工业通风第七章

第七章自然通风作用原理：依靠室外风力造成的风压和室内外空气温度差所造成的热压使室内外的空气进行交换,从而改善室内的空气环境。特点：不需动力，经济；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。第一节自然通风的作用原理作用原理：建筑外墙上开有面积为F的窗孔，并且窗孔两侧存在压力差P，就会有空气流过该窗孔。流过的风速为：通过窗孔的空气量由上式可以看出，流经窗孔的空气量与窗孔面积和两侧压力差有关。对于面积一定的窗孔，流经的空气量大小随的增加而增大。一、热压作用下的自然通风有一建筑物，在外围结构的不同高度上设有窗孔a和b，两者的高差为h。假设窗孔外的静压力分别为Pa，Pb，窗孔内的静压力分别为P’a，P’b，室内外的空气温度和密度分别为tn、n。和tw、w。由于tn＞tw，所以n＜w。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)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。hwnbatn>tw,下进上排；tn<tw,上进下排。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。△Pb-△Pa=

△Pb+｜△Pa｜=gh(ρw-ρn)

只有一个窗口能否形成自然通风？通常将室内某一点的压力和室外同标高未受建筑或其他物体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(7-5)得某一窗孔的余压为

px′=Δpx＝Δpa＋gh′(ρw－ρn)＝pxa＋gh′(ρw－ρn)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。二、余压的概念在热压作用下，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。位于中和面的窗孔内外没有压差，因而没有空气流动。

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)窗孔b的余压pxb＝px0＋gh2(ρw－ρn)＝gh2(ρw－ρn)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。三、风压作用下的自然通风室外气流吹过建筑物时，气流将发生绕流，经过一段距离后才恢复平行流动。当气流绕流建筑物时，建筑物表面及周围的压力分布将发生变化。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。

室外气流绕流建筑物时，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。建筑物在风力作用下的压力分布a）平屋顶建筑（立剖面）b）倾角30°坡屋顶建筑（立剖面）c）倾角45°坡屋顶建筑（立剖面）d）建筑平面图和远处未受干扰的气流相比，由于风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。风压的计算Pa某一建筑物周围的风压分布与该建筑的几何形状和室外的风向有关。风向一定时，建筑物外围结构上某一点的风压值可用下式表示：K值为正，说明该点的风压为正值，K值为负，说明该点的风压为负值。不同形状的建筑物在不同方向的风力作用下，空气动力系数分布是不同的。空气动力系数要在风洞内通过模型试验求得。风速为vw，没有热压的作用。在风的作用下，迎风面窗孔的风压为Pfa，背风面窗孔的风压为Pfb，（Pfa>Pfb），窗孔中心平面上室内的压力为Pn，余压为Px。在窗孔a、b均未开启时，由公式（7一7）可以看出，室内各点的余压均相等，而且均等于零。如果先开启窗孔a、关闭窗孔b，不管窗孔a的内外压差大小，由于空气的流动，室内的压力会逐渐升高。当室内的余压等于窗口a的风压时，空气停止流动。此时室内的余压Px＝Pfa。如果再开启窗孔b，由于Px＞Pfb，空气会由窗孔b流出。随着室内空气的流出，室内的余压下降，这时Pfa＞Px＞Pfb。一直到由窗孔a流入的空气量和由窗孔b流出的空气量保持相等，室内余压Px保持稳定。窗孔b的内外压差为四、风压和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。也就等于各窗孔的余压和室外风压之差。窗孔a的内外压差

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。由于室外风的风速和风向是经常变化的，不是一个稳定的因素。为了保证自然通风的设计效果，根据采暖通风和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，风压一般不予考虑。但是必须定性地考虑风压对自然通风的影响。第二节自然通风的计算

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。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)。2.确定窗孔的位置，分配各窗孔的进、排风量3.确定各窗孔内外压差和窗孔面积对于仅有热压作用的车间，先假定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。计算进排风窗孔所需的面积。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。排风窗孔计算在热压作用下，进排风窗孔的面积：进风窗孔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。排风天窗的造价比侧窗高，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根据设计规范的规定，热车间夏季自然通风的排风温度可按下述三种方法计算：根据科研、设计单位多年的研究、实践，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，例如对大多数车间而言，要保证（tn－tw）<=5℃，(tp－tw）应不超过10~12℃。

对于厂房高度不大于15m，室内散热源比较均匀，而且散热量不大于116W/m3时，可用温度梯度法计算排风温度tp。二、车间排风温度的计算按有效热量系数m计算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。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根据工作区的热平衡，消除工作区的余热所需全面进风量

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7-11a布置，m＝0.44，热源按图7-11b布置，m=0.81。11

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