自然通风的计算及理论分析.pdf

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1、2 0 0 0年第 3期 西建筑 8 5 t 了 P r f 则 智 翟 晓 强(太 原 理 工 大 学建 筑 与 环 境 工 程 学院)摘耍通 过 分别 介 绍在 热 压 与风 压作 用 下，自然 通 风的作 用原 理 及 计算 方 法，从 理 论 上 分析 丁强化 自然 通 风 竹 逢 程 关 键 词。苎 墨 璺兰 旦 旦 l旦 缴 镝 自然 通 风是 指 利用 建 筑物 内外 空气 的 密度 差 引 起 的热 压 或 风力 造 成 的风 压来 促 使 空气 流 动 而 进行 的通 风 换 气 它是 一种 比较 经 济 的通风 方 式 它 不 消 耗 动力，可 以 获得 巨大 的 通 风换

2、 气 量，余 热 量较 大 的 热 车 间 常 用 自然 通 风 进 行 全 面 换 气，降 低 室 内 空气 温度 同样，对 于 民用 建筑，台 理地 利 用 自然通 风 也 可 以改 善 夏 季室 内热 环 境。本 文从 理论 上 研究 和 探 讨 了 自然 通 风 的 计 算 方 法，对 实 际 工 程 有 一 定 的指 导意 义 1 热 压 作用 下 的 自然通 风 有 一 建 筑 物 如 图 所 示，在 外 围 护 结 构 的不 同 高 度 上 设有 窗 孔 l和 2，两 者高 差 为 h，即：两 窗孔 中心 同距 为 h。设 窗 孔 内 的 静 压 力 分 别 为 P-。、P。窗

3、孔 外 的静 压 力 分 别 为 P P 室 内外 的空 气 温 度 和密 度分 别 为：t P 和 t ，设 t t，则 列 1 1断 面和 2 2断 面 的能 量 方程：P】一 Pl+V J。2+g h(一“)=P2 一 P：+P n V2 Z+V 2 即 A P】+VI 2+g h(一 P n)=P2+p V 2+V 2 式 中：V 一 1 1断 面 空气 流 速，m s V 一 2 2断 面 空气 流 速 m s 一 空 气 流经 卜一 1断 面 处 的局 部阻 力 系数 1 一 l断 面 为 突 然 扩 大 损 矢 因 此 局 部 阻 力 系 数 =1，2 2断 面 处 的 空 气

4、流 速 一 o，则 有：AP +g h(p 一 p n)=A P，式 中：AP。一 窗孔 1的 内外 压 差，P a AP 一 窗孔 2的 内外 压差，P a 再 列 1 一 t断 面 和 2 2断 面 的连 续 性 方 程：P L A】2 Pl P w=P A2 2 AP 2 P 式 中：A 一 窗 孔 l的面 积，m A 一 窗孔 2的面 积，m。一窗 孔 1的流 量 系数，通 常 取 0 6 0 6 2 。一 窗 孔 2的流 量 系数，通 常 取 0 6 0 6 2 可见：“】m 所 以，上 式 变 为 j P A，2 z k P P P A2 2 a P P 连 列 能 量方 程：AP

5、 +g h(一 P n)一A P。即可 求 得：A P P Al g h(p -)(Ai 一 A1)P 8 一p Al g h(P 一。n)(A 一 Aj)+g h(一 P n)自然 通风 量：，一=V P L i 一 i 因此，影 响 风 量 的 主要 因 索 是 窗 孔 的 流 量 系数 以 及进排 风窗 的面 积，在可 能 的情 况 下，尽 量 增 尢排 风 窗 的面 积。2 风 压作 用 下 的 自然 通 风 室外 气 流 与建 筑 物相 遇 时，将发 生绕 流，经 过 一 段 距 离 后 气 流 才 恢 复 平 行 流 动，由 于建 筑 物 的 阻 挡，建 筑 钧 四周 室 外 气流

6、 的 压 力分 布 将 发生 变 化，迎 风 面气 流 受 阻，动 压 降 低，静 压 增 高，|l 9 面 和 背 风 面 由产生 局 部 涡流，静 压 降低，和远 处 未 受干 扰 的气 流 相 比，这 种 静 压 的 升高 和 降 低 统 称 为风 压。静 压 升 高，风 压 为正，称 为 正 压(约 为 风 速 动 压 力 的 O 5 0 8倍)静压下降，风压为负，称 为负压(约为风速 动压 力的 0 3 0 4倍)，风压为负 值的区域称 为空 析T 分 沦 理 及 算、r r 的 风 通 然 自 维普资讯 http:/ 8 6 山西建筑 2 0 0 0年 第 3期 气 动力 阴影=某

7、 一 建 筑 物 周 围的 风压 分 布与 建 筑物 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：P r KO V!2 Pa 式 中：K一 空气 动力 系数 V 室 外 空 气 流速，m s p 一 室 外 空气 密 度，k g m K 值 为 正 说 明 该 点 的 风 压 为 正 值 K 值 为 负 说 明设 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 的 分布 是 不 同 的，空气 动 力 系 数 要 在 洞 内通 过

8、 模 型 试验 求 得。同 一 建 筑 物 的 外 围结 构 上 如果 有 两 个 风 压 值 不 同的 窗 孔 空 气 动力 系数 大 的 窗孔 将 会 进 风 空 气 动 力 系 数 小 的 窗孔 将 会排 风。对 于风 压 所造 成 的 气 流 运 动 来 说，正 压 面 的开 口起 进 气 作 用 负 压 面 的开 口起 排气 作 用 要 计 算 风 压作 用 下 的 自然 通 风 量，除 了掌 握 建 筑 物周 围形 成 的 空 气流 型 的特 性 资 料 外，还 须 了解 风 速 和 风 向。虽然 有 一定 的 资料 可 供 参考 但 在 计 算 时还 要 在 通 常 条 件 的基

9、 础 上 作 一定 的假 设。如果 筹 建 一栋 长 方 形 的 建 筑物，风 向 与建 筑 物 一 面成 垂 直 则 气 流 流 量 的 近 似 值 可 由 下 式 求 出：L=0 5 s i n k AV 式 中：L 一 经 过 建 筑 物 的空 气 流 量，,s K一 取 决 与进 排 气 口净 面 积 比的 系数 A一 进 气 口 面积 n V一 风 速 】【I n 一 风 向 与 受 风 面 的夹 角 d e g 风 压作 用 下 的 K 值：排 气 口 面租 避 气 口面积 K 0 3 8 O 6 0 O 76 O 8l O 82 当风 向偶 成 4 5。时，则 K 值 减 少 5

10、 0 。一个 可选 用 的 方法 就 是 使 用风 压 差 的数 据 这样 一 当经 过进 气 口面 积为 A 阻 力 为 R 压力 差 为 P时，空 气 流量 l l 为：I 一 A P I R 该 式 还 可 写 为 下列 形 式 I =0 8 2 7 A P R 当有 几 个孔 1：3 并 联 时：L一0 8 2 7 三 AP”R 、1 式 中：A：A +A：+当两 个孔 口串联 时：L一0 8 2 7(AP】+A P 2)AI A：(A L+A 1 3 理 论 分 析 3 1 由于室 外 的风 速 和 风 向是 经 常 变 化 的 因 此 风 压 的 作 用 不 是 一 个 可 靠 的

11、稳 定 固 素 在 一般 工 程 设 计 中均 不 予 考虑。然 而 在 理论 上 对 室 内热 环境 所 进 行 的动 态 分 析 中，必 须 考 虑 风 的作 用 3 2 建 筑 物 的进 风 面 应 与 夏季 主 导 风 向 成 6 0 至 9 ，不 宜小 于 4 5。而 且 排 风 窗 与 进 风 窗 面积 比 不 宜小 于 1，从 而 强化 风 压 的作 用。3 3尽量 降 低 进 风 侧 窗离 地 的 高度 南 方 炎 热 地 区 可取 o 6至 0 8 m，进 风 窗 宜采 用 立 式 中 轴 窗 和 对 开 窗 以此来 增 加 热 压 的 作用 扩 大 通 风 面 积 3 4热

12、 加 工 车 间 和 中 庭 建 筑 可 采 用 上 部 天 窗 或 锯 齿 形 屋 面 代 替 侧 窗 进 行 排 风，更 充 分 的 发 挥 热 压 的作 用 这 不 仅 可 以改 善 室 内热 环 境 同 时 也 可 改 善 室 内空 气 品质 4 结语 当今 世 界 工 业 的迅 猛 发展 形 成 丁 能 源 冉。亘 大 消耗，节 约 能 源 已成 为各 国 的重 点 研 究课 题。我 国是 一 发 展 中国 家 均用 电量 仅 相 当 于 美 国的 1 4 加 拿 大 韵 1 门，工农 业 的 迅 速 发 展 给 电 力 供 应带 来 沉 重 的 压力 因此 节 约 能 源 更 为

13、重 要，作 为 建 筑 节 能 的手 段 自然 通 风 通 过 建筑 物 的 台 理 布局 受建 筑 结 构 的 不 断改 进，必将 充 舟 发 挥 作 用 以达 到节 约 能 娠、减 少投 资、提 高经 济 效 益 三 者 的统 一 参 考文 献 t 1)李世 民，热 车问 自然 通风 的 简化 竹 算 睫 通 立 调 l 9 5 o【3)(2)孙 一 坚 工业 通风 中 国建 筑工 业 出版 杜 t 3)中 回建 筑科 学 研 究 院 蝙 民用 建 筑 采 蜢 通 风 设 计 技 木 措 施中国 建筑 工 业 出植社 (4)周谴 仁，流体 力 学 泵与风 机中 国建筑 工业 出版 杜。(5)D J 克鲁 姆，D M 罗伯 羡 建 筑抽 空 气调 节 与 通风中 国建 筑 工业 出版 社 维普资讯 http:/