外。2.2.2. 热压作用下的自然通风图2-3 风压、热压共同作用下的自然通风热压是由于室内外空气的温度不同而形成的重力压差，如图2-2所示。由于室内、室外空气的温度不同，密度也不同，当室内空气温度高于室外空气温度时，室内空气的密度小于室外空气的密度。当建筑上下均有窗孔时，室内空气会从上部窗孔流向室外，室外空气会从下部窗孔进入室内。2.2.3. 风压、热压共同作用下的自然通风当建筑物受到风压和热压共同作用时，建筑物外围护结构各窗孔上作用的内外压差等于其受到的风压和热压之和。如果建筑物窗孔布置成如图2-3所示的情况，就可利用热压和风压的共同作用，增大建筑物的自然通风量。但是，由于室外风速、风向经常变化，不是一个稳定可靠的作用因素，为了保证自然通风的效果，在实际的自然通风设计中，通常只考虑热压的作用，但要定性地考虑风压的影响。2.3. 机 械 通 风机械通风是依靠风机提供的动力强制性地进行室内、外空气交换的通风方式，包括机械排风和机械送风。一个完整的机械通风系统一般包括：室内送排风口（排风罩）、风道、风机、室外进排风装置，如果室内产尘量大或产生大量有害气体，室内空气直接排出大气会造成污染，还需要设置除尘设备或吸收装置，把空气处理到符合标准再排放到室外。与自然通风相比，机械通风不受自然条件限制，可根据需要来确定、调节风量和组织气流，确定通风系统作用范围，并对进、排风进行有效处理。但是，机械通风需要消耗电能，风机和风道等设备需要占用建筑空间，因此初始投资和运行费用都比较高，安装和维护管理也比较复杂。2.3.1. 全面通风全面通风是对整个房间进行通风换气，用送入室内的新鲜空气把房间里的有害物浓度稀释到卫生标准的允许浓度以下，同时把室内污浊空气直接或经过净化处理后排放到室外大气中去。全面通风包括全面送风和全面排风，两者可同时或单独使用，单独使用时需要与自然进风、排风方式相结合。图2-4是全面机械排风（自然进风）系统的示意图。室内污浊空气在风机作用下通过排风口和排风管排到室外，而室外新鲜空气在排风机抽吸造成的室内负压作用下，通过外墙上的门窗孔或缝隙进入室内。这种通风方式由于室内是负压，可以防止室内空气中的有害物向邻近房间扩散。图2-4 全面机械排风（自然进风）示意图 图2-5 全面机械送风（自然排风）示意图1-进风口；2-空气处理设备；3-风机；4-风道；5-送风口图2-4是全面机械送风（自然排风）系统的示意图。室外新鲜空气经过空气处理设备处理达到要求的送风状态后，用风机经过送风管和送风口送入室内。这时，室内因不断地送入空气，压力升高，呈正压状态，并使室内空气在正压作用下，通过外墙上的门窗孔或缝隙排出室外。这种通风方式在与室内卫生条件要求较高的房间相邻时不宜采用，以免室内空气中的有害物在正压作用下向邻室扩散。2.3.2. 局部通风局部通风系统包括局部送风和局部排风，两者都是利用局部气流，使局部的工作区域不受有害物的污染，以营造良好的局部工作环境。这种系统需要的风量少，效果好，设计时应优先考虑。局部送风（图2-6）主要用于有毒物质浓度超标、作业空间有限的工作场。它将新鲜空气直接送到局部工作地点，人的呼吸带，以防作业人员中毒、缺氧，给工作人员营造适宜的局部空气环境。图2-6 局部送风系统示意图图2-7局部排风系统示意图局部排风（图2-7）是在产生有害物质的地点设置局部排风罩，利用局部排风气流捕集有害物质并排放到室外的通风方法。这是防止有害物质向室内四周扩散的最有效的措施。局部排风系统通常由局部排风罩、风道、空气净化处理设备（常见的有除尘器和有害气体净化装置两类）和风机组成。局部排风罩，是捕集和控制有害物的通风部件。局部排风罩的形式很多，主要分为以下几类：（1）密闭罩：即将有害物源密闭在罩内的排风罩。工作原理是在罩内形成一定负压，外界气流以一定速度通过罩的小孔或缝隙进入罩内，所需风量最小，但对工艺操作有一定影响。其基本形式有局部密闭罩、整体密闭罩（图2-8）、密闭小室和排风柜四种。（2）外部罩：设置在有害物源近旁，依靠罩口抽吸作用，在控制点处形成一定的风速来排除有害物的排风罩。此方式所需风量较大，对工艺操作影响小。根据罩开口与有害物的位置关系分为上吸罩、下吸罩、侧吸罩（图2-9）和槽边罩。（3）接受罩：利用生产过程产生或诱导的气流把有害物携带入排风罩的罩子。例如在热源上靠上升气流排除余热的接收罩。（4）吹吸罩：利用吸风口吹出的射流和吸风口前汇流的联合作用捕集有害物的罩子。图2-8 整体密闭罩图2-9外部吸气罩2.4. 通 风 设 备对于自然通风，其设备较简单，只需用进、排风窗以及附属的开关装置即可。机械排风系统一般由有害污染物收集和净化设备、排风道、风机、排风口和风帽等组成；而机械送风系统一般由进风口、风道、空气处理设备、风机和送风口等组成。在机械通风系统中还应设置必要的调节通风量和启闭系统运行的各种控制部件，即各式阀门。下面就一些主要设备和构件做简要的介绍。2.4.1. 室内送、排风口室内送风口是送风系统中风道的末端装置，由风道而来的空气，通过送风口以适当的速度均匀地分配到各个指定的送风地点。室内排风口是排风系统的始端吸入装置，车间内被污染的空气经过排风口进入排风道内。室内送风口的形式很多，构造最简单的是在风管上直接开设孔口送风。根据孔口开设的位置有侧向送风口、下部送风口，如图2-10所示。其中图2-10（a）为风管侧送风口，送风口无任何调节方式，不能调节送风的流量和方向；图2-10 两种最简单的送风口(a)风管侧送风口；(b)插板式送、吸风口图2-11 百叶式送风口2.4.2. 风道1. 风道的材料和形状风道是通风系统中输送空气的管道。风道通常采用薄钢板制作，也可采用塑料、混凝土、砖、砌块等其他材料制作。风道的断面有圆形、矩形等形状。圆形风道的强度大，在同样的流通断面面积下，比矩形风道节省管道材料、阻力小。但是圆形风道不易与建筑配合，一般用于风道直径较小的场合。对于大断面的风道，通常采用矩形风道，但其断面的宽高比宜控制在3:1以下，以便尽量减小风道的流动阻力和材料消耗。2. 风道的布置风道的布置应在进风口、送风口、排风口、空气处理设备、风机的位置确定之后进行。风道路布置应服从整个通风系统的总体布局，并与土建、生产工艺和给水排水等各专业互相协作、配合；应使风道少占建筑空间并不得妨碍生产操作；风道布置还应尽量缩短管线、减少分支、避免复杂的局部管件；应便于安装、调节和维修；风道之间或风道与其他设备、管件之间合理连接以减少阻力和噪声；风道布置应尽量避免穿越沉降缝、伸缩缝和防火墙等；风道在穿越火灾危险性较大房间的隔墙、楼板处以及垂直和水平风道的交接处，均应符合防火设计规范的规定。在某些情况下可以把风道和建筑物本身构造密切结合在一起。在居住和公用建筑中竖直的砖风道通常就砌筑在建筑物的内墙里。为了防止结露和影响自然通风的作用压力，竖直通道一般不允许设在外墙中。2.4.3. 室外进风口室外进风口是通风和空调系统采集新鲜空气的入口。根据进风室的位置不同，室外进风口可采用竖直风道塔式进风口，如图2-12所示。其中，图2-12(a)是由附于建筑的外墙上；图2-12(b)是做成离开建筑物而独立的构筑物，也可以采用设在建筑物外围结构上的墙壁式或屋顶式进风口，如图2-13所示。图2-12 塔式室外进风装置(a)帖附于建筑的外墙上的进风口；(b)进风口设置为离开建筑而独立的构筑物图2-13 墙壁式和屋顶式进风装置(a)墙壁式；(b)屋顶式室外进风口的位置要求： （1）设置在室外空气较为洁净的地点，在水平和垂直方向上都应远离污染源。（2）室外进风口下缘距室外地坪的高度不宜小于2m，并须装设百叶窗，以免吸入地面上的粉尘和污物，同时可避免雨、雪的侵入。（3）用于降温的通风系统，其室外进风口宜设在背阴的外墙侧。（4）室外进风口的标高应低于周围的排风口，且宜设在排风口的上风侧，以防吸入排风口排出的污浊空气。当进风口、排风口相距的水平间距小于20m时，进风口应比排风口至少低6m。（5）屋顶式进风口应高出屋面0.51.0m，以免吸进屋面上的积灰和被积雪埋没。2.4.4. 通风机通风机是用于为空气气流提供必需的动力以克服输送过程中的压力损失。在通风工程中，常用的通风机有离心式和轴流式两类。排风口1. 离心式通风机机壳叶轮导流器机轴图2-14 离心风机构造示意图 原理离心式通风机简称离心风机，其构造如图2-14所示。它是由叶轮、机轴、机壳、导流器（吸风口）、电机等部分组成。叶轮上有一定数量的叶片，机轴由电动机带动旋转，叶片间的空气随叶轮旋转而获得离心力，并从叶轮中心以高速抛出叶轮外，汇集到螺旋线形的机壳中，速度逐渐减慢，空气的动压转化成静压获得一定的压能，最终从排风口压出。当叶轮中的空气被压出后，叶轮中心处形成负压，此时室外空气在大气压力作用下由吸风口吸入叶轮，再次获得能量后被压出，形成连续的空气流动。用于一般通风换气的普通风机（输送空气温度不高于80，含尘浓度不大于150mg/m3），通常用钢板制作，小型的也有用铝板制作的。离心风机产生的风压P为：高压（鼓风机）P3000Pa；中压1000PaP3000Pa，低压P1000Pa。 组成（1）导流器：是通风机的空气进风口。它的作用是保证气体在阻力损失较小的情况下，均匀地导入叶轮。集流器的形式有圆筒形（制作简单，但能量损失大）、圆锥形（制作较简单，能量损失较小）、圆弧形（制作较困难，能量损失小）等，如图2-15所示。（2）叶轮：是风机的主要部件。由前盘、后盘、叶片和轮毂组成，一般采用焊接和铆接。根据叶片出口角的大小，可分为前弯式、径向式和后弯式。如图2-16所示。（3）机壳：是包围在叶轮外面的外壳，一般为螺旋式。（4）出风口：可向任何方向。它在机壳所处位置由叶轮旋转方向和出风方向决定，如图2-18。（5）传动部件：包括轴和轴承，有的还包括连轴器和皮带轮，是通风机和电机的连接部件。机座用铸铁铸成或用型钢焊成。离心风机与电机的连接方式一般有6种，如图2-19。图2-15 离心式通风机的导流器形式（a）圆筒形；(b)圆锥形；(c)圆弧形图2-16 离心通风机叶轮结构形式（a）前弯式；(b)径向式；(c)后弯式图2-18 离心式通风机出风口位置表示法图2-19电动机与通风机的传动方式A式无轴承、电机直联；B式悬臂支撑，皮带轮在两轴承之间；C式悬臂支撑，皮带轮在两轴承外侧；D式悬臂支撑，联轴器直接传动；E式叶轮在两轴承中间，皮带轮在外侧；F式叶轮在两轴承中间，联轴器直接传动 命名离心风机的机号是用叶轮外径的分米数表示的，不论哪一种形式的风机，其型号均与叶轮外径的分米数相等。离心式通风机的全称包括：名称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出风口位置等六个部分，其书写顺序为： 名称型号机号传动方式旋转方向出风口位置例如：T 472NO210 E 通全比进机传风压转口号动用系速，方途数双叶轮式吸直径 E式1000m型（1）名称：按其作用原理称之为离心式通风机，在名称之前可冠以用途字样，也可忽略不写，用途字样可按表2-1中规定采用汉字，也可用汉语拼音字头。 风机用途代号表 表2-1用 途代 号用 途代 号汉字汉语拼音简写汉字汉语拼音简写排尘通风输送煤粉防腐蚀工业炉吹风耐高温防爆炸排尘煤粉防腐工业炉耐温防爆CHENMEIFULUWENBAOCMFLWB矿井通风锅炉引风锅炉通风冷却塔通风一般通风特殊通风矿井引风锅炉冷却通风特殊KUANGYINGUOLENGTONGTEKYGLETE （2）型号：其组成顺序如下： 用途全压系数比转速设计序号 a.用途代号：按表2-1规定。b.全压系数：是衡量不同类型风机压头大小的参数。采用一位正数。同类型的风机在风机叶轮直径及转数相同时，全压系数越大则压头也越大。c.比转速：采用二位整数。若用二叶轮并联结构，或单叶轮双吸入结构，则用2比转速表示。若产品的型式中有重复代号或派生型时，则在比转速后加注序号，采用罗马字体I、II 等表示。e.设计序号用阿拉伯数字“1”、“2”等表示。（3）机号：用叶轮外径的分米尺寸表示，其尾数四舍五入，前面冠以符号“NO”表示。（4）传动方式：按图2-19的规定。（5）旋转方向：从主轴槽轮或电动机位置来看叶轮旋转方向，顺时针者为“右”，逆时针者为“左”。（6）出风口位置：以叶轮的旋转方向和出风方向（角度）来决定。按图2-18的规定。图2-20轴流风机图2. 轴流式通风机轴流式通风机简称轴流风机，如图2-20所示，叶轮安装在圆筒形外壳中，叶轮由轮毂和铆在其上的叶片组成，叶片与轮毂平面安装成一定的角度。叶片的构造形式很多，如帆翼型号扭曲或不扭曲的叶片，等夺取板型扭曲或不扭曲叶片等。大型轴流风机的叶片安装角度是可以调节的，借以改变风量和全压。有的轴流风机做成长轴形式，将电动机放在机壳的外面。大型的轴流风机不与电动机同轴，而用三角带传动。当叶轮由电动机带动旋转时，空气从吸风口进入风机中沿轴向流动经过叶轮和扩压器时压头增大，从出风口排出。电动机安装在机壳内部。轴流风机产生的风压低于离心风机，以500Pa为界分为低压轴流风机和高压轴流风机。与离心风机相比较，其在性能上最主要的差别是，轴流风机产生风压较小；自身体积小、占地少；可在低压下输送大流量空气；噪声大；允许调节范围很小。轴流风机一般用于无需设置管道及风道阻力较小的通风系统。其全称可写成：轴流风机70B211NO18D传动方式机号，叶轮直径1800mm设计结构风机的叶轮为机翼型不扭曲叶轮毂比名称3. 风机的基本性能参数 （1）风量。通风机在标准状况下工作时，在单位时间内所输送的气体体积，称为风量，以符号Q表示，单位为m3/h或L/s。（2）全压。通风在标准状况下工作时，1m3气体通过风机以后获得的能量，称为风机全压，以符号H表示，单位为Pa。（3）功率和效率。通风的功率是单位时间内通过风机的气体所获得的能量，以符号N表示，单位为kW，风机的这个功率称为有效功率。电动机传递给风机转轴的功率称为有效功率，用符号N轴表示，轴功率包括风机的有效功率和风机在运转过程中损失的功率。通风机的效率是风机的有效功率与轴功率的比值，以符号表示，=N轴/N100%。通风机的效率是评价风机性能好坏的一个重要参数。（4）转速。通风机的转速是指叶轮每分钟的转数，以符号n表示，单位为r/min。通风机常用转速为2900r/min、1450r/min、960r/min。选用电动机时，电动机的转速必须与风机的转速一致。4. 风机的选择 选择通风机时，必须根据风量Q和相应于计算风量的全压H，参阅厂家样本或有关设备选用手册来选择，确定经济合理的台数。2.4.5. 阀门及通风配件1. 阀门图2-21蝶阀构造示意图图2-22插板阀图通风系统中的阀门主要用于启动风机，关闭风道、风口，调节管道内空气量，平衡阻力等。阀门安装于风机出口的风道、主干风道、分支风道上或空气分布器之前等位置。常用的阀门有蝶阀、插板阀。蝶阀的构造如图2-21所示，多用于风道分支处或空气分布器前端。转动阀板的角度即可改变空气流量。蝶阀使用较方便，但严密性较差。插板阀的构造如图2-22所示，多用在风机出口或主风道处，用作开关。通过拉动手柄来调整插板的位置即可改变风道的空气流量。其调节效果好，但占用空间大。2. 风帽风帽在自然排风和机械排风系统中经常使用，一般安装在室外，系统的顶部。（1）作用：风帽的主要作用是防止风雨倒灌入系统风道，保证气体排出口处形成负压而使气体顺利排出。（2）安装方式：有两种，一是风帽从室外沿墙绕过屋檐伸出屋面；二是从室内直接穿过屋面伸向室外，若采用第二种方法时，屋面板应预留洞，在洞口处做防雨罩。（3）形状：常用的有伞形、锥形或筒形风帽，如图2-23、图2-24、图2-25所示。伞形风帽适用于一般的机械通风系统；锥形风帽适用于除尘或非腐蚀性但有毒的通风系统；筒型风帽适用于自然通风系统。 伞形风帽的制作：伞形风帽主要由伞形罩、外筒、扩散管和支撑等部分组成。伞形罩可用黑铁皮按圆锥形展开咬口制作，边缘可翻边卷铁丝加固，支撑用扁钢。组装时可用螺栓（螺帽）将伞形帽同排气管的扩散口连接起来。其形状如图2-23所示。其规格见表2-2。 图2-23 伞形风帽伞形罩； 2倒伞形帽；3支 撑； 4法兰；5垫圈 ； 6带帽螺栓；风帽尺寸表 表2-2型号DD 1D2HH1H2H3120040026810060100802220440295110661108832505003351257512410042805603751408413911253206404291609615912863607204821801081791447400800536200120199160 筒形风帽的制作：筒形风帽比伞形风帽多一个外圆筒，在室外风力作用下，风帽短管处形成空气稀薄现象，促使空气从竖管排至大气。外圆筒及扩散管亦采用黑铁皮制作，用扁钢加固，其形状如图2-24所示。 图2-24圆筒风帽1伞形罩；2外筒；3扩散管；4支撑图2-25锥形风帽3. 风道支架风道支架多采用沿墙、沿柱敷设在托架及吊架， 其支架形式如图2-26所示。图2-26 风管支架形式1钢筋混凝土墙(柱)；2砖墙；3预埋钢板；4焊缝；5角钢；6螺帽；7吊杆；8管卡；9圆形风管；10矩形风管圆形风管多采用扁钢管卡吊架安装（图3-26c），对直径较大的圆形风管可采用扁钢管卡两侧做双吊杆，以保证其稳固性。吊杆采用圆钢，圆钢规格应根据有关施工图集规定选择。矩形风管多采用双吊杆吊架（图3-26d）及墙、柱上安装型钢支架（图3-26b），矩形风道路可置放于角钢托架上。吊架可穿楼板固定、膨胀螺栓固定、预埋件焊接固定。矩形风道采用的圆钢吊杆、角钢横担均应按有关图集先选定。风道支架不仅承受风道及保温层的重量，也需承受输送气体时的动荷载，因此在施工中应按有关图集要求的支架间距安装，不得与土建或其他专业管道支架共用。施工时应保证管中心位置、支架间距，支架应牢固平整。2.5. 高层建筑防烟、排烟在火灾事故的死伤者中，大多数是由于烟气窒息或中毒所造成的。根据高层民用建筑设计防火规范（GB50045-1995）（2005年版）的规定，对于建筑高度超过24m的新建、扩建和改建高层民用建筑及其裙房，应进行防火设计，在防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或合用前室、地下室等处设置防烟排烟设施。工程实践中，高层建筑所采用的防烟排烟方式有自然排烟和机械排烟两种。2.5.1. 建筑物防烟排烟的作用和原理建筑一旦发生火灾，烟气热流很快充满起火房间，迅速蔓延至走廊、管道井、竖井，进入楼梯等，以至充满整个疏散通道。为保证疏散通道的安全，需向楼梯间及其前室或与电梯间的合用前室送风，在楼梯间内造成一个大于前室的气体压力，在前室造成一个大于走道的气体压力。2.5.2. 自然排烟方式自然排烟是利用风压和热压做动力的排烟方式。（1）优点：结构简单、不需要动力设备、平常可用于建筑物的通风换气。（2）缺点：受风压、热压影响，排烟效果不稳定。1. 高层建筑自然排烟的方式图2-27 自然排烟方式示意图 （1）用建筑物的阳台、凹廊或在外墙上设置便于开启的外窗或排烟窗排烟（图2-27）。这是利用高温烟气产生的热压和浮力，以及室外风压造成的抽力，把火灾产生的高温烟气通过阳台、凹廊或在楼梯间外墙上设置的外窗和排烟窗排至室外。采用自然排烟时，风压受风向、风速和周围遮挡物的影响变化较大。当自然排烟口位于建筑物的迎风侧（正压区）时，自然排烟效果会受风压影响而降低。因此，采用自然排烟方式时，应将排烟口设在建筑物常年主导风向的背风侧（负压区）内。图2-28 竖井排烟示意图（2）排烟竖井排烟（图2-28）。就是在高层建筑防烟楼梯间前室、消防电梯前室或合用前室设置专用的排烟竖井和进风竖井，利用火灾时室内外温