被动式热压自然通风

1、建筑环境学期末论文被动式热压自然通风争辩综述建环零林冠婧000110右，而建筑能耗的相当一大局部用于室温调整。太阳能是一种清洁便利的型能源。利用太阳能的被动式热压自然通风应时而生。本文综合介绍并分析了被动式热压自然通风的三种主要方式及其相应争辩成果。关键字：自然通风 换气量 被动式热压自然通风一引言相比，自然通风的最大好处在于它不消耗动力，获得适当的通风换气量。此外， 自然通风对提高室内空气质量、改善人体热舒适性也有明显的好处。当室内气温高于室外的气温时，自然通风还能使建筑构件降温。在炎热干旱地区，夏季室外气温高达四十多度，太阳辐射是建筑的主要得热。这么大的热负荷假设全承受机械通风，能耗巨大且

2、不经济。另外，随着太阳能采暖的普及，被动式太阳能住宅passive solar house夏季过热成了太阳能利用中的一个问题。如何解决以上问题，更好地利用太阳能？一个行之有效的方法是利用被动式热压自然通风，主要方式包括太阳烟囱solar chimne、太阳能屋顶集热器roof solar collecto、特隆布墙tromble wal。部由于空气密度不同，热空气趋向于上升，而冷空气则趋向于下降的特点，促进自然通风。热压作用与进风和出风的风口高度差，以及室内外空气温度差存在着亲热的关系：高度差愈大，温度差愈大，则热压通风的效果愈明显。蓄热墙，通常含有绝热材料，内外壁之间有确定间隔，分别有开口与

3、外界或室内相通。内壁吸取太阳能，可以到达相当高的温度。从而使内外壁消灭较大温差， 导致气体的密度差，在夹壁内形成自然对流，浮力作用使气流上升，与外界形成烟囱效应。这种室内外的气体循环不仅带进风，增加换气量，还带走了室内多余的热量和湿气。同时，内壁含有绝热材料，可以削减外界对室内的传热量，这就有效降低了室内热负荷，改善人体热舒适性。热系统吸取的太阳辐射也越大，其中空气温度也越高，从而产生更大的通风换气量。此外，这种冷却方式均是在建筑物构造上加以简洁改进，能与建筑设计较好地融合，表达了生态建筑优化设计的思想。特隆布墙的通风力气孰强孰弱，如何运用其到达最好效果，很多学者作了大量的试验与争辩。争辩方法

4、通常承受试验与数值模拟相结合。试验中通风效果的好坏1建筑环境学期末论文因此可用数值模拟对被动式热压自然通风的效果进展推想和分析。本文对几种主 要被动式热压自然通风方式作了简洁介绍，并对它们的局部争辩成果作了总结与 分析。二太阳烟囱传统烟囱与直式太阳烟囱的比较1 争辩了传统烟囱和直式太阳烟囱换气量的区 墙。试验在冬季进展，承受示踪气体法测量气体流量。传热模型气泄漏，有烟囱示意图V气体体积流量 Dh出口烟囱的水力半径 SOC出口面积口面积热膨胀系数T=ToutTextK局部损失系数f沿程损失系数由上方程，即可求得相应条件下的气体体积流量。结论 1020，日照强时，通风量的增幅加大。MonthDai

5、ly global radiationhorizontalsurfacew/m2Reference averageflow rate (l/s)Conventional averageflow rate(l/s)Solar assistanceefficiencies(%)January2943137124.310.2March5671105.786.422.4Solar assistance efficiencies60。5mm的绝热材料已接近抱负绝热。MonthAverageflowratel/sSolar assistance efficiencies(%)Thickness0cm5cm

6、Ideal0cm5cmIdealJanuary128.8135.5137.03.79.010.2March93.8103.7105.78.620.122.4 assistance efficiencies的提高影响不大。但增加蓄热墙的厚度能增大日间蓄热量，从而降低日间气体流量，增加夜间气体流量。但10cm以上再增大厚度意义不大。斜式太阳烟囱22建筑环境学期末论文2022 年，Mohsen.M.Aboulnaga 争辩了倾斜式太阳烟囱的倾角、间距对换气量27。倾角2540，间0.100.25m。斜式太阳烟囱构造如下见下页：理论分析Q k A2(ghsin )1 exp(ZL)(a)S(t) UL

7、TaU TL_Ts UURRLlZhfwn/mcpQ体积流量Kcoeffient of discharges(t)平均太阳辐射Uheatcoeffienth烟囱高度A- 面积 w宽度 L长度n楼层数a吸取率 transimittance下标含义：R房间L损失l进口s烟囱外界结论0.20m，当间0.10m 时，降温效果不明显；倾角为35时气流量最大。安装有太阳烟囱之850w/m2 0.81m3/s,1.60kg/s。 小结由于斜式烟囱太阳照耀面积更大，吸取更多热量，自然对流较为猛烈。但斜式的建筑难度大于直式。总体看来，太阳烟囱产生的换气量仍较小，可通过增加烟囱数目或与其他被动式太阳能热压自然通风

8、构件相结合连续增大换气量。三太阳能屋顶集热器(RSC)一般太阳能屋顶集热器32022 年，Jongjit Hirunlabh, Sopin Wachirapuwadon, Naris Pratinthong Joseph3建筑环境学期末论文Khedari 争辩了一般太阳能屋顶集热器的倾角、长度对换气量的影响，并对四种不同型式的太阳能屋顶集热器进展了比较。试验工况为夏季。图1是试验RSC的CPAC monier roof tiles，下层是低导热系数的灰泥板。图1图2理论分析将RSC的传热过程看为一维非稳态传2结论1屋顶倾角对气体流量的影响60 度前，随倾角增大流量显著增加。60 度之后，流量随

9、倾角增大而减小。所以RSC 的2060 度之间。RSC 的影响RSC 产生的气体流量小于长度之和相当的两段较短的RSCRSC 12m 之间。依据上两因素的影响，设计了四种类型的屋顶，如以以下图。4建筑环境学期末论文MonthSpecific air flow ratem3/sMarchModel A0.0416Model B0.0619Model C0.0666Model D0.0713July0.03610.05370.05660.0597November0.03890.05780.06330.0685D 得到的气体流量最大。但其值也较小，无法满足 可供给自然通风，但单纯承受它无法满足人们需

10、要，要与其他冷却机构如特隆布墙同时使用。运用Breathing wall 的太阳能屋顶集热器41995年，Hoyano et al.制造了一种型墙体breathing wall.。Breathing wall 有很多层铝箔嵌在内部木头框架里，铝箔之间是空气夹层，在每层铝箔确实定位置都钻有很多小圆孔。气体可通过这些圆孔流通，带走热量 Yoon AkiraHoyano breathing wall breathing wall 单位开口面积对换气量及铝箔夹层内水气分散的影响。试验在冬季进展。冬季白天， 太阳照耀时，铝箔被加热，室外冷气流经过铝箔被预热，削减了通风带进屋内的冷量。同时，承受Breat

11、hingwall 作为蓄热体，可将热压与风压作用相结合，增大换气量。试验装置及通风原理5建筑环境学期末论文试验装置构造如上，屋顶上部掩盖有缝隙的瓦片，下部为Breathingwall。试验26.5145.02Fig 主要动力热压和风压作用下的流淌形式。结论试验结果说明为了供给足够的换气量0.5次每小时，两模型 Breathingwall 的单位通风面积要求分别为10cm2/m2和5cm2/m2。在风速达10m/s，513.2/12.5，相当于热流密度128/158w/m2通风面积为11.3cm2/m2，就可保证在风速10m/s下，铝箔夹层内无内局部散。 小结太阳能屋顶集热器产生的气体流量同时受

12、斜面垂直高度和所承受的太阳辐射量制约。倾角越大，斜面垂直高度越高，热压增加；但同时所承受的太阳辐射后，气体流量达最高点，连续增大倾角，气体流量反而削减。RSC组合通风效果要强于单个长的RSC。单独承受一般太阳能屋顶集热器，换气量很小，远不能满足人们需要。但 了争辩，对于冬季晚上，笔者认为应在气体夹层中设置隔热层，或封闭屋顶上的全部进气口，以防止室外冷风渗透及屋内热量散失。四特隆布墙Tromblewalls一般特隆布墙51997 年，Guohui Gan CFDcomputational fluid dynamics对特隆布墙进展模拟分析，争辩了风道宽度，墙体得热，绝热程度，气体开口位置对换气量

13、的影1920。特隆布墙简介 夏季降温，也可用于冬季采暖。当用于冬季采设置如a，外界冷气流从底部进入，与屋内气流混合，经蓄热墙加热后，在浮力作用下上升，从风道顶部流入房间。用于夏季降温时， 节气闸设置如b。在热带地区，由于外界温度过高，这种冷却方式不行行。但在类似英国夏季外界气6建筑环境学期末论文节气闸把握进入房间的气流量。结论1风道宽度的影响由左图，当风道进口宽度固定在0.1m 时，风道宽度对气体流量影响很小，可无视不记。当进口与风道宽度相等时，Q L 满足下式：Q143.4L0.6582上限。2墙体得热wallheatgain及墙高的影响由上图易知，气体流量随墙体得热和墙高的增加而显著增长。

14、绝热的影响玻璃和蓄热墙的绝热程度能够影响壁外表的温度，从而转变气体流量。措施承受双层玻璃绝热蓄热墙l/s 前30.630.6后34.0(一样太阳光)35.9一样墙壁得热36.5增幅111719热墙绝热好。蓄热墙绝热不仅有效增大换气量，还能够阻挡外界多余热量进入室内。气体出口位置的影响假设把特隆布墙的侧面气体出口改到墙体顶部，气体流量能从 30.6l/s 增大到40.2l/s，增幅高达 30。由此可见，假设太阳能仅用于通风，太阳烟囱的效果比特隆布墙好。墙metallic solar7建筑环境学期末论文wallMSW62022年，J.Hirunlabh. W.Kongduang ，P. Nampr

15、akaiJ.Khedari 争辩了在热带气候下风道高度与间距对带金属板的特隆布墙换气量的影响及 MSW 产生的热MSW1m2m 构造如图。试验在过渡季十一月进展。结论：高度与间距的影响 MSW 的温度上升。高度 2m，间距 14.5cm 时,最大的平均气体流量到达0.015kg/s。MSW 产生的热舒适性32时，MSW在引进风，改善室内空气品质的同时，还可以有效带走室内产热，满足人体热舒适性。小结拔风作用减弱。因此，流量随间距增长有一上限。底部进入，从顶部排出。而对特隆布墙，气体要经过蓄热墙与玻璃的假设干个侧面进出口在室内外形成循环。气体流入开口的突然缩小，流出的突然扩大与气体转弯引起的局部损

16、失都增加了热压的损失。因此，选用单种被动式热压自然通风方式，在一样条件下，太阳烟囱比特隆布墙好。五多种被动式热压通风方式的综合应用8建筑环境学期末论文特隆布墙太阳烟囱combinedwallroof solarchimney7 S.N.Abdrabboh 在斜式太阳烟囱根底上，对与特隆布墙相结合的太阳烟囱的通风效果进展争辩。其理论分析与斜式太阳烟囱同。构造示意图结论850w/s2327时，3.45m2.3m3/s0.81m3/sRSC.MTW.TW.MSW综合82022 Joseph Khedari , Boonlert Boonsri, Jongjit Hirunlabh 将RSC.MTW.

17、TW.MSW综合，争辩了综合后的室内外温差、产生的换气量。试验在夏季进展。构造示意图9建筑环境学期末论文上图为 MTW.TW.MSW各自的构造图以及试验所搭建的房子。10建筑环境学期末论文结论1室内气温波动当全部气体入口被封闭时，室内外最高温差为 6；当仅有一般的门和窗翻开时，室内外最高温差为 4；当太阳烟囱窗口也被翻开时，温差降到 3。也就是说，承受太阳烟囱后，有效缩小了室内外温差。2)产生的换气量如 Fig96-9m2 的四种太阳能集热构件综合后，产生总换气量在1015m3/h 1.6-2.5 次。小结由以上两试验可看出，将多种被动式热压通风方式结合能明显增大换气量。七总结增大室内的通风换

18、气量，引进室外风，改善室内空气质量。增加长度高度，增加绝热程度，增大受热面积，是提高被动式热压通风产生换气量的主要措施。单种方式的热压通风产生换气量往往不大，在与其它方式同时使用后换气量明显增加。作为一种兴的自然通风方法，被动式热压自然通风具有相当潜力，进展前景看好。但其仍有确定局限。主要表现在热压作为一种动力，其压强有限，而机械动力可高达上百帕 ，这样这种热压通风无法应用于高层建筑，只适用于低层的平房或别墅。目前所得试验数据也仅限于低层建筑，甚至只是单个房间。从长远看来，随争辩的深入和技术的成熟，被动式太阳能热压通风的应用将愈来愈广泛。参考文献：11建筑环境学期末论文Clito Afonso

19、 , Armando Oliveira ,Solar chimneys: simulation and experiment,Energyand Buildings 3220227179Mohsen M.Aboulnaga, A roof solar chimney assisted by cooling cavity for naturalventilation in building in hot arid climates:an energy conservation approach in al-ain city,P:S0960-1481(98)00090-1Jongjit Hirun

20、labh, Sopin Wachirapuwadon, Naris Pratinthong, Joseph Khedari*,New configurations of a roof solar collector maximizing natural ventilation ,Buildingand Environment 36 (2022) 383-391Senghwan Yoon and Akira Hoyano, Passive ventilation system that incorporates apitched roof constructed of breathing walls for use in a passive solar house,PI I :S0038 092X(98)0