单元7 自然通风,【知识点】自然通风原理；热压作用下自然通风的设计与校核计算方法、步骤；避风天窗与风帽的构造与作用；建筑形状、工艺布置对自然通风的影响 【学习目标】掌握热压、风压作用下的自然通风原理、余压概念；了解热压作用下自然通风的设计与校核计算方法、步骤；了解避风天窗与风帽的构造与作用；了解建筑形状、工艺布置对自然通风的影响 自然通风是利用室内外温度差造成的热压或风力造成的风压来实现通风换气的一种通风方式自然通风不消耗机械动力，是一种经济的通风方式，所以应用十分广泛，对于产生大量余热的车间，采用自然通风可以得到很大的换气量采用自然通风时，应该从总图布置、通风设计、建筑形式、工艺设置等等几个方面进行综合考虑，才可能使设计达到预期目的，有一个良好的有组织自然通风，改善空气环境，达到卫生设计标准 本章主要阐述热压和风压作用下的自然通风的基本原理以及设计原则、设计计算方法和设计注意事项目 录,7.3,7.2,7.1,7.4,,,,,自然通风的作用原理,自然通风的计算,,避风天窗、屋顶通风器及风帽,生产工艺、建筑形式对自然通风的影响,7.1 自然通风的作用原理,如果建筑物外墙上的门窗孔洞两侧由于热压和风压造成压力差 ，空气就会经门窗孔洞进入室内，空气流过门窗孔洞时阻力等于孔洞内外的压差 （如图7.1所示），即： 式中 ——孔洞内外的压差，Pa； ——孔洞局部阻力系数； ——空气流速，m/s； ——空气密度，kg/m3。
变换式（7.1）得 （7.2）,,,,（7.1）,,,,,,7.1 自然通风的作用原理,式中 ——窗孔的流量系数， ， 值的大小和窗孔的构造有关，一般小于1； 其它符号意义同前 通过窗孔的体积流量为： m3/s （7-3） 通过窗孔的质量流量为： 式（7.4） 式中 ——孔洞的截面积，m2 上式表明，对于某一固定的建筑结构，其自然通风量的大小，取决于孔洞两侧压差的大小7.1 自然通风的作用原理,图7.1 建筑物外墙上孔洞示意图,7.1 自然通风的作用原理,,7.1.1热压作用下的自然通风,1.总压差的计算 当室内外空气温度不同时，在车间的进排风窗孔上将造成一定的压力差进排风窗孔压力差的总和称为总压力差 如图7.2所示为车间进、排风口的布置情况室内外空气温度分别为 ，密度为 设上部天窗为 ，下部侧窗为 ，窗孔外的静压力分别为 、 ，窗孔内的静压力分别为 、 如室内温度高于室外温度，即 ，则 ,窗孔a的内外压差为 a ，天窗b的内外压差为 b , 根据流体静力学原理可得：,,,,,,,,,,,,,,,,,,7.1 自然通风的作用原理,∴ = (7.5) 式中 ——窗孔的内外压差，Pa； ——两窗孔的中心间距，m； ——重力加速度，m/s2； ——室内平均温度下的空气密度，kg/m3； ——室外空气的密度，kg/m3。
7.1 自然通风的作用原理,图7.2 热压作用下的自然通风,7.1 自然通风的作用原理,图7.3 压差沿车间高度的变化,7.1 自然通风的作用原理,因为当即 时， ，下部窗孔两侧室外静压大于室内静压，上部窗孔则相反，所以在密度差的作用下，下部窗孔将进风，上部天窗将排风反之，当 时， ，上部天窗进风，下部侧窗排风，冷加工车间即出现这种情况因为对于冷加工车间上部进风、下部排风时，污染空气被进风携带，将经过工人的呼吸区，在这种情况下，应关闭进排风窗口，停止自然通风所以我们只讨论下进上排的热车间的自然通风 变换式（7.5）得： （7.6） 由式（7.6）可知，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差 和室内外的空气密度成正比两者之和等于总压差即 ，它是空气流动的动力，称为热压7.1 自然通风的作用原理,2.余压和中和面的概念 为了以后方便计算，我们把室内某一点空气的压力和室外相同标高未受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到室外空气扰动的影响，所以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；余压为零的平面叫中和面（或等压面），在中和面上既不进风，也不排风。
中和面以上孔口均排风，中和面以下孔口均进风离中和面越远，进、排风量越大见图7.37.1 自然通风的作用原理,因中和面上压差为零，所以，如果知道了中和面至 的距离为 ，至 的距离 ，则可以求出进、排风孔的压差，即该窗孔的余压 （7.7） （7.8） 式中 、 ——窗孔 、 至中和面的距离，m； 其它符号意义同前 有了各窗孔的压差就可以利用式（7.3）和（7.4）求风量 3.中和面的位置 中和面的位置直接影响进排风口内外压差的大小，影响进排风量的大小根据空气平衡，在没有机械通风时，车间的自然进风等于自然排风，即： 根据式（7.4）得：,,,,,,,,,,,,7.1 自然通风的作用原理,,,近似认为 、 两式相等则： （7.9） 又因为 、 代入式（7.9）得 （7.10） 而 m （7-11） 于是式（7.10）和式（7.11）联立即可求得 ，从而确定中和面位置7.1 自然通风的作用原理,4、车间平均温度 车间内平均温度很难准确求得，一般采用下式近似计算： （7-12） 式中 ——车间空气的平均温度，℃； ——上部天窗的排风温度，℃； ——室内工作区设计温度，℃。
5、天窗排风温度 天窗排风温度和很多因素有关，如热源位置、热源散热量、工艺设备布置情况等，它们直接影响厂房内的温度分布和空气流动，情况复杂，目前尚无统一的解法一般采用下列两种方法进行计算7.1 自然通风的作用原理,（1）温度梯度法计算排风温度 当厂房高度小于15m，室内散热量比较均匀，且不大于16W/m3时，可以采用下式计算排风温度 （7.13） 式中 ——温度梯度，即沿车间高度方向每升高1m温度的增加植，可按表7.1选用； ——排气口中心距离地面的高度，m； 其他符号意义同前 （2）有效系数法计算排风温度 当车间内散热量大于116W/m3，车间高度大于15 m时，应采用有效系数法计算天窗的排风温度即 ℃ （7.14） 式中 ——有效系数；,,,,,,,,,7.1 自然通风的作用原理,温度梯度值 （℃/m） 表7.1,,7.1 自然通风的作用原理,其它符号意义同前 有效系数 同热源占地面积、热源高度等有关常用下式计算： （7.15） 式中 ——与热源面积对地面面积之比 有关的系数，见图7.4； ——与热源高度有关的系数，见表7-2； ——与热源辐射散热量 和总散热量 之比有关的系数，按表7-3选用。
7.1 自然通风的作用原理,图7.4 值的关系曲线,7.1 自然通风的作用原理,,值 表7.2,,7.1 自然通风的作用原理,比值,/,值 表7.3,,7.1 自然通风的作用原理,,7.1.2风压作用下的自然通风,1、风压作用下的自然通风原理 在风力作用下，室外气流流经建筑物时，由于受到建筑物的阻挡，将发生绕流（见图7.5）建筑物四周气流的压力分布将因此而发生变化：迎风面气流受到阻碍，动压降低，静压增高，侧面和背面由于产生局部涡流，因而使静压降低这种静压增高和降低与周围气压形成的压力差称为风压迎风面静压升高，风压大于周围气压，称为正压；背风面静压下降，风压小于周围气压，称为负压风压为负值的区域称为空气动力阴影见图7.6 由于正压区室外静压大于室内静压，室外空气就要通过孔洞进入室内在负压区正相反，室内空气通过孔洞排向室外这就形成了风压作用下的自然通风7.1 自然通风的作用原理,图7.5 建筑物四周的气流分布,7.1 自然通风的作用原理,图7.6 双凹型天窗周围的气流分布,7.1 自然通风的作用原理,图7.7 热压、风压共同作用下的自然通风,7.1 自然通风的作用原理,风压的大小与作用在建筑物外表面上风速的大小、建筑物的几何形状等因素有关。
风速是随高度发生变化的 三、风压、热压共同作用下的自然通风 当热压、风压同时作用于某一窗孔时，窗孔的总压差则为热压差和风压差的代数和如图7.7所示为热压、风压共同作用的情况7.1 自然通风的作用原理,从图7.7可以看出，窗孔a风压差和热压差叠加，总压差增大，进风量增大窗孔b热压差和风压差均为正，总压差也增大，排风量增大如果在b窗同高度的左侧开天窗，则风压为负，热压为正，两者互相抵消，不利于排风当风压的负值比热压还大时，就发生倒灌，不但不能排风，反而进风所以在热压、风压同时作用时，迎风面不能开天窗，背风面不宜开下部侧窗，否则通风效果不好但由于室外风向、风压很不稳定，实际工程中通常不考虑风压，仅按热压作用设计自然通风7.2 自然通风的计算,自然通风的计算目的主要是为了消除车间的余热，对于有害气体和蒸气、粉尘等还要采用机械通风才能消除7.2.1自然通风的设计原则,1.根据《工业企业设计卫生标准》（GB Z1—2002）和当地气象条件，按照表2.2-1确定室内作业地带温度，并要符合表7.3的有关规定夏季工作地点温度和室外空气温度的差值，不得超过表7.4的规定7.2 自然通风的计算,夏季通风车间内的作业地带空气温度 表7.3,7.2 自然通风的计算,夏季通风车间内工作地点空气温度 表7.4,7.2 自然通风的计算,2.对于以自然进风为主的建筑物的主要进风面应该布置在夏季主导风向侧。
当散发粉尘或有害气体时，在其背风测的空气动力阴影区内的外墙上，由于该位置处于通风负压区，所以应避免设置进风口屋顶处于正压区时应避免设置排风窗 3.利用穿堂风进行自然通风的建筑物，该建筑物的迎风面与该地夏季主导风向宜成60~90°，且不应小于45° 4.夏季自然通风的室外进风口，其下缘距室内地面高度不应大于1.2m，为了防止进风被污染，还应考虑避开室内热源和有害气体的污染源当进风口高于2m时，应考虑对进风效率的影响，具体可查阅相关资料；在严寒地区或严寒地区用于冬季自然通风的进风口，其下缘距室内地面高度不应小于4m，如小于，应该采取工作地点吹冷风的措施7.2 自然通风的计算,5.自然通风也可以应用与民用建筑的厨房、卫生间、盥洗室和浴室等，当其不能满足要求时可考虑采用机械通风对于普通建筑的卧室、起居室以及办公室等均可采用自然通风 6.散发热量的工业建筑，其自然通风量应根据热压作用进行计算当其不能满足要求时，应辅以机械通风反之，当室内有机械通风时，应考虑其对自然通风效果的影响 7.夏季自然通风应采用流量系数大、便于操作和维修的风口；利用天窗排风的工业建筑，选用的避风天窗应便于开关和维修 8. 除天窗能稳定排风或夏季室外平均风速小于或等于1m/s地区可采用一般天窗外，对夏热冬冷和夏热冬暖地区的室内散热量大于23w/m3和其他地区的水内散热量大于35 w/m3以及不允许天窗气流倒灌时，均采用避风天窗。
7.2 自然通风的计算,,7.2.2自然通风计算,1.假设条件 由于车间内工艺设备布置，设备散热等情况很复杂，须采用一些假设条件才能进行计算 ①整个车间的温度均一致，车间的余热量不随时间变化； ②通风过程是稳定的，影响自然通风的因素不随时间变化； ③车间内同一水平面上各点的静压相等，静压沿高度方向的变化符合流体静力学规律； ④车间内空气流动时不受任何物体的阻。