8第八章 自然通风与局部送风

第6章

自然通风与局部送风§1自然通风的作用机理§2自然通风的计算本章内容提要及重点难点第一节自然通风的作用机理1热压的自然通风2风压的自然通风3热压风压共同作用下的自然通风式中，△P——窗孔两侧的压力差，Pa，

v——空气流过窗孔时的流速，m／s；

ρ——空气的密度，kg／m3；

ζ——窗孔的局部阻力系数。一.作用机理如果建筑物外墙的窗孔两侧存在压力差△P，就会有空气流过该窗孔，空气流过窗孔时的阻力就等于△P

。上式也可以改写为：式中，µ——窗孔的流量系数，它的大小与窗孔的构造有关，一般小于1。那么，通过窗孔的空气量为式中，F——窗孔的面积，m2。结论：只要已知窗孔两侧的压力差△P和窗孔的面积F就可以求得通过该窗孔的空气量G。要实现自然通风，窗孔两侧必需存在压力差。二.热压作用下的自然通风如图所示，窗孔a、b，两者的高差为h。假设：

——窗孔外的静压力；

——窗孔内的静压力；

——室内外空气的温度；

——室内外空气的密度。图7-1热压作用下的自然通风twρwPbtnρnPb’PaPa’h若先关闭窗孔b，仅开启窗孔a，由于空气的流动，

会趋于平衡。

窗孔a的内外压差，空气停止流动。△Pa、△Pb——窗孔a和b的内外压差；

g——重力加速度，m/s2。此时窗孔b的内外压差为：从上式可以看出，在△Pa=0时，只要（即tw<tn），则△Pb>0。因此如果开启窗孔b，空气将从窗孔b流出。随着室内空气的向外流动，室内静压逐渐降低，（）由等于0变为<0。这时室外的空气就由窗孔a流入室内，一直到窗孔a的进风量等于窗孔b的排放量，室内静压才保持稳定。由于窗孔a进风，△Pa<0；窗孔b进风，△Pb>0。由上式可以看出，进风窗孔和排风窗孔两侧压差的绝对值之和与两窗孔的高度差h和室内外的空气密度差有关，我们把称为热压。如果室内外没有空气温度差或者窗孔之间没有高度差就不会产生热压作用下的自然通风。实际上，如果只有一个窗孔也仍然会形成自然通风，上部排风，下部进风。三.余压的概念为了便于今后的计算，我们把室内某一点的压力和室外同标高未受建筑或其它物体扰动的空气压力的差值称为该点的余压。仅有热压作用时，由于窗孔外的空气未受室外风扰动的影响，故此时窗孔内外的压差即为该窗孔的余压。余压为正，该窗孔排风；余压为负，该窗孔进风。根据公式（7-5），某一窗孔的余压：式中，△Px——某窗孔的内外压差；

△Pa——窗孔a的内外压差；

h’——某窗孔至窗孔a的高度差；

Pxa——窗孔a的余压。如果我们把中和面作为基准面，窗孔a的余压为：余压hbaoo2h1中和面图7-2余压沿车间高度的变化式中，Px0——中和面上的余压，为0。h1、h2——窗孔ab至中和面的距离四.风压作用下的自然通风在建筑物迎风面，气流受阻，部分动压转化为静压，静压值升高，风压为正，称为正压；在建筑物的侧面和背面由于产生局部涡流，形成负压区，静压降低，风压为负，称为负压。

K——空气动力系数，在风洞内试验求得。K值有正负之分，K为正，表明风压为正，K为负值，表明风压为负值。气流负压区最大高度Hc气流负压区最大高度受建筑影响的气流最大高度A为建筑物横断面积Pn

PxabP0PfaPfbvw风压作用下的自然通风tn=tw，没有热压的作用在窗孔a、b均未开启时，室内各点的余压均为0。如果先开启a，关闭b，由于空气的流动，室内的压力逐渐升高，当Pna=Pfa时，空气停止流动。此时室内的余压Pxa=Pna。所以在风压单独作用下，窗孔a的内外压差为：如果在开启b，空气会由窗孔b流出，这时Pfa>Pna>Pfb。一直到流入和流出空气量相等，室内余压保持稳定。五.风压、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。由公式(7—13)：可以看出，也就等于各窗孔的余压和室外风压之差。对于图7—8所示的建筑，窗孔a的内外压差：式中，

Pxa——窗孔a的余压；

Pxb

——窗孔b的余压；Ka、Kb——窗孔a和b的空气动力系数；

h——窗孔a和b之间的高差。图7-8风压热压同时作用下的自然通风twρwPxbtnρnKaPxahKbvw热压与风压究竟谁起主导作用呢？一般来说，热压起主导作用。根据采暖通风与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，对风压做定性分析。第二节自然通风的计算一、概述工业厂房的自然通风计算包括两类问题：一类是设计计算，即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位置和窗孔面积。另类是校核计算，即在工艺、土建、窗孔位置和面积确定的条件下，计算能达到的最大自然通风量，校核工作区温度是否满足卫生标淮的要求。进行自然通风计算的简化条件：通风过程是稳定的，影响自然通风的因素不随时间而变化；整个车间的空气温度都等于车间的平均空气温度tnp同一水平面上各点的静压均保持相等，静压沿高度方向的变化符合流体静力学法则；车间内空气流动时，不受任何障碍的阻挡；不考虑局部气流的影响，热射流、通风气流到达排风窗孔前已经消散；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。tn——室内工作区温度；tp——上部窗孔的排风温度。二、自然通风的设计步骤1、计算车间的全面换气量式中，Q——车间的总余热量，kJ/s;

tp——车间上部的排风温度，℃

tj——车间的进风温度，℃

c——空气比热，c=1.01kJ/kg·℃

2、确定窗孔的位置，分配各窗孔的进排风量。3、计算各窗孔的内外压差和窗孔面积仅有热压作用时，先假定中和面位置或某一窗孔的余压，然后根据公式(7-7)或(7-8)计算其余各窗孔的余压。在风压热压同时作用时，同样先假定某一窗孔的余压，然后按公式(7-14)和(7-15)计算其余各窗孔的内外压差。(7-8)(7-9)(7-14)(7-15)以右图为例twρwPbtnρnPb’PaPa’h从上式可以看出，进排风窗孔面积之比是随中和面位置的变化而变化的。中和面向上移(即增大h1减小h2)，排风窗孔面积增大，进风窗孔面积减小；中和面向下移，则相反。在热车间部采用上部天窗进行排风，天窗的造价要比侧窗高，因此中和面位置不宜选得太高。三、车间排风温度的计算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，对大多数车间而言，要保证（tn-tw）≤5℃，（tP-tw）≤10~12℃；对于厂房高度不大于15m，空内散热源比较均匀，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。根据设计规范，热车间夏季自然通风的排风温度可按下述三种方法计算：表7-1温度梯度值（℃/m）教材P193

3.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。根据这个车间的热平衡，消除车间余热所需的全面进风量为：根据工作区的热平衡，消除工作区的余热所需的全面进风量为：因为，所以有：表7-2（a）m2值表7-2（b）m3值图7-12m1的计算图m=m1×m2×m3m1—由热源占地面积和车间地板面积比值确定系数m2—由热源高度确定系数m3—由热源的辐射散热量和总热量比值确定系数计算例题教材P195某车间如图所示，车间总余热量Q=582kJ/s，m=0.4，F1=F2=15m2，μ1=μ3=0.6，μ2=0.4，空气动力系数K1=0.6，K2=-0.6，K3=-0.3，室外风速vw=4m/s，室外空气温度tw=26℃，β=1.0，要求室内工作区温度tn≤tw+5℃，计算天窗面积F2。例7-1教材P1951Pxh=10m2vw3【解答】（1）计算全面换气量工作区温度上部排风温度全面换气量车间的平均空气温度（2）计算各窗孔的内外压差室外风的动压假设窗孔1的余压为Px，则各窗孔的内外压差为：由于窗孔1、3进风，ΔP1和ΔP3均是负值，代入公式时应取绝对值。（3