通风工程之自然通风

1通风工程

VentilaonEngineering23.2

工业厂房自然通风的计算3.2.1设计性计算的步骤3.2.2校核性计算的步骤3.1自然通风作用原理3.1.1热压作用下的自然通风3.1.2室外风压作用下的自然通风3.1.3热压与风压联合作用下的自然通风

第3章自然通风33.3自然通风与建筑设计3.3.1建筑总平面规划

3.3.2建筑形式的选择

3.3.3工艺布置

3.3.4避风天窗及风帽的设计

3.3.5生态建筑的自然通风(不作要求)

第3章自然通风4熟练掌握：热压、风压作用下的及热压与风压共同作用下的自然通风原理。

掌握：工业厂房自然通风的设计性计计算和校核性计算。

理解：自然通风与建筑设计。

第3章自然通风5自然通风定义什么是自然通风?

利用自然的手段(风压、热压等)将室外空气不经过空调处理就引入室内以达到维持室内空气舒适性的方法目的带走热湿量（保持室内热舒适性）带入新风(保持室内空气品质）第3章自然通风6

优点

无能耗

建筑能耗占总能耗30％

空气品质好

机械通风空调：“病态建筑”

缺点

难控制

有时风量不足

解决办法：自然通风和机械通风相结合，机械辅助自然通风

自然通风的特点第3章自然通风7

只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有空气流过开口。§3.1

自然通风作用原理8建筑不同高度（高差h）上有窗孔a、b设：tn>tw,则：ρw>ρn由水静力学公式得：b窗内外的作用压差（规定以室内向室外流动为正）——即热压热压的定义：由室内外空气温差在不同高度通风口间造成的空气流动作用压头§3.1

自然通风作用原理3.1.1

热压作用下的自然通风9注意：热压和余压的区别热压——两窗孔之间的压差，ΔPb-ΔPa

在仅有热压作用时，窗孔内外的压差即等于该水平面的余压ΔPa=Pxa，ΔPb=Pxb定义：用Px表示室内某一点的压力与室外同标高未受干扰的空气压力的差值2.余压§3.1

自然通风作用原理10可知仅有热压作用时，窗孔内外的压差（即余压）是随高度h成线性增加的室内向室外流动为正由于a窗进风，所以Pxa<0由于b窗排风，所以Pxb>0在某一高度上，有Pxh=0中和面定义：室内外压力差为零的水平面中和面以上的窗孔排风，距中和面越远，余压绝对值越大（+）中和面以下的窗孔进风，距中和面越远，余压值绝对越大（-）§3.1

自然通风作用原理11根据质量守恒恒定律：：§3.1自然通风风作用原原理122多层建筑筑如果是一一多层建建筑物，，仍设室室内温度度高于室室外温度度，则室室外空气气从下层层房间的的外门窗窗缝隙或或开启的的洞口进进入室内内，经内内门窗缝缝隙或开开启的洞洞口进入入楼内的的垂直通通道向上上流动，，最后经经上层的的内门窗窗缝隙或或开启的的洞口和和外墙的的窗、阳阳台门缝缝或开启启的洞口口排至室室外。这这就形成成了多层层建筑物物在热压压作用下下的自然然通风也也就是所所谓的“烟囱效应应”。§3.1自然通风风作用原原理13多层建筑筑的热压压引起的的自然通通风大中和面面小中和面面Hh§3.1自然通风风作用原原理14热压作用用模拟的的建筑模模型每层有上上下两个个开口§3.1自然通风风作用原原理15室内空气气速度分分布16室内空气气温度分分布17外廊式多多层建筑筑在热压压作用下下的自然然通风如果建筑筑物内没没有“烟囱”（与室外外有联系系的竖向向通道）），也就就没有相相应的“烟囱效应”。§3.1自然通风作用用原理18在建筑物迎风风面，气流受受阻，部分动动压转化为静静压，静压值值升高，风压压为正，称为为正压；在建建筑物的侧面面和背面由于于产生局部涡涡流，形成负负压区，静压压降低，风压压为负，称为为负压。风压系数§3.1自然通风作用用原理3.1.2风压作用下的的自然通风19往往采用CFD或风洞模型实实验的方法求求取K值。20由于气流的撞撞击作用，在在迎风面形成成一个滞流区区，该处的静静压力高于大大气压力，处处于正压状态态。在正压区区内气流呈循循环流动，在在地面附近气气流方向与主主导风向相反反。在一般情情况下，风向向与该平面的的夹角大于30°时，会形成正压区。室外气流发生生建筑绕流时时，在建筑物物的顶部和后后侧形成弯曲曲循环气流。。屋顶上部的的涡流区称为为回流空腔，，建筑物背风风面的涡流区区称为回旋气气流区。这两两个区域的静静压力均低于于大气压力，，形成负压区，我们把它们们统称为空气动力阴影影区。§3.1自然通风作用用原理21建筑物在风力力作用下的压压力分布a）平屋顶建筑筑（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）建筑平面图图§3.1自然通风作用用原理22§3.1自然通风作用用原理热压作用下的的自然通风23室外风压作用用下的自然通通风§3.1自然通风作用用原理24

hbKbxbPawtwrrtnnxaPKaw§3.1自然通风作用用原理3.1.3热压与风压联联合作用下的的自然通风窗孔内外的压压差2525风压和热压共共同作用，有有时互相加强强，有时相互互抵消两者相互作用用下的通风机机理还待研究究，目前将两两者的相互作作用简单考虑虑为线性叠加加一般来说建筑筑进深小的部部位多利用风风压直接通风风，进深大的的部位利用热热压通风风压热压同时时作用时的孔孔口内外压差差§3.1自然通风作用用原理26热压与风压究竟谁起主导作用呢？《采暖通风与空空气调节设计计规范》规定：在实际际工程设计计计算时仅考虑虑热压的作用用，风压一般般不予考虑。。§3.1自然通风作用用原理27自然通风设计计性计算通常常按下列步骤骤进行：1.计算全面换气气量及排风温温度排除车间余热热量所需的全全面换气量车间上部排风风温度的确定定方法有几种种，目前常用用的有温度梯梯度法和有效效热量法。2.确定窗孔的位位置，分配各各窗孔的进、、排风量3.确定各窗孔内内外压差和窗窗孔面积§3.2工业厂房自然然通风的计算算3.2.1设计性计算的的步骤281.温度梯度法：对于散热较较为均匀，散散热量不大的的车间，室内内空气温度沿沿高度方向的的分布规律大大致是一直线线关系。§3.2工业厂房自然然通风的计算算车间排风温度度计算tw、tn是已知的，但但tp未知求解方法：29§3.2工业厂房自然然通风的计算算2.有效热量法（m值法）：有效效热量系数m的定义：室内内总余热量中中直接进入工工作区的热量量比例有效热量30QmQ（1-m）Qtwtntp从全室的热平平衡分析：从工作区热平平衡分析：两式联立，有有：室内平均温度度：§3.2工业厂房自然然通风的计算算312）确定窗孔位置置可以先假设中中和面位置００h2h1定性分析：简化计算，若若：则有：离中和面越远远，余压越大大，同样的通通风量要求的的窗孔面积越越小中和面位置要要适当３）确定窗孔孔面积§3.2工业厂房自然然通风的计算算32当进行校核性性计算时，可可按已知的进进、排风窗孔孔面积估算出出中和面的位位置。根据估算出的的中和面位置置，确定进风风窗的进风量量与排风窗的的排风量是否否与房间所需需要的全面换换气量相等。。§3.2工业厂房自然然通风的计算算3.2.2校核性计算的的步骤33（1）建筑群的布布局可从平面面和空间两个个方面考虑。。建筑群平面面布局可分为为：行列式、错列列式、斜列式式及周边式，，从通风的角度度来看，错列列式和斜列式式较行列式和和周边式好。。（2）为了保证建建筑的自然通通风效果，建建筑主要进风风面一般应与与夏季主导风风向成60°~90°角，不宜小于于45°，同时应避免免大面积外墙墙和玻璃窗受受到西晒。§3.3自然通风与建建筑设计3.3.1建筑总平面规规划34（3）室外风吹过过建筑物时，，迎风面的正正压区和背风风面的负压区区都会延伸一一定的距离，，在这个距离离内的低矮建建筑物会受高高大建筑所形形成的正压区区或负压区的的影响。为了了保证较低矮矮的建筑物能能正常进风和和排风，各建建筑之间有关关的尺寸应保保持适当的比比例。§3.3自然通风与建建筑设计1.建筑高度对自自然通风的影影响2.穿堂风3.多层车间4.热车间1.建筑高度对自自然通风的影影响自然通风的风风压作用和热热压作用都随随着建筑物的的高度的增加加而增强。这这对高层建筑筑物的室内通通风是有利的的。但是，高层建建筑能把城市市上空的高速速风引向地面面，产生“楼房风”的危害，这对对周边地区自自然通风的稳稳定性和控制制是不利的。。3.3.2建筑形式的选选择§3.3自然通风与建建筑设计如果迎风面和和背风面的外外墙开孔面积积占外墙总面面积1/4以上，且建筑筑内部阻挡较较少时，室外外气流横贯整整个车间，形形成所谓的“穿堂风”。应用穿堂风时时，应将主要要热源布置在在夏季主导风风向的下风侧侧。2.穿堂风§3.3自然通风与建建筑设计383.多层车间多层车间，在在工艺条件允允许下热源尽尽量安设在上上层，下层用用于进风。4.热车间为了增大进风风面积，以自自然通风为主主的热车间应应尽量采用单单跨厂房。在多跨厂房中中应将冷、热热跨间隔布置置，尽量避免免热跨相邻。。§3.3自然通风与建建筑设计39某铝电解车间间，为了降低低工作区温度度，冲淡有害害物浓度，厂厂房采用双层层结构。车间间的主要放热热设备电解槽槽布置在二层层，电解槽两两侧的地板上上，设置四排排连续的进风风格子板。室室外新鲜空气气由侧窗和地地板的送风格格子板直接进进入工作区。。这种双层建建筑自然通风风量大，工作作区温升小，，能较好的改改善车间中部部的劳动条件件。§3.3自然通风与建建筑设计40冷热跨间隔布布置时气流运运动示意图41均为热跨的多多跨厂房气流流运动示意图图42以热压为主进进行自然通风风的厂房，应应尽量将散热热设备布置在在天窗下方。。散热量大的热热源应尽量布布置在厂房外外面，夏季主主导风向的下下风侧。布置置在室内的热热源，应采取取有效的隔热热措施。当热源靠近近生产厂房房一侧的外外墙布置，，而且外墙墙与热源间间无工作点点时，热源源应尽量布布置在该侧侧外墙的两两个进风口口之间。热车间的热热源布置3.3.3工艺布置§3.3自然通风与与建筑设计计43定义：为了不发生生倒灌，可可以在天窗窗上增设挡挡风板，或或者采取其其它措施，，保证天窗窗排风口在在任何风向向下都处于于负压区，，这种天窗窗称为避风风天窗。类型：1、避风天窗窗:目前常用的的避风天窗窗有以下几几种形式:矩形天窗下下沉式式天窗曲曲（折））线型天窗窗2、避风风帽帽:在普通风帽帽的外围增增设一周挡挡风圈。风风帽的作用用在于使排排风口处和和风道内产产生负压，，防止室外外倒灌和防防止雨水或或污物进入入风道或室室内。§3.3自然通风与与建筑设计计3.3.4避风天窗及及风帽的设设计44天窗的做法法纵向下沉式天窗横向下沉式式天窗§3.3自然通风与与建筑设计计45矩形避风天窗§3.3自然通风与与建筑设计计46天井式天窗窗§3.3自然通风与与建筑设计计47§3.3自然通风与与建筑设计计48风压作用自自然通风热压作用自自然通风风压、热压压联合作用用自然通风风roomroomroomroomroomroomshaft依靠屋顶风机进行的自然进风机械排风§3.3自然通风与与建筑设计计3.3.5生态建筑的的自然通风风4949风压自然通通风新卡里多尼尼亚Tjibaou文化中心全全景新卡里多尼尼亚气候炎炎热，常年年多风；文文化中心10个棚屋组成成，最高28m,造型是经过过多次CFD模拟分析和和风洞实验验后确定的的§3.3自然通风与与建筑设计计50风压通风原原理棚屋背面指指向主导风风向棚屋背面为为正压区，，下风处为为负压区压差产生空空气流动针对不同风风速（从微微风到飓风风），调节节百叶开合合及方向，，控制室内内流动§3.3自然通风与与建筑设计计51热压自然通通风Costozza别墅由6座别墅组成成，建立在在山坡上，，通过热压压拔风原理理，利用地地下洞穴作作为天热冷冷源，获得得很好的制制冷效果§3.3自然通风与与建筑设计计52热压通风在室内热压压的作用下下热空气上上升，洞穴穴中12度的风通过过的地板上上的通气孔孔进入室内内§3.3自然通风与与建筑设计计53热压和风压压结合通风风英国蒙特福福德大学机机械馆机械馆一般般为矩形平平面，进深深大，双面面走廊，两两侧为实验验室和办公公室，人工工产热多，，一般需要要采用大规规模空调系系统§3.3自然通风与与建筑设计计54热压和风压压结合通风风办公室、实实验室报告厅、大大厅位于分支部部分的办公公室、实验验室进深小小，采用风风压通风位于中央部部分的报告告厅、大厅厅采用“烟烟囱