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1、【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。,第3章 自 然 通 风,第3章 自 然 通 风,3.2 工业厂房自然通风的计算,3.2.1 设计性计算的步骤 3.2.2 校核性计算的步骤,3.1、自然通风作用原理,3.1.1 热压作用下的自然通风 3.1.2 室外风压作用下的自然通风 3.1.3 热压与风压联合作用下的自然通风,
2、第3章 自 然 通 风,3.3 自然通风与建筑设计,3.3.1 建筑总平面规划 3.3.2 建筑形式的选择 3.3.3 工艺布置 3.3.4 避风天窗及风帽的设计 3.3.5 生态建筑的自然通风,概念：是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。 作用：利用室内外气流交换，降低室温和排除湿气，保证房间正常气候条件与新鲜洁净的空气；房间有一定空气流动，可加强人体的对流和蒸发散热，改善人们的工作和生活条件。 特点:不需动力, 经济; 但进风不能预处理, 排风不能净化, 污染周围环境; 且通风效果不稳定。,自然通风概述,自然通风不
3、消耗机械动力,在适宜的条件下又能获得巨大的通风换气量,所以它是一种经济的通风方式。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。,只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有空气流过开口。,3.1 自然通风作用原理,造成空气压力差的原因：热压和风压 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外
4、的压差。 风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差。,3.1.1 热压作用下的自然通风,Pb-Pa= Pb+Pa=gh(w-n),1 单层建筑, 热压：取决于室内外空气温差所致的空气容重差和进出气口的高度差。,1.1 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
5、均进风。离中和面越远，进、排风量越大。,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 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：,近似认为 、 两式相等则： 又因为 、 得 而 m 于是联立即可求得 ，从而确定中和面位置。,2 多层建筑,如果是一多层建筑物，仍设室内温度高于室外温度，则室外空气从下层房间的外门窗缝隙或开启的洞口进入
6、室内，经内门窗缝隙或开启的洞口进入楼内的垂直通道向上流动，最后经上层的内门窗缝隙或开启的洞口和外墙的窗、阳台门缝或开启的洞口排至室外。这就形成了多层建筑物在热压作用下的自然通风也就是所谓的“烟囱效应”。,多层建筑的热压引起的自然通风,大中和面,小中和面,H,h,热压作用模拟的建筑模型,每层有上下两个开口,室内空气速度分布,室内空气温度分布,外廊式多层建筑在热压作用下的自然通风,如果建筑物内没有“烟囱”（与室外有联系的竖向通道），也就没有相应的“烟囱效应”。,3.1.2 室外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
7、于产生局部涡流，形成负压区，静压降低，风压为负，称为负压。,往往采用CFD或风洞模型实验的方法求取K值。,由于气流的撞击作用，在迎风面形成一个滞流区，该处的静压力高于大气压力，处于正压状态。在正压区内气流呈循环流动，在地面附近气流方向与主导风向相反。在一般情况下，风向与该平面的夹角大于30时，会形成正压区。,室外气流发生建筑绕流时，在建筑物的顶部和后侧形成弯曲循环气流。屋顶上部的涡流区称为回流空腔，建筑物背风面的涡流区称为回旋气流区。这两个区域的静压力均低于大气压力，形成负压区，我们把它们统称为空气动力阴影区。,建筑物在风力作用下的压力分布,a）平屋顶建筑（立剖面）,b）倾角30坡屋顶建筑（立
8、剖面）,c）倾角45坡屋顶建筑（立剖面）,d）建筑平面图,热压、风压作用下建筑内外压力分布,3.1.3 热压与风压联合作用下的自然通风,两者相互作用有时相互加强，有时相互抵消。由于风压受到天气、室外风向、建筑物形状、周围环境等影响，两者不是简单的线性叠加。,风压作用下的自然通风,机械辅助式自然通风 双层维护结构自然通风,自然通风设计性计算通常按下列步骤进行： 1. 计算全面换气量及排风温度 排除车间余热量所需的全面换气量,车间上部排风温度的确定方法有几种，目前常用的有温度梯度法和有效热量法。,3.2 工业厂房自然通风的计算,3.2.1 设计性计算的步骤,2. 确定窗孔的位置，分配各窗孔的进、排
9、风量 3. 确定各窗孔内外压差和窗孔面积,1. 温度梯度法：对于散热较为均匀，散热量不大的车间，室内空气温度沿高度方向的分布规律大致是一直线关系。,2. 有效热量法（m值法）：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，这部分直接散入工作区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。,m 的大小主要取决于热源的性质、热源分布和热源高度，同时还取决
10、于建筑物的某些几何因素（如车间高度、窗孔尺寸及其高度等），通过实测取得。,3.2.2 校核性计算的步骤,当进行校核性计算时，可按已知的进、排风窗孔面积估算出中和面的位置。,3.2.3 计算实例,3.3.1 建筑总平面规划,（1）建筑群的布局可从平面和空间两个方面考虑。一般建筑群的平面布局可分为：行列式、错列式、斜列式及周边式等，从通风的角度来看，错列式和斜列式较行列式和周边式好。 （2）为了保证建筑的自然通风效果，建筑主要进风面一般应与夏季主导风向成6090角，不宜小于45，同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。 （3）室外风吹过建筑物时，迎风面的正压区和背风面的负压区都会延伸一定的距离，在这
11、个距离内，如果有其他较低矮的建筑物存在，就会受高大建筑所形成的正压区或负压区的影响。为了保证较低矮的建筑物能正常进风和排风，各建筑之间有关的尺寸应保持适当的比例。,3.3 自然通风与建筑设计, 开口位置与气流路线的关系：,房屋的开口和通风措施：,（一）房间开口的位置和面积：,开口高低与气流路线的关系：, 入口位置相同而出口位置不同时，室内气流速度变化。, 门窗装置方法对室内自然通风的影响很大：窗扇的开启有挡风或导风作用，如图（c）进气口设置挡板后气流示意图。,（二）门窗装置和通风构造措施：, 挑檐的作用：,一般房屋建筑中窗扇常向外开启900，这种开启方法，当风向入射角较大时，使风受到很大阻挡。
12、若增大开启角度，则可改善室内通风效果。,百叶窗、上悬窗及可部分开启的卷帘等不同窗户形式对室内气流模式的影响如图示。,3.3.2 建筑形式的选择,1.建筑高度对自然通风的影响 2.穿堂风 3.多层车间 4.热车间,1. 建筑高度对自然通风的影响,自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物的高度的增加而增强。这对高层建筑物的室内通风是有利的。 但是，高层建筑能把城市上空的高速风引向地面，产生“楼房风”的危害，这对周边地区自然通风的稳定性和控制是不利的。,如果迎风面和背风面的外墙开孔面积占外墙总面积1/4以上，且建筑内部阻挡较少时，室外气流横贯整个车间，形成所谓的“穿堂风”。 应用穿堂风时，应将主要热
13、源布置在夏季主导风向的下风侧,2. 穿堂风,3. 多层车间,多层车间，在工艺条件允许下热源尽量安设在上层，下层用于进风。,4. 热车间,为了增大进风面积，以自然通风为主的热车间应尽量采用单跨厂房。 在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置，尽量避免热跨相邻。,某铝电解车间，为了降低工作区温度，冲淡有害物浓度，厂房采用双层结构。车间的主要放热设备电解槽布置在二层，电解槽两侧的地板上，设置四排连续的进风格子板。室外新鲜空气由侧窗和地板的送风格子板直接进入工作区。这种双层建筑自然通风量大，工作区温升小，能较好的改善车间中部的劳动条件。,冷热跨间隔布置时气流运动示意图,均为热跨的多跨厂房气流运动示意图,3.3
14、.3 工艺布置,以热压为主进行自然通风的厂房，应尽量将散热设备布置在天窗下方。 散热量大的热源应尽量布置在厂房外面，夏季主导风向的下风侧。布置在室内的热源，应采取有效的隔热措施。 当热源靠近生产厂房一侧的外墙布置，而且外墙与热源间无工作点时，热源应尽量布置在该侧外墙的两个进风口之间。,热车间的热源布置,3.3.4 避风天窗及风帽的设计,定义：为了不发生倒灌，可以在天窗上增设挡风板，或者采取其它措施，保证天窗排风口在任何风向下都处于负压区，这种天窗称为避风天窗。 类型： 1、避风天窗: 目前常用的避风天窗有以下几种形式: 矩形天窗 下沉式天窗 曲（折）线型天窗,横向下沉式天窗,天井式天窗,纵向下
15、沉式天窗,对于横向下沉式，当风向为横向时排风效果不如纵向好。同理对于纵向下沉式，当风向为纵向时不如横向排风效果好。而天井式不论风向如何都能达到良好地排风，但其结构较复杂。 天窗的局部阻力系数是衡量避风效果好坏的重要指标。局部阻力系数大，避风效果差，局部力系数小，避风效果好。,2、避风风帽: 在普通风帽的外围增设一周挡风圈。风帽的作用在于使排风口处和风道内产生负压，防止室外倒灌和防止雨水或污物进入风道或室内。,避风风帽,采用风帽的 自然排风系统,用作全面通风 的避风风帽,3、屋顶通风器 避风天窗虽然采取了各种措施保证排风口处于负压区，但由于风向不定，很难保证不倒灌。而且采用避风天窗使建筑结构复杂，安装也不方便。屋顶通风器就可克服以上缺点。当室内温度大于室外空气温度时，在热压的作用下，车间内热气流通过喉口进入屋顶通风器，从排气口排出。另一方面由于室外风速的作用，在排气口处造成负压，把车间内有害气体抽出。 屋顶通风器是全避风型，无论风向怎样发生变化，也都能达到良好的排风效果。 其特点是：重量轻（采用镀锌钢板），施工方便（在工厂制造，运到现场组装），可以更换。,成都地铁首创自然通风,在成都市地铁1号线一期工程新益州站段，每
