工業(yè)通風(fēng)第七章

第七章自然通風(fēng)作用原理：依靠室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓和室內(nèi)外空氣溫度差所造成的熱壓使室內(nèi)外的空氣進(jìn)行交換,從而改善室內(nèi)的空氣環(huán)境。特點：不需動力，經(jīng)濟(jì)；但進(jìn)風(fēng)不能預(yù)處理，排風(fēng)不能凈化，污染周圍環(huán)境；且通風(fēng)效果不穩(wěn)定。第一節(jié)自然通風(fēng)的作用原理作用原理：建筑外墻上開有面積為F的窗孔，并且窗孔兩側(cè)存在壓力差P，就會有空氣流過該窗孔。流過的風(fēng)速為：通過窗孔的空氣量由上式可以看出，流經(jīng)窗孔的空氣量與窗孔面積和兩側(cè)壓力差有關(guān)。對于面積一定的窗孔，流經(jīng)的空氣量大小隨的增加而增大。一、熱壓作用下的自然通風(fēng)有一建筑物，在外圍結(jié)構(gòu)的不同高度上設(shè)有窗孔a和b，兩者的高差為h。假設(shè)窗孔外的靜壓力分別為Pa，Pb，窗孔內(nèi)的靜壓力分別為P’a，P’b，室內(nèi)外的空氣溫度和密度分別為tn、n。和tw、w。由于tn＞tw，所以n＜w。如果先將窗孔b關(guān)閉，僅開啟窗孔a。只要窗孔a兩側(cè)最初有壓差存在，空氣就會產(chǎn)生流動，最終導(dǎo)致pa＝pa′。當(dāng)Δpa＝pa′－pa＝0時，空氣流動停止。此時，窗孔b的內(nèi)外壓差Δpb為

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，當(dāng)窗孔a內(nèi)外壓差Δpa＝0時，由于ρn＜ρw(即tn＞tw)，作用在窗口b的內(nèi)外壓差Δpb＞0。如果將窗孔b打開，空氣會在Δpb的作用下，從室內(nèi)流向室外，室內(nèi)靜壓隨著逐漸降低，在窗孔a處將由pa＝pa′變?yōu)閜a＞pa′，室外空氣就由窗孔a流入室內(nèi)，直到窗孔a的進(jìn)風(fēng)量與窗孔b的排風(fēng)量相等，室內(nèi)靜壓才達(dá)到穩(wěn)定。由于窗孔a進(jìn)風(fēng)，Δpa＜0；窗孔b排風(fēng)，Δpb＞0。hwnbatn>tw,下進(jìn)上排；tn<tw,上進(jìn)下排。從上式可看出，進(jìn)風(fēng)窗孔和排風(fēng)窗孔內(nèi)外側(cè)壓差的絕對值之和與窗孔的高度差h和室內(nèi)外空氣的密度差(Δρ＝ρw－ρn)成正比，通常把gh(ρw－ρn)稱為熱壓室內(nèi)外空氣沒有溫度差，或者窗孔間沒有高度差，就不會產(chǎn)生熱壓作用下的自然通風(fēng)。當(dāng)然熱壓大，自然通風(fēng)量也大。為了增大熱壓，應(yīng)當(dāng)加大進(jìn)排風(fēng)窗孔的高度差，其最合理的途徑是降低進(jìn)風(fēng)窗孔的高度?！鱌b-△Pa=

△Pb+｜△Pa｜=gh(ρw-ρn)

只有一個窗口能否形成自然通風(fēng)？通常將室內(nèi)某一點的壓力和室外同標(biāo)高未受建筑或其他物體擾動的空氣壓力的差值稱為該點的余壓。僅在熱壓作用下，窗孔內(nèi)外的壓差，即為窗孔的余壓。若余壓為正值時，則窗孔為排風(fēng)，若余壓為負(fù)值時，則窗孔口為進(jìn)風(fēng)。按余壓定義，窗孔b的余壓為pb′－pb，窗孔a的余壓為pa′－pa。由式(7-5)得某一窗孔的余壓為

px′=Δpx＝Δpa＋gh′(ρw－ρn)＝pxa＋gh′(ρw－ρn)式中px′—某一窗孔的余壓；

pxa—窗孔a的余壓；

h′—某窗孔至窗孔a的高度差。二、余壓的概念在熱壓作用下，余壓沿車間高度的增加而增大。由于進(jìn)風(fēng)窗孔的余壓為負(fù)值，排風(fēng)窗孔的余壓為正值，在兩窗孔之間必然存在一個余壓為零的平面，即0-0面。則把這個余壓等于零的平面稱為中和面。位于中和面的窗孔內(nèi)外沒有壓差，因而沒有空氣流動。

如果把中和面作為基準(zhǔn)面，則窗孔a的余壓為pxa＝px0－gh1(ρw－ρn)＝－gh1(ρw－ρn)窗孔b的余壓pxb＝px0＋gh2(ρw－ρn)＝gh2(ρw－ρn)式中px0—中和面上的余壓，px0＝0；

h1、h2—窗孔a、b至中和面的距離。上式表明，某一窗孔余壓的絕對值與中和面至該窗孔的距離有關(guān)，中和面以上窗孔余壓為正，中和面以下窗孔余壓為負(fù)。三、風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)室外氣流吹過建筑物時，氣流將發(fā)生繞流，經(jīng)過一段距離后才恢復(fù)平行流動。當(dāng)氣流繞流建筑物時，建筑物表面及周圍的壓力分布將發(fā)生變化。由于建筑物迎風(fēng)面的阻擋，動壓降低，形成正壓；在氣流斷面II-II上，氣流產(chǎn)生繞流，風(fēng)速增大，形成負(fù)壓；在建筑物背風(fēng)面的某一范圍內(nèi)，由于氣流形成漩渦，靜壓降低，形成負(fù)壓，所以該處的空氣壓力也小于大氣壓力。在氣流斷面III-III上，氣流重新恢復(fù)到斷面I-I處的狀態(tài)。

室外氣流繞流建筑物時，氣流在建筑物的頂部和后側(cè)形成彎曲循環(huán)氣流。屋頂上部的渦流區(qū)稱為回流空腔，建筑物背風(fēng)面的渦流區(qū)稱為回旋氣流區(qū)。這兩個區(qū)域的靜壓低于大氣壓力，形成負(fù)壓區(qū)。則把風(fēng)壓為負(fù)的區(qū)域稱為空氣動力陰影區(qū)?？諝鈩恿﹃幱皡^(qū)覆蓋著建筑物下風(fēng)向各表面(如屋頂、兩側(cè)外墻和背風(fēng)面外墻)，并延伸一定距離，直至尾流。建筑物在風(fēng)力作用下的壓力分布a）平屋頂建筑（立剖面）b）傾角30°坡屋頂建筑（立剖面）c）傾角45°坡屋頂建筑（立剖面）d）建筑平面圖和遠(yuǎn)處未受干擾的氣流相比，由于風(fēng)的作用在建筑物表面所形成的空氣靜壓的變化稱為風(fēng)壓。由于建筑物迎風(fēng)面的空氣壓力超過大氣壓力，背風(fēng)面的空氣壓力小于大氣壓力，建筑物外部的空氣便會從迎風(fēng)面外墻上的孔口進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)的空氣則會從背風(fēng)面外墻上的孔口排出。這樣，就形成了風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)。風(fēng)壓的計算Pa某一建筑物周圍的風(fēng)壓分布與該建筑的幾何形狀和室外的風(fēng)向有關(guān)。風(fēng)向一定時，建筑物外圍結(jié)構(gòu)上某一點的風(fēng)壓值可用下式表示：K值為正，說明該點的風(fēng)壓為正值，K值為負(fù)，說明該點的風(fēng)壓為負(fù)值。不同形狀的建筑物在不同方向的風(fēng)力作用下，空氣動力系數(shù)分布是不同的。空氣動力系數(shù)要在風(fēng)洞內(nèi)通過模型試驗求得。風(fēng)速為vw，沒有熱壓的作用。在風(fēng)的作用下，迎風(fēng)面窗孔的風(fēng)壓為Pfa，背風(fēng)面窗孔的風(fēng)壓為Pfb，（Pfa>Pfb），窗孔中心平面上室內(nèi)的壓力為Pn，余壓為Px。在窗孔a、b均未開啟時，由公式（7一7）可以看出，室內(nèi)各點的余壓均相等，而且均等于零。如果先開啟窗孔a、關(guān)閉窗孔b，不管窗孔a的內(nèi)外壓差大小，由于空氣的流動，室內(nèi)的壓力會逐漸升高。當(dāng)室內(nèi)的余壓等于窗口a的風(fēng)壓時，空氣停止流動。此時室內(nèi)的余壓Px＝Pfa。如果再開啟窗孔b，由于Px＞Pfb，空氣會由窗孔b流出。隨著室內(nèi)空氣的流出，室內(nèi)的余壓下降，這時Pfa＞Px＞Pfb。一直到由窗孔a流入的空氣量和由窗孔b流出的空氣量保持相等，室內(nèi)余壓Px保持穩(wěn)定。窗孔b的內(nèi)外壓差為四、風(fēng)壓和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(hù)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。也就等于各窗孔的余壓和室外風(fēng)壓之差。窗孔a的內(nèi)外壓差

熱壓和風(fēng)壓同時作用時，情況是復(fù)雜的。窗孔a，熱壓和風(fēng)壓方向一致，有風(fēng)壓的存在可使進(jìn)風(fēng)時增加窗孔b，熱壓和風(fēng)壓方向一致，有風(fēng)壓存在可使排風(fēng)量增加。窗孔c，熱壓和風(fēng)壓方向相反，有風(fēng)壓存在可使進(jìn)風(fēng)量減少。窗孔d，熱壓和風(fēng)壓方向相反，有風(fēng)壓存在可使排風(fēng)量減少；當(dāng)外面的風(fēng)壓大于此窗孔的余壓時，還會形成倒灌。由于室外風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向是經(jīng)常變化的，不是一個穩(wěn)定的因素。為了保證自然通風(fēng)的設(shè)計效果，根據(jù)采暖通風(fēng)和空氣調(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，風(fēng)壓一般不予考慮。但是必須定性地考慮風(fēng)壓對自然通風(fēng)的影響。第二節(jié)自然通風(fēng)的計算

工業(yè)廠房自然通風(fēng)計算分設(shè)計計算和校核計算。設(shè)計計算主要是根據(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(jìn)、排風(fēng)窗孔中心位置和所需要開啟窗孔的面積。校核計算是在工藝、建筑、窗孔位置和面積已確定的條件下，驗算所能達(dá)到的最大自然通風(fēng)量，校核作業(yè)地帶溫度能否滿足衛(wèi)生要求。一、自然通風(fēng)的設(shè)計計算步驟1、計算車間全面換氣量排除車間余熱量所需的全面換氣量G(kg/s)，按下式計算kg/s式中Q—車間總余熱量，kJ/s；

tp—車間上部的排風(fēng)溫度，0C；

tj—車間的進(jìn)風(fēng)溫度，tj＝tw，0C；

c—空氣比熱，c＝1.01kJ/(kg·0C)。2.確定窗孔的位置，分配各窗孔的進(jìn)、排風(fēng)量3.確定各窗孔內(nèi)外壓差和窗孔面積對于僅有熱壓作用的車間，先假定中和面位置或先假定某一窗孔的余壓，然后按公式計算其余各窗孔的余壓。在風(fēng)壓和熱壓同時作用時，同樣先假定某一窗孔的余壓，然后根據(jù)公式計算其余各窗孔的內(nèi)外壓差。計算進(jìn)排風(fēng)窗孔所需的面積。注意：最初假定的余壓值不同，最后計算得到的各窗孔面積分配是不一樣的。排風(fēng)窗孔計算在熱壓作用下，進(jìn)排風(fēng)窗孔的面積：進(jìn)風(fēng)窗孔進(jìn)排風(fēng)窗孔面積之比是隨中和面位置的變化而變化的。可見開始假定的中和面位置不同，最后計算出的進(jìn)、排風(fēng)窗孔面積也將有差別。排風(fēng)天窗的造價比側(cè)窗高，在滿足采光要求的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量減少排風(fēng)天窗的面積。由此看來，在自然通風(fēng)計算中，中和面的位置不應(yīng)選得過高。根據(jù)空氣量平衡方程式，Ga＝Gb，近似認(rèn)為，μa＝μb，ρw＝ρp。上述公式可簡化為或根據(jù)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，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：根據(jù)科研、設(shè)計單位多年的研究、實踐，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，例如對大多數(shù)車間而言，要保證（tn－tw）<=5℃，(tp－tw）應(yīng)不超過10~12℃。

對于廠房高度不大于15m，室內(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。二、車間排風(fēng)溫度的計算按有效熱量系數(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(dāng)熱射流到達(dá)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)整個車間的熱平衡，消除車間余熱所需要的全面進(jìn)風(fēng)量根據(jù)工作區(qū)的熱平衡，消除工作區(qū)的余熱所需全面進(jìn)風(fēng)量

三、車間m值的確定m值不僅取決于熱源的集中程度和熱源的布置，同時還取決于建筑物的某些幾何因素。在其它條件相同的情況下，熱源按圖7-11a布置，m＝0.44，熱源按圖7-11b布置，m=0.81。11

在通常情況下，m值按下式計算：

m＝m1m2m3式中m1—根據(jù)熱源占地面積f與地板面積之比值