第7章-自然通风课件

第七章自然通风

1、自然通风的作用原理

2、自然通风的计算

3、避风天窗和风帽

4、自然通风与工艺、建筑设计的配合返回第七章自然通风返回1自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。自然通风的特点:不需动力,经济，能获得很大的通风换气量；但进风不能预处理,排风不能净化,污染周围环境；且通风效果不稳定。自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气2基本要求

①掌握热压作用下、风压作用下、热压和风压同时作用下的自然通风原理，余压的确定方法；②掌握自然通风的设计计算和排风温度确定方法：③熟悉避风天窗和风帽的结构型式及其空气动力性能，自然通风与工艺、建筑设计的关系。基本要求3第1节自然通风作用原理一、热压作用下的自然通风二、余压三、风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返回本章第1节自然通风作用原理返回本章4Pa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。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。Pa式中Δp—窗孔两侧的压力差，Pa；如果建筑物外墙5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。上式可写为kg/s

m/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m3/s或式中F—窗孔的面积，m2。上式可写为kg/sm/s式中6

一、热压作用下的自然通风如图所示有一厂房，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，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

Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwgh)＝(pa′－pa)＋gh(ρw－ρn)＝Δpa＋gh(ρw－ρn)返回一、热压作用下的自然通风如果先将窗孔b关闭，仅开启窗孔7

Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwgh)＝(pa′－pa)＋gh(ρw－ρn)＝Δpa＋gh(ρw－ρn)(1)上式表明，当窗孔a内外压差Δpa＝0时，由于ρn＜ρw(即tn＞tw)，作用在窗口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。Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwg8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。由上式可得(2)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9二、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)(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。返回二、余压返回10

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。在热压作用下，余压沿车间高度的增加而增大。11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。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，中和面以下窗孔余压为负。如果把中和面作为基准面，则窗孔a的余压为12三、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。返回三、风压作用下的自然通风返回13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。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14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。

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153、风压的计算Pa式中vw—室外空气流速，m/s；

ρw—室外空气密度,kg/m3；

K—空气动力系数。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。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3、风压的计算Pa式中vw—室外空气流速，m/s；16在风压单独作用下，窗孔a的内外压差为在风压单独作用下，窗孔a的内外压差为17四、风压和热压同时作用下的自然通风建筑物受到风压、热压同时作用时，外围护结构各窗孔的内外压差等于风压、热压单独作用时窗孔内外压差之和。窗孔a的内外压差(6)窗孔b的内外压差为(7)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。返回四、风压和热压同时作用下的自然通风(6)窗孔b的内外压差18热压和风压同时作用时，情况是复杂的。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；当外面的风压大于此窗孔的余压时，还会形成倒灌。因此，风对自然通风是有影响的，在建筑、通风设计及管理时，应注意风压的影响。热压和风压同时作用时，情况是复杂的。19第2节自然通风的计算

一、自然通风的设计计算步骤二、车间排风温度的计算三、车间m值的确定返回本章第2节自然通风的计算返回本章20工业厂房自然通风计算分设计计算和校核计算。设计计算主要是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、排风窗孔中心位置和所需要开启窗孔的面积。校核计算是在工艺、建筑、窗孔位置和面积已确定的条件下，验算所能达到的最大自然通风量，校核作业地带温度能否满足卫生要求。工业厂房自然通风计算分设计计算和校核计算。21自然通风计算的简化条件：①空气在流动过程中是稳定的，即假定所有可以引起自然通风的因素不随时间而变化。②整个车间的空气温度都等于车间的平均温度tnp；式中tn—室内工作区温度，0C；

tp—上部窗孔的排风温度。0C。③在同一水平面上的各点静压均相等，静压沿高度方向的变化符合流体静力学的规律。自然通风计算的简化条件：式中tn—室内工作22④车间内空气流经的路途上，没有任何障碍，并且不考虑热源左右必然存在的局部气流的影响。⑤经外围护结构缝隙渗入的空气量很小，不予考虑。⑥经开孔流入的射流，或室内热源所造成的射流，在到达排风窗孔前已完全消散。⑦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。④车间内空气流经的路途上，没有任何障碍，并且不考虑热源左右23一、自然通风的设计计算步骤1、计算车间全面换气量排除车间余热量所需的全面换气量G(kg/s)，按下式计算kg/s式中Q—车间总余热量，kJ/s；

tp—车间上部的排风温度，0C；

tj—车间的进风温度，tj＝tw，0C；

c—空气比热，c＝1.01kJ/(kg·0C)。返回一、自然通风的设计计算步骤kg/s式中Q—24

2、确定窗孔的位置，分配各窗孔的进排风量车间进、排风孔口的位置应由建筑、结构及生产工艺的设计人员协调后确定。

3、计算各窗孔的内外压差和窗孔面积对于仅有热压作用的车间，先假定某一余压等于零的位置(即中和面位置)，或先假定某一窗孔的余压，然后按公式计算其余各窗孔的余压。在风压和热压同时作用时，同样先假定某一窗孔的余压，然后根据公式计算其余各窗孔的内外压差。最后计算进排风窗孔所需的面积。2、确定窗孔的位置，分配各窗孔的进排风量25注意：最初假定的余压值不同，最后计算得到的各窗孔面积分配是不一样的。计算在热压作用下，进排风窗孔的面积：进风窗孔排风窗孔注意：最初假定的余压值不同，最后计算得到的各窗孔面积分配26进排风窗孔面积之比是随中和面位置的变化而变化的。可见开始假定的中和面位置不同，最后计算出的进、排风窗孔面积也将有差别。在满足采光要求的前提下，应当尽量减少排风天窗的面积。由此看来，在自然通风计算中，中和面的位置不应选得过高。根据空气量平衡方程式，Ga＝Gb，近似认为，μa＝μb，ρw＝ρp。上述公式可简化为或进排风窗孔面积之比是随中和面位置的变化而变化的。根据27二、车间排风温度的计算1、温度梯度法假定在车间工作区以上的空气温度上升值与高度成正比，则车间上部的排风温度tp(0C)可按下式计算tp＝tn＋α(H－2)式中α—温度梯度，0C/m，见教材P185表7-1；

H—车间上部排风窗孔中心离地面的高度，m；

tn—工作区温度，即指工作地点所在的地面上2m以内的温度，0C。目前，温度梯度法仅限于厂房高度不大于15m，散热量不大于116W／m3，且热量分布比较均匀的一般车间采用。返回二、车间排风温度的计算返回28

2、有效热量系数m法热车间的气流运动过程

热源上部的热射流在上升过程中，由于不断卷入周围空气，热射流的温度会逐渐下降。上升的热射流到达屋顶后，一部分由天窗排除，一部分则沿四周外墙向下回流，返回到工作区或者在工作区上部重新卷入射流。返回工作区的那部分循环气流与经下部窗孔进入室内的室外气流混合后，一起进入室内工作区，工作区的温度就是这两股气流的混合温度。2、有效热量系数m法29两个结论。①若车间内工艺设备的总散热量为Q，其中直接散入工作区的那部分热量称为有效余热量，以mQ表示，m值称为有效热量系数。②室外空气进人室内后，在到达工作地带的过程中会被逐渐加热，从而降低了它在工作地带的吸热能力。为此，引入一个进风有效系数β，对工作地带温度与室外温度的差值进行修正，以保证必需的通风量。两个结论。30根据整个车间的热平衡，消除车间余热所需要的全面进风量为m3/s(8)根据工作区的热平衡，消除工作区的余热所需全面进风量为m3/s(9)式中Q—车间的余热量，kJ/s；

m—有效热量系数；

β—进风有效系数，见图7-9(教材P185)。根据《采暖通风与空气调节设计规范》，夏季通风室外计算温度为当地最热月下午2：00月平均温度的历年平均值，各地夏季通风室外计算温度值见设计规范。根据整个车间的热平衡，消除车间余热所需要的全面进风量为m31由于L＝L′，由式(8)和式(9)得到如下关系式：从上式看出，在同样的tp下，m值越大，也就是说散入作业地带的有效余热量越大，工作地点的温度就越高。如果能确定出m值，则排风温度就容易确定，这样就把tp的求值问题变成了m值的确定问题。由于L＝L′，由式(8)和式(9)得到如下关系式：从上式32三、车间m值的确定m值不仅取决于热源的集中程度和热源的布置，同时还取决于建筑物的某些几何因素。在其它条件相同的情况下，热源按图7-9a布置，m＝0.44，热源按图7-9b布置，m=0.81。返回三、车间m值的确定返回33在通常情况下，m值按下式计算：m＝m1m2m3式中m1—根据热源占地面积f与地板面积之比值，按图7-10确定；

m2—根据热源高度，按表7-1确定；

m3—与热源的辐射散热量Qf和总散热量Q之比值，按表7-2确定。表7-1m2值热源高度/m≤24681012≥14m21.00.850.750.650.600.550.5表7-2m3值Qf/Q≤0.40.50.550.600.650.7m31.01.071.121.181.301.45在通常情况下，m值按下式计算：表7-1m2值热源高度/34

例：某车间如图7-11所示，车间总余热量Q＝582kJ/s，m＝0.4。F1＝15m2，F3＝15m2，μ1＝μ3＝0.6，μ2＝0.4。空气动力系数K1＝0.6，K2＝－0.4，K3＝－0.3。室外风速vw＝4m/s，室外空气温度tw＝260C，β＝1.0，要在室内工作区温度tn≤tw＋50C，计算天窗面积F2。解1、计算全面换气量工作区温度tn＝tw＋5＝26＋5＝310C车间上部排风温度0C例：某车间如图7-11所示，车间总余热量Q＝582kJ/35车间的平均气温0C全面换气量kg/s车间平均空气密度kg/m32、计算各窗孔的内外压差计算密度室外空气密度kg/m3车间的平均气温0C全面换气量kg/s车间平均空气密36

窗孔1、3进风，Δp1和Δp3均是负值，代入公式时，应取绝对值。密度差Δρ＝ρw－ρn＝1.179－1.145＝0.034kg/m3室外风的动压Pa假设窗孔1的余压为px，各窗孔的内外压差为窗孔1、3进风，Δp1和Δp3均是负值，代入公式时，37即

解上述方程得px≈－3Pa

3、确定px根据空气量平衡原理

G1＋G3＝G2＝46.1kg/m3由式得即解上述方程得px≈－3Pa3、确定px得38

4、计算天窗面积F2kg/m3m2其中4、计算天窗面积F2kg/m3m2其中39第3节避风天窗及风帽一、避风天窗二、避风风帽返回本章第3节避风天窗及风帽返回本章40一、避风天窗

对天窗的要求：局部阻力系数小，避风性能好，结构简单，造价低，维护管理方便。天窗分普通天窗和避风天窗，其主要差别是前者无挡风板。在风的作用下，普通天窗产生倒灌，故不适用于散发大量余热、粉尘和有有害气体的车间使用，仅适用于以采光为主的较清洁的厂房。在天窗上增设挡风板或其它结构形式，使天窗排风口无论风向如何变化，都处于负压状态，这种天窗称为避风天窗。避风天窗排风口不受风向的影响，处于负压状态，故能稳定排风、防止倒灌。返回一、避风天窗返回411、天窗的形式(1)矩形天窗矩形天窗的结构如图所示，这种天窗采光面积大，窗孔集中在车间中部，当热源集中布置在室内中部时，便于热气流迅速排除。缺点是建筑结构复杂，造价高。挡风板喉口矩形避风天窗1、天窗的形式挡风板喉矩形避风天窗42(2)下沉式天窗下沉式天窗的特点是把部分屋面下移，放在屋架的下弦上，利用屋架本身的高度(即上、下弦之间空间)形成天窗。它不像矩形天窗那样凸出在屋面之上，而是凹入屋盖里面。下沉式天窗分为纵向下沉式、横向下沉式和天井式三种。下沉式天窗比矩形天窗降低厂房高度2~5m，节省了天窗架和挡风板。它的缺点是天窗高度受屋架高度限制，清灰、排水比较困难。纵向下沉式天窗天井式天窗横向下沉式天窗(2)下沉式天窗纵向下沉式天窗天井式天窗横向下沉式天窗43(3)曲(折)线型天窗曲(折)线型天窗是一种新型的轻型天窗，其结构如图所示。它的挡风板是按曲(折)线制作的，因此阻力要比垂直式挡风板的天窗小，排风能力大。它同时还具有构造简单、质量轻、施工方便、造价低等优点。(3)曲(折)线型天窗44

Pa式中vt－天窗喉口处的空气流速，m/s；

ρp—天窗排风空气密度，kg/m3；ζ—天窗的局部阻力系数。仅有热压作用时，ζ值是一个常数，由试验求得。局部阻力系数ζ反映天窗内外压差一定时，单位面积天窗的排风能力。ζ值小，排风能力大。2、天窗的压力损失计算在热压作用下，天窗口的压力损失(内外压差)Δpt可按下式计算Pa式中vt－天窗喉口处的空气流速，m/s；2、天窗45二、避风风帽风帽是依靠风压和热压的作用，把室内污染空气排到室外的一种通风装置，使用在局部自然通风和无天窗的全面自然换气场合。风帽通常安装在局部自然排气罩的风道末端和要求加强全面通风的建筑屋顶上，如图所示。避风风帽是在普通风帽的外围增设一圈挡风板。返回二、避风风帽返回46第4节自然通风与工艺、建筑设计的配合

一、建筑形式的选择二、厂房总平面布置三、工艺布置返回本章第4节自然通风与工艺、建筑设计的配合返回本章47

一、建筑形式的选择1、应尽量采用单跨厂房，以增进进风面积2、建筑物的布置尽量利用“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。返回一、建筑形式的选择返回483、采用双层结构的车间双层结构的车间，在工艺条件允许下热源尽量安设在上层，下层用于进风。铝电解车间，为了降低工作区温度，冲淡有害物浓度，厂房采用双层结构。车间的主要放热设备电解槽布置在二层，电解槽两侧的地板上，设置四排连续的进风格子板。室外新鲜空气由侧窗和地板的送风格子板直接进入工作区。3、采用双层结构的车间494、应尽量降低进风侧窗离地面的高度一般不宜超过1.2m，南方炎热地区可取0.6~0.8m。5、应选用避风天窗符合下列条件之一的都应采用避风天窗：①炎热地区，室内散热量大于23W/m2；②其它地区，室内散热量大于35W/m2；③不允许气流倒灌的厂房。4、应尽量降低进风侧窗离地面的高度50

6、在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置，避免热跨相邻6、在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置，避免热跨相邻51二、厂房总平面布置1、厂房应错开布置一般建筑群的平面布局可分为：行列式、错列式、斜列式及周边式等，从通风的角度来看，错列式和斜列式较行列式和周边式好。

2、厂房进风面要正对主导风向厂房主要进风面一般应与夏季主导风向成600~900角，不宜小于450，同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。返回二、厂房总平面布置2、厂房进风面要正对主导风向返回52

3、厂房间保持一定的间距建筑的间距愈大，后排房屋受到的风压愈强。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，在这个距离内，如果有其他较低矮的建筑物存在，就会受高大建筑所形成的正压区或负压区的影响。3、厂房间保持一定的间距53三、工艺布置1、以热压为主进行自然通风的厂房，应尽量将散热设备布置在天窗下方。2、以穿堂风为主的自然通风时，应把热源单排布置在夏季主导风向的下风侧。3、炎热地区，可把热源布置在厂房外面，且位于夏季主导风向的下风侧，仅把炉子操作口放在厂房内。布置在室内的热源，应采取有效的隔热措施。返回三、工艺布置返回544、当热源靠近生产厂房一侧的外墙布置，而且外墙与热源间无工作点时，热源应尽量布置在该侧外墙的两个进风口之间。5、在多跨厂房中，应将冷热跨间隔布置，尽量避免热跨相邻，以便利用冷跨的通风降温效果。6、当散热设备布置在多层建筑物内时，应尽量将其布置在建筑物的顶层。4、当热源靠近生产厂房一侧的外墙布置，而且外墙与热源间无工55第七章自然通风

1、自然通风的作用原理

2、自然通风的计算

3、避风天窗和风帽

4、自然通风与工艺、建筑设计的配合返回第七章自然通风返回56自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。自然通风的特点:不需动力,经济，能获得很大的通风换气量；但进风不能预处理,排风不能净化,污染周围环境；且通风效果不稳定。自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气57基本要求

①掌握热压作用下、风压作用下、热压和风压同时作用下的自然通风原理，余压的确定方法；②掌握自然通风的设计计算和排风温度确定方法：③熟悉避风天窗和风帽的结构型式及其空气动力性能，自然通风与工艺、建筑设计的关系。基本要求58第1节自然通风作用原理一、热压作用下的自然通风二、余压三、风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返回本章第1节自然通风作用原理返回本章59Pa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。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。Pa式中Δp—窗孔两侧的压力差，Pa；如果建筑物外墙60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。上式可写为kg/s

m/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m3/s或式中F—窗孔的面积，m2。上式可写为kg/sm/s式中61

一、热压作用下的自然通风如图所示有一厂房，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，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

Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwgh)＝(pa′－pa)＋gh(ρw－ρn)＝Δpa＋gh(ρw－ρn)返回一、热压作用下的自然通风如果先将窗孔b关闭，仅开启窗孔62

Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwgh)＝(pa′－pa)＋gh(ρw－ρn)＝Δpa＋gh(ρw－ρn)(1)上式表明，当窗孔a内外压差Δpa＝0时，由于ρn＜ρw(即tn＞tw)，作用在窗口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。Δpb＝pb′－pb＝(pa′－ρngh)－(pa－ρwg63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。由上式可得(2)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64二、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)(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。返回二、余压返回65

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。在热压作用下，余压沿车间高度的增加而增大。66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。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，中和面以下窗孔余压为负。如果把中和面作为基准面，则窗孔a的余压为67三、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。返回三、风压作用下的自然通风返回68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。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69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。

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703、风压的计算Pa式中vw—室外空气流速，m/s；

ρw—室外空气密度,kg/m3；

K—空气动力系数。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。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3、风压的计算Pa式中vw—室外空气流速，m/s；71在风压单独作用下，窗孔a的内外压差为在风压单独作用下，窗孔a的内外压差为72四、风压和热压同时作用下的自然通风建筑物受到风压、热压同时作用时，外围护结构各窗孔的内外压差等于风压、热压单独作用时窗孔内外压差之和。窗孔a的内外压差(6)窗孔b的内外压差为(7)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。返回四、风压和热压同时作用下的自然通风(6)窗孔b的内外压差73热压和风压同时作用时，情况是复杂的。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；当外面的风压大于此窗孔的余压时，还会形成倒灌。因此，风对自然通风是有影响的，在建筑、通风设计及管理时，应注意风压的影响。热压和风压同时作用时，情况是复杂的。74第2节自然通风的计算

一、自然通风的设计计算步骤二、车间排风温度的计算三、车间m值的确定返回本章第2节自然通风的计算返回本章75工业厂房自然通风计算分设计计算和校核计算。设计计算主要是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、排风窗孔中心位置和所需要开启窗孔的面积。校核计算是在工艺、建筑、窗孔位置和面积已确定的条件下，验算所能达到的最大自然通风量，校核作业地带温度能否满足卫生要求。工业厂房自然通风计算分设计计算和校核计算。76自然通风计算的简化条件：①空气在流动过程中是稳定的，即假定所有可以引起自然通风的因素不随时间而变化。②整个车间的空气温度都等于车间的平均温度tnp；式中tn—室内工作区温度，0C；

tp—上部窗孔的排风温度。0C。③在同一水平面上的各点静压均相等，静压沿高度方向的变化符合流体静力学的规律。自然通风计算的简化条件：式中tn—室内工作77④车间内空气流经的路途上，没有任何障碍，并且不考虑热源左右必然存在的局部气流的影响。⑤经外围护结构缝隙渗入的空气量很小，不予考虑。⑥经开孔流入的射流，或室内热源所造成的射流，在到达排风窗孔前已完全消散。⑦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。④车间内空气流经的路途上，没有任何障碍，并且不考虑热源左右78一、自然通风的设计计算步骤1、计算车间全面换气量排除车间余热量所需的全面换气量G(kg/s)，按下式计算kg/s式中Q—车间总余热量，kJ/s；

tp—车间上部的排风温度，0C；

tj—车间的进风温度，tj＝tw，0C；

c—空气比热，c＝1.01kJ/(kg·0C)。返回一、自然通风的设计计算步骤kg/s式中Q—79

2、确定窗孔的位置，分配各窗孔的进排风量车间进、排风孔口的位置应由建筑、结构及生产工艺的设计人员协调后确定。

3、计算各窗孔的内外压差和窗孔面积对于仅有热压作用的车间，先假定某一余压等于零的位置(即中和面位置)，或先假定某一窗孔的余压，然后按公式计算其余各窗孔的余压。在风压和热压同时作用时，同样先假定某一窗孔的余压，然后根据公式计算其余各窗孔的内外压差。最后计算进排风窗孔所需的面积。2、确定窗孔的位置，分配各窗孔的进排风量80注意：最初假定的余压值不同，最后计算得到的各窗孔面积分配是不一样的。计算在热压作用下，进排风窗孔的面积：进风窗孔排风窗孔注意：最初假定的余压值不同，最后计算得到的各窗孔面积分配81进排风窗孔面积之比是随中和面位置的变化而变化的。可见开始假定的中和面位置不同，最后计算出的进、排风窗孔面积也将有差别。在满足采光要求的前提下，应当尽量减少排风天窗的面积。由此看来，在自然通风计算中，中和面的位置不应选得过高。根据空气量平衡方程式，Ga＝Gb，近似认为，μa＝μb，ρw＝ρp。上述公式可简化为或进排风窗孔面积之比是随中和面位置的变化而变化的。根据82二、车间排风温度的计算1、温度梯度法假定在车间工作区以上的空气温度上升值与高度成正比，则车间上部的排风温度tp(0C)可按下式计算tp＝tn＋α(H－2)式中α—温度梯度，0C/m，见教材P185表7-1；

H—车间上部排风窗孔中心离地面的高度，m；

tn—工作区温度，即指工作地点所在的地面上2m以内的温度，0C。目前，温度梯度法仅限于厂房高度不大于15m，散热量不大于116W／m3，且热量分布比较均匀的一般车间采用。返回二、车间排风温度的计算返回83

2、有效热量系数m法热车间的气流运动过程

热源上部的热射流在上升过程中，由于不断卷入周围空气，热射流的温度会逐渐下降。上升的热射流到达屋顶后，一部分由天窗排除，一部分则沿四周外墙向下回流，返回到工作区或者在工作区上部重新卷入射流。返回工作区的那部分循环气流与经下部窗孔进入室内的室外气流混合后，一起进入室内工作区，工作区的温度就是这两股气流的混合温度。2、有效热量系数m法84两个结论。①若车间内工艺设备的总散热量为Q，其中直接散入工作区的那部分热量称为有效余热量，以mQ表示，m值称为有效热量系数。②室外空气进人室内后，在到达工作地带的过程中会被逐渐加热，从而降低了它在工作地带的吸热能力。为此，引入一个进风有效系数β，对工作地带温度与室外温度的差值进行修正，以保证必需的通风量。两个结论。85根据整个车间的热平衡，消除车间余热所需要的全面进风量为m3/s(8)根据工作区的热平衡，消除工作区的余热所需全面进风量为m3/s(9)式中Q—车间的余热量，kJ/s；

m—有效热量系数；

β—进风有效系数，见图7-9(教材P185)。根据《采暖通风与空气调节设计规范》，夏季通风室外计算温度为当地最热月下午2：00月平均温度的历年平均值，各地夏季通风室外计算温度值见设计规范。根据整个车间的热平衡，消除车间余热所需要的全面进风量为m86由于L＝L′，由式(8)和式(9)得到如下关系式：从上式看出，在同样的tp下，m值越大，也就是说散入作业地带的有效余热量越大，工作地点的温度就越高。如果能确定出m值，则排风温度就容易确定，这样就把tp的求值问题变成了m值的确定问题。由于L＝L′，由式(8)和式(9)得到如下关系式：从上式87三、车间m值的确定m值不仅取决于热源的集中程度和热源的布置，同时还取决于建筑物的某些几何因素。在其它条件相同的情况下，热源按图7-9a布置，m＝0.44，热源按图7-9b布置，m=0.81。返回三、车间m值的确定返回88在通常情况下，m值按下式计算：m＝m1m2m3式中m1—根据热源占地面积f与地板面积之比值，按图7-10确定；

m2—根据热源高度，按表7-1确定；

m3—与热源的辐射散热量Qf和总散热量Q之比值，按表7-2确定。表7-1m2值热源高度/m≤24681012≥14m21.00.850.750.650.600.550.5表7-2m3值Qf/Q≤0.40.50.550.600.650.7m31.01.071.121.181.301.45在通常情况下，m值按下式计算：表7-1m2值热源高度/89

例：某车间如图7-11所示，车间总余热量Q＝582kJ/s，m＝0.4。F1＝15m2，F3＝15m2，μ1＝μ3＝0.6，μ2＝0.4。空气动力系数K1＝0.6，K2＝－0.4，K3＝－0.3。室外风速vw＝4m/s，室外空气温度tw＝260C，β＝1.0，要在室内工作区温度tn≤tw＋50C，计算天窗面积F2。解1、计算全面换气量工作区温度tn＝tw＋5＝26＋5＝310C车间上部排风温度0C例：某车间如图7-11所示，车间总余热量Q＝582kJ/90车间的平均气温0C全面换气量kg/s车间平均空气密度kg/m32、计算各窗孔的内外压差计算密度室外空气密度kg/m3车间的平均气温0C全面换气量kg/s车间平均空气密91

窗孔1、3进风，Δp1和Δp3均是负值，代入公式时，应取绝对值。密度差Δρ＝ρw－ρn＝1.179－1.145＝0.034kg/m3室外风的动压Pa假设窗孔1的余压为px，各窗孔的内外压差为窗孔1、3进风，Δp1和Δp3均是负值，代入公式时，92即

解上述方程得px≈－3Pa

3、确定px根据空气量平衡原理

G1＋G3＝G2＝46.1kg/m3由式得即解上述方程得px≈－3Pa3、确定px得93

4、计算天窗面积F2kg/m3m2其中4、计算天窗面积F2kg/m3m2其中94第3节避风天窗及风帽一、避风天窗二、避风风帽返回本章第3节避风天窗及风帽返回本章95一、避风天窗

对天窗的要求：局部阻力系数小，避风性能好，结构简单，造价低，维护管理方便。天窗分普通天窗和避风天窗，其主要差别是前者无挡风板。在风的作用下，普通天窗产生倒灌，故不适用于散发大量余热、粉尘和有有害气体的车间使用，仅适用于以采光为主的较清洁的厂房。在天窗上增设挡风板或其它结构形式，使天窗排风口无论风向如何变化，都处于负压状态，这种天窗称为避风天窗。避风天窗排风口不受风向的影响，处于负压状态，故能稳定排风、防止倒灌。返回一、避风天窗返回961、天窗的形式(1)矩形天窗矩形天窗的结构如图所示，这种天窗采光面积大，窗孔集中在车间中部，当热源集中布置在室内中部时，便于热气流迅速排除。缺点是