第六章

通風(fēng)與氣流組織環(huán)境學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程系/sundae_meng第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法1.通風(fēng)的定義：將室內(nèi)空氣（通常是被污染或有余熱余濕的空氣）直接（或經(jīng)凈化后）排至室外，把新鮮空氣直接（或經(jīng)適當(dāng)處理后）補(bǔ)充進(jìn)來，從而使室內(nèi)空氣符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)或生產(chǎn)工藝需要的過程。一、通風(fēng)（空調(diào)）的目的第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法2.通風(fēng)方式的分類1>按空氣是被通風(fēng)系統(tǒng)送入還是排出2>按通風(fēng)系統(tǒng)的作用范圍不同3>按通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力不同一、通風(fēng)（空調(diào)）的目的送風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)系統(tǒng)局部送、排風(fēng)系統(tǒng)全面送、排風(fēng)系統(tǒng)自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法3.目的：1>.保證排除室內(nèi)污染物；2>.保證室內(nèi)人員的熱舒適；3>.滿足室內(nèi)人員對(duì)新鮮空氣的需求。一、通風(fēng)（空調(diào)）的目的第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法自然通風(fēng)：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空氣產(chǎn)生流動(dòng)。二、自然通風(fēng)1.自然通風(fēng)的作用原理當(dāng)建筑物的門窗兩側(cè)存在壓力差△P，就會(huì)產(chǎn)生空氣流動(dòng)，且有：式中：為門窗的流量系數(shù)，μ值大小與門窗的構(gòu)造有關(guān)，其值一般小于1。第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)1.自然通風(fēng)的作用原理通過門窗的空氣量為：

式中：F---窗孔的面積，m2；L---空氣體積換氣量，m3/s；

G---空氣質(zhì)量換氣量，kg/s從式中可以看出，△P是自然通風(fēng)的直接推動(dòng)力！

第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)2.熱壓作用下的自然通風(fēng)

窗孔a和b，兩者高差為h，窗外空氣的靜壓力分別為Pa、Pb，窗內(nèi)為Pa/、Pb/，室內(nèi)外空氣溫度及密度分別為tn、ρn和tw、ρw。設(shè)tn>tw，則ρn<ρw。先開啟下a，關(guān)閉b，由于空氣先由流動(dòng)到靜止，最后使得△Pa=0，此時(shí)據(jù)流體靜力學(xué)原理窗孔ｂ內(nèi)外壓差為：第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)2.熱壓作用下的自然通風(fēng)

△Pb=（Pb/-Pb）

=（Pa/-gh

n）-（Pa-gh

w）

=（Pa/-Pa）+gh（

w-

n）

=△Pa+gh（

w-

n）從上知：當(dāng)△Pａ=0，tn＞tw即ρn<ρw時(shí)，則上式△Pｂ＞0，此時(shí)若開啟窗孔ｂ，空氣將從窗孔ｂ流出，使室內(nèi)靜壓逐漸降低。

第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)2.熱壓作用下的自然通風(fēng)若同時(shí)開啟窗孔ａ，此時(shí)△Pａ＜0，室外空氣將由窗孔ａ流入室內(nèi)，直至窗孔ａ流入的進(jìn)風(fēng)量等于窗孔ｂ流出的排風(fēng)量時(shí)，室內(nèi)氣壓將保持穩(wěn)定。此時(shí)形成上下兩窗孔ａ、ｂ進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)的總壓力可變?yōu)椋骸鱌ab=∣△Pb∣+∣△Pa∣=△Pb+（-△Pa）=gh（

w-

n）第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)2.熱壓作用下的自然通風(fēng)△Pab=∣△Pb∣+∣△Pa∣=△Pb+（-△Pa）=gh（

w-

n）上式表明使兩窗孔形成進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)的總壓力與兩窗孔的高度差h以及室內(nèi)外空氣的密度差△ρ成正比，而密度差是由于溫度的差異引起的，故我們通常將gh（ρw-ρn）稱之為熱壓。實(shí)際上，當(dāng)有溫差存在時(shí)，室內(nèi)哪怕只有一個(gè)窗孔依然會(huì)形成自然通風(fēng)，只是此時(shí)該窗孔上部排風(fēng)下部進(jìn)風(fēng)，相當(dāng)于兩窗孔緊挨在一起。當(dāng)然若室內(nèi)溫度比室外溫度低，則窗孔上部進(jìn)風(fēng)而下部排風(fēng)。第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)2.熱壓作用下的自然通風(fēng)定義：室內(nèi)某一點(diǎn)的壓力和室外同標(biāo)高未受擾動(dòng)的空氣壓力的差值我們通常稱之為該點(diǎn)的余壓。在有高低窗孔的建筑物中，當(dāng)ａ窗戶處于最低時(shí)，其它窗孔的余壓與該窗孔余壓之間的關(guān)系為：△Px=△Pxa+ghi（

w-

n）式中：△Px--某窗孔的余壓，Pa；△Pxa--窗孔ａ的余壓，Pa；hi--窗孔ａ與某窗孔的高度差，m第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)2.熱壓作用下的自然通風(fēng)僅有熱壓作用時(shí)，余壓僅沿高度變化，且變化的規(guī)律如圖所示，余壓值從窗孔ａ的負(fù)值逐漸增大到排風(fēng)窗孔ｂ的正值。其中在o-o平面上，余壓等于零，我們通常將其稱為中和面，因中和面的余壓△Pxo=0，于是ａ、ｂ窗孔的余壓分別為：△Pxa=△Pxo-h1g（

w-

n）

=-h1g（

w-

n）Pa△Pxb=△Pxo+h2g（

w-

n）

=h2g（

w-

n）Pa

不難理解，對(duì)于中和面以下的窗孔其余壓為負(fù)，以上的余壓為正。

第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)3.風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

當(dāng)氣流流過建筑物時(shí)，建筑物迎風(fēng)面氣流受阻，動(dòng)壓降低，靜壓升高，而背風(fēng)面和側(cè)面由于產(chǎn)生局部渦流使靜壓降低，這些地方的靜壓與遠(yuǎn)處未受干擾處氣流靜壓之差，我們通常稱之為風(fēng)壓。靜壓升高，風(fēng)壓為正，稱為正壓，反之，稱為負(fù)壓。第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)3.風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)風(fēng)壓的分布與該建筑物的幾何形狀、室外風(fēng)力風(fēng)向等有關(guān)，當(dāng)風(fēng)向一定時(shí)，建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的風(fēng)壓值可由下式表示：式中K---空氣動(dòng)力系數(shù)；υw---室外空氣速度；

ρw---室外空氣密度。一內(nèi)部連通的建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，若有兩個(gè)風(fēng)壓值不同的兩個(gè)窗孔，空氣動(dòng)力系數(shù)大的窗孔將會(huì)進(jìn)風(fēng)，小的排風(fēng)，當(dāng)室內(nèi)無熱壓作用時(shí)，室內(nèi)各點(diǎn)的余壓均相等。第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)4.風(fēng)壓、熱壓同時(shí)作用下的自然通風(fēng)風(fēng)壓熱壓常一起對(duì)自然通風(fēng)產(chǎn)生影響，此時(shí)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上各窗孔的內(nèi)外壓差應(yīng)等于各窗孔的余壓和室外風(fēng)壓之差。

由于室外風(fēng)向風(fēng)速一年四季非常不確定、不可靠，故不能完全指望它自然通風(fēng)，在實(shí)際計(jì)算時(shí)僅考慮熱壓的作用，風(fēng)壓基本不予考慮。第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)5.常見的自然通風(fēng)的形式第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法二、自然通風(fēng)中庭通風(fēng)風(fēng)井通風(fēng)單面通風(fēng)穿堂風(fēng)Crossventilation第一節(jié)通風(fēng)（空調(diào)）的目的與方法機(jī)械通風(fēng)：依靠風(fēng)機(jī)等流體機(jī)械造成的壓頭而使空氣產(chǎn)生流動(dòng)。三種典型的送風(fēng)形式：

混合通風(fēng)追求均勻的室內(nèi)環(huán)境混合后的空氣可能已被污染

置換通風(fēng)保證人員呼吸區(qū)的環(huán)境要求下送風(fēng)，新鮮氣流先送入工作區(qū)

個(gè)性化送風(fēng)滿足不同個(gè)體的特殊性要求工位送風(fēng)，獨(dú)立可調(diào)三、機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)的氣流組織形式三種典型的送風(fēng)形式混合通風(fēng)置換通風(fēng)個(gè)性化送風(fēng)混合通風(fēng)的氣流形式上送上回上送下回下送下回側(cè)送上下回第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)—通風(fēng)量常用民用建筑新風(fēng)量范圍以坐為主、少吸煙、久逗留場(chǎng)所

實(shí)際上，人體在靜坐至重勞動(dòng)狀態(tài)，肺通氣量為：11.6~80.4L/min人，即0.7~4.8m3/h人(實(shí)際為一半)1.新風(fēng)通風(fēng)換氣量第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)—通風(fēng)量1.新風(fēng)通風(fēng)換氣量決定因素

室內(nèi)污染物允許濃度室外污染物濃度室內(nèi)污染物發(fā)生量：發(fā)生量已知否？？？室內(nèi)污染物產(chǎn)生對(duì)換氣量的要求人體代謝生物污染：以CO2濃度或臭氣強(qiáng)度指數(shù)為指標(biāo)確定換氣量消除煙臭的要求根據(jù)吸煙量確定污染物發(fā)生量：VOC等微量產(chǎn)生的污染難以監(jiān)測(cè)，通風(fēng)量的確定仍然是需要研究的問題。第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)2.全面通風(fēng)的基本微分方程式（均勻混合時(shí)的稀釋方程）一、均勻混合氣流組織的描述參數(shù)—通風(fēng)量QCSd

+Md

-QCd

=VdC

在通風(fēng)量Q一定、室內(nèi)初始濃度為C1的時(shí)候，求C2與通風(fēng)時(shí)間的關(guān)系：穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)系式：MQ，CsCVC或第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)1.空氣齡定義：送風(fēng)到達(dá)房間某點(diǎn)的時(shí)間。or：指空氣在室內(nèi)被測(cè)點(diǎn)上停留的時(shí)間，實(shí)際上是指舊空氣被新空氣代替的速度。某點(diǎn)的空氣齡越小，說明該點(diǎn)的空氣越新鮮，空氣品質(zhì)就越好。4500年樹齡的華夏第一柏120年樹齡的古榕樹第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)1.空氣齡殘余時(shí)間(Residuallifetime)空氣從當(dāng)前位置到離開房間的時(shí)間

rl駐留時(shí)間(Residencetime)空氣離開房間時(shí)空氣齡

r也稱作“換氣時(shí)間”置換室內(nèi)全部現(xiàn)存空氣的時(shí)間

P

PCe

e第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)1.空氣齡房間平均空氣齡等于房間各點(diǎn)空氣齡的體平均典型流型的空氣齡活塞流：

p

＝e/2r=e=n

均勻混合流：

p

＝e

r=2p=2e非完全混合流：入口空氣齡最年輕，出口空氣齡最老。第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)2.換氣效率“理想活塞流”的換氣效率最高，房間的平均空氣齡最小。換氣效率的定義實(shí)際通風(fēng)條件下房間平均空氣齡與活塞流的平均空氣齡的比值倒數(shù)為換氣效率（<1），反映了新鮮空氣置換原有空氣的快慢與活塞通風(fēng)下置換快慢的比較。第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)2.換氣效率空間各點(diǎn)的換氣效率的定義：空間各點(diǎn)的換氣效率可以大于1，反映了新鮮空氣替換原有空氣的有效程度常見送回風(fēng)形式的換氣效率第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)二、送風(fēng)有效性的描述參數(shù)3.送風(fēng)可及性定義：在流場(chǎng)不變的條件下，假設(shè)某一送風(fēng)口的空氣含有濃度為Cs,i的指示劑氣體，房間內(nèi)部無源，則該送風(fēng)口在歷時(shí)T后對(duì)空間位置i的可及性為：意義：可及性是流場(chǎng)自身的特性，與送風(fēng)有無指示劑無關(guān)。可及性反映了在經(jīng)歷了一定時(shí)間后，各風(fēng)口送風(fēng)到達(dá)空間各點(diǎn)的相對(duì)程度。單一風(fēng)口經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間后，空間各點(diǎn)的可及性均為1。多個(gè)風(fēng)口經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間后，在空間各點(diǎn)的可及性和為1。（深色區(qū)域內(nèi)ASA大于0.5）不同時(shí)刻的送風(fēng)可及性發(fā)展情況第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)三、污染物排除有效性的描述參數(shù)1.污染物含量和排空時(shí)間：2.排污效率與余熱排除效率：平均排污效率：局部排污效率：余熱排除效率：3.污染物年齡：4.污染源可及性：第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)四、與熱舒適相關(guān)的部分參數(shù)1.不均勻系數(shù)算術(shù)平均值為：均方根偏差為：不均勻系數(shù)為：第二節(jié)室內(nèi)空氣分布的描述參數(shù)四、與熱舒適相關(guān)的部分參數(shù)2.空氣擴(kuò)散性能指標(biāo)ADPI定義：空間內(nèi)滿足規(guī)定風(fēng)速和溫度要求的測(cè)點(diǎn)數(shù)與總測(cè)點(diǎn)數(shù)之比。有效溫