8第八章 自然通風(fēng)與局部送風(fēng)

第6章

自然通風(fēng)與局部送風(fēng)§1自然通風(fēng)的作用機理§2自然通風(fēng)的計算本章內(nèi)容提要及重點難點第一節(jié)自然通風(fēng)的作用機理1熱壓的自然通風(fēng)2風(fēng)壓的自然通風(fēng)3熱壓風(fēng)壓共同作用下的自然通風(fēng)式中，△P——窗孔兩側(cè)的壓力差，Pa，

v——空氣流過窗孔時的流速，m／s；

ρ——空氣的密度，kg／m3；

ζ——窗孔的局部阻力系數(shù)。一.作用機理如果建筑物外墻的窗孔兩側(cè)存在壓力差△P，就會有空氣流過該窗孔，空氣流過窗孔時的阻力就等于△P

。上式也可以改寫為：式中，μ——窗孔的流量系數(shù)，它的大小與窗孔的構(gòu)造有關(guān)，一般小于1。那么，通過窗孔的空氣量為式中，F(xiàn)——窗孔的面積，m2。結(jié)論：只要已知窗孔兩側(cè)的壓力差△P和窗孔的面積F就可以求得通過該窗孔的空氣量G。要實現(xiàn)自然通風(fēng)，窗孔兩側(cè)必需存在壓力差。二.熱壓作用下的自然通風(fēng)如圖所示，窗孔a、b，兩者的高差為h。假設(shè)：

——窗孔外的靜壓力；

——窗孔內(nèi)的靜壓力；

——室內(nèi)外空氣的溫度；

——室內(nèi)外空氣的密度。圖7-1熱壓作用下的自然通風(fēng)twρwPbtnρnPb’PaPa’h若先關(guān)閉窗孔b，僅開啟窗孔a，由于空氣的流動，

會趨于平衡。

窗孔a的內(nèi)外壓差，空氣停止流動。△Pa、△Pb——窗孔a和b的內(nèi)外壓差；

g——重力加速度，m/s2。此時窗孔b的內(nèi)外壓差為：從上式可以看出，在△Pa=0時，只要（即tw<tn），則△Pb>0。因此如果開啟窗孔b，空氣將從窗孔b流出。隨著室內(nèi)空氣的向外流動，室內(nèi)靜壓逐漸降低，（）由等于0變?yōu)?lt;0。這時室外的空氣就由窗孔a流入室內(nèi)，一直到窗孔a的進風(fēng)量等于窗孔b的排放量，室內(nèi)靜壓才保持穩(wěn)定。由于窗孔a進風(fēng)，△Pa<0；窗孔b進風(fēng)，△Pb>0。由上式可以看出，進風(fēng)窗孔和排風(fēng)窗孔兩側(cè)壓差的絕對值之和與兩窗孔的高度差h和室內(nèi)外的空氣密度差有關(guān)，我們把稱為熱壓。如果室內(nèi)外沒有空氣溫度差或者窗孔之間沒有高度差就不會產(chǎn)生熱壓作用下的自然通風(fēng)。實際上，如果只有一個窗孔也仍然會形成自然通風(fēng)，上部排風(fēng)，下部進風(fēng)。三.余壓的概念為了便于今后的計算，我們把室內(nèi)某一點的壓力和室外同標高未受建筑或其它物體擾動的空氣壓力的差值稱為該點的余壓。僅有熱壓作用時，由于窗孔外的空氣未受室外風(fēng)擾動的影響，故此時窗孔內(nèi)外的壓差即為該窗孔的余壓。余壓為正，該窗孔排風(fēng)；余壓為負，該窗孔進風(fēng)。根據(jù)公式（7-5），某一窗孔的余壓：式中，△Px——某窗孔的內(nèi)外壓差；

△Pa——窗孔a的內(nèi)外壓差；

h’——某窗孔至窗孔a的高度差；

Pxa——窗孔a的余壓。如果我們把中和面作為基準面，窗孔a的余壓為：余壓hbaoo2h1中和面圖7-2余壓沿車間高度的變化式中，Px0——中和面上的余壓，為0。h1、h2——窗孔ab至中和面的距離四.風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)在建筑物迎風(fēng)面，氣流受阻，部分動壓轉(zhuǎn)化為靜壓，靜壓值升高，風(fēng)壓為正，稱為正壓；在建筑物的側(cè)面和背面由于產(chǎn)生局部渦流，形成負壓區(qū)，靜壓降低，風(fēng)壓為負，稱為負壓。

K——空氣動力系數(shù)，在風(fēng)洞內(nèi)試驗求得。K值有正負之分，K為正，表明風(fēng)壓為正，K為負值，表明風(fēng)壓為負值。氣流負壓區(qū)最大高度Hc氣流負壓區(qū)最大高度受建筑影響的氣流最大高度A為建筑物橫斷面積Pn

PxabP0PfaPfbvw風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)tn=tw，沒有熱壓的作用在窗孔a、b均未開啟時，室內(nèi)各點的余壓均為0。如果先開啟a，關(guān)閉b，由于空氣的流動，室內(nèi)的壓力逐漸升高，當Pna=Pfa時，空氣停止流動。此時室內(nèi)的余壓Pxa=Pna。所以在風(fēng)壓單獨作用下，窗孔a的內(nèi)外壓差為：如果在開啟b，空氣會由窗孔b流出，這時Pfa>Pna>Pfb。一直到流入和流出空氣量相等，室內(nèi)余壓保持穩(wěn)定。五.風(fēng)壓、熱壓同時作用下的自然通風(fēng)某一建筑物受到風(fēng)壓、熱壓同時作用時，外圍護結(jié)構(gòu)各窗孔的內(nèi)、外壓差就等于風(fēng)壓、熱壓單獨作用時窗孔內(nèi)外壓差之和。由公式(7—13)：可以看出，也就等于各窗孔的余壓和室外風(fēng)壓之差。對于圖7—8所示的建筑，窗孔a的內(nèi)外壓差：式中，

Pxa——窗孔a的余壓；

Pxb

——窗孔b的余壓；Ka、Kb——窗孔a和b的空氣動力系數(shù)；

h——窗孔a和b之間的高差。圖7-8風(fēng)壓熱壓同時作用下的自然通風(fēng)twρwPxbtnρnKaPxahKbvw熱壓與風(fēng)壓究竟誰起主導(dǎo)作用呢？一般來說，熱壓起主導(dǎo)作用。根據(jù)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，在實際計算時，僅考慮熱壓的作用，對風(fēng)壓做定性分析。第二節(jié)自然通風(fēng)的計算一、概述工業(yè)廠房的自然通風(fēng)計算包括兩類問題：一類是設(shè)計計算，即根據(jù)已確定的工藝條件和要求的工作區(qū)溫度計算必須的全面換氣量確定進排風(fēng)窗孔位置和窗孔面積。另類是校核計算，即在工藝、土建、窗孔位置和面積確定的條件下，計算能達到的最大自然通風(fēng)量，校核工作區(qū)溫度是否滿足衛(wèi)生標淮的要求。進行自然通風(fēng)計算的簡化條件：通風(fēng)過程是穩(wěn)定的，影響自然通風(fēng)的因素不隨時間而變化；整個車間的空氣溫度都等于車間的平均空氣溫度tnp同一水平面上各點的靜壓均保持相等，靜壓沿高度方向的變化符合流體靜力學(xué)法則；車間內(nèi)空氣流動時，不受任何障礙的阻擋；不考慮局部氣流的影響，熱射流、通風(fēng)氣流到達排風(fēng)窗孔前已經(jīng)消散；用封閉模型得出的空氣動力系數(shù)適用于有空氣流動的孔口。tn——室內(nèi)工作區(qū)溫度；tp——上部窗孔的排風(fēng)溫度。二、自然通風(fēng)的設(shè)計步驟1、計算車間的全面換氣量式中，Q——車間的總余熱量，kJ/s;

tp——車間上部的排風(fēng)溫度，℃

tj——車間的進風(fēng)溫度，℃

c——空氣比熱，c=1.01kJ/kg·℃

2、確定窗孔的位置，分配各窗孔的進排風(fēng)量。3、計算各窗孔的內(nèi)外壓差和窗孔面積僅有熱壓作用時，先假定中和面位置或某一窗孔的余壓，然后根據(jù)公式(7-7)或(7-8)計算其余各窗孔的余壓。在風(fēng)壓熱壓同時作用時，同樣先假定某一窗孔的余壓，然后按公式(7-14)和(7-15)計算其余各窗孔的內(nèi)外壓差。(7-8)(7-9)(7-14)(7-15)以右圖為例twρwPbtnρnPb’PaPa’h從上式可以看出，進排風(fēng)窗孔面積之比是隨中和面位置的變化而變化的。中和面向上移(即增大h1減小h2)，排風(fēng)窗孔面積增大，進風(fēng)窗孔面積減小；中和面向下移，則相反。在熱車間部采用上部天窗進行排風(fēng)，天窗的造價要比側(cè)窗高，因此中和面位置不宜選得太高。三、車間排風(fēng)溫度的計算對某些特定的車間可按排風(fēng)溫度與夏季通風(fēng)計算溫度差的允許值確定，對大多數(shù)車間而言，要保證（tn-tw）≤5℃，（tP-tw）≤10~12℃；對于廠房高度不大于15m，空內(nèi)散熱源比較均勻，而且散熱量不大于116w/m3時，可用溫度梯度法計算排風(fēng)溫度tP。根據(jù)設(shè)計規(guī)范，熱車間夏季自然通風(fēng)的排風(fēng)溫度可按下述三種方法計算：表7-1溫度梯度值（℃/m）教材P193

3.按有效熱量系數(shù)m計算熱射流，在上升過程中不斷卷入周圍的空氣，熱射流溫度逐漸下降，當熱射流到達屋頂時，其中一部分又沿四周外墻向下回流而返回作業(yè)地帶或在作業(yè)地帶上部又重新被熱射流卷入。返回作業(yè)地帶的那部分循環(huán)氣流，把車間總熱量的一部分又帶回到作業(yè)地帶而影響著作業(yè)地帶的溫度。這部分的熱量稱為有效余熱量。如果車間總余熱量為Q，則有效余熱量即為mQ，m值稱為有效熱量系數(shù)。根據(jù)這個車間的熱平衡，消除車間余熱所需的全面進風(fēng)量為：根據(jù)工作區(qū)的熱平衡，消除工作區(qū)的余熱所需的全面進風(fēng)量為：因為，所以有：表7-2（a）m2值表7-2（b）m3值圖7-12m1的計算圖m=m1×m2×m3m1—由熱源占地面積和車間地板面積比值確定系數(shù)m2—由熱源高度確定系數(shù)m3—由熱源的輻射散熱量和總熱量比值確定系數(shù)計算例題教材P195某車間如圖所示，車間總余熱量Q=582kJ/s，m=0.4，F(xiàn)1=F2=15m2，μ1=μ3=0.6，μ2=0.4，空氣動力系數(shù)K1=0.6，K2=-0.6，K3=-0.3，室外風(fēng)速vw=4m/s，室外空氣溫度tw=26℃，β=1.0，要求室內(nèi)工作區(qū)溫度tn≤tw+5℃，計算天窗面積F2。例7-1教材P1951Pxh=10m2vw3【解答】（1）計算全面換氣量工作區(qū)溫度上部排風(fēng)溫度全面換氣量車間的平均空氣溫度（2）計算各窗孔的內(nèi)外壓差室外風(fēng)的動壓假設(shè)窗孔1的余壓為Px，則各窗孔的內(nèi)外壓差為：由于窗孔1、3進風(fēng)，ΔP1和ΔP3均是負值，代入公式時應(yīng)取絕對值。（3