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建筑通风换气有什么好策略?
发布时间:2019-09-11 21:08  | 作者: admin  | 来源: 未知

建筑通风分为自然通风和机械通风,是指建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外,再把新鲜的空气补充进去,从而保持室内的空气环境符合卫生标准。其目的为:①保证排除室内污染物;②保证室内人员的热舒适;@满足室内人员对新鲜空气的需要。(一)自然通风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。自然通风的动力包括热压与风压。1.热压通风当建筑室内外的温度tn和tw不同时,对应的空气密度分别为pn和pw,如果tn>tw,则pn、<pw。建筑物外围护结构有高度不同的开口a和b,假设窗孔外的静压力分别为Pa、Pi,,窗孔内的静压力分别为Pa、Pb,如果先关闭窗孔b,仅开启窗孔,不管最初窗孔a两侧高压差如何,随着空气的流动,Pa与P:之差将逐渐减小,直到Pa等于P:,空气停止流动。根据流体静力学原理,这时窗孔b的内外压差可用式(5—14)表示:△Pb=P′b一Pb=(P′a一ghpn)一(Pa—ghpw)一△Pa+(pow—pn)(5—14)式中△Pa、△Pb——窗孔a、b的内外压差,△Pa>0时该窗孔排风;△Pa<0时该窗孔进风(Pa);h——为两窗孔的高差(m);g——重力加速度(m/s²)。从式(5—14)中可以看出,在△Pa=0的情况下,当pn<pw(即tn>tw),则△Pb>0,当开启窗孔b,空气将从窗孔b流出,随着空气流动,室内的静压逐渐降低,(P′a一Pa)由等于0变为小于0。Pa<0,空气将从窗孔a流进室内。当窗孔a的进风量等于窗孔b的排风量时,室内的静止保持恒定。通过上述分析得知,在室内温度高于室外温度的情况下,空气从较低的窗口流人室内,从较高的窗孔流出;反之,当在室内温度低于室外温度的情况下,空气从较高的窗口流人室内,从较低的窗孔流出。在建筑工程中,通过一个窗孔也会产生热压通风,当pn<pw(即tn>tw)时,在同一窗口的上部排风,而在其下部进风。同一个窗孔的热压通风。热压通风的驱动力主要是受两个因素的影响,即室内外温差和建筑开口的相对位置。2.风压通风由于建筑物的阻挡,在建筑物四周室外气流的压力分布发生变化,与未受干扰的气流相比,其静压的升高或降低通称为风压。建筑物四周的气流分布。建筑物迎风面气流受到阻挡,动压降低,静压增高,风压为正压;建筑物的侧面和背风面,由于产生局部涡流,静压降低,风压为负压。不同形状的建筑在不同方向风的作用下,风压的分布是不同的。某一建筑物周围的风压分布与该建筑的几何形状和室外风向有关。建筑外立面的压力分布不同所引起建筑室内空气的流动称为风压通风。由于自然风具有随机性和紊流特性,风压实际上是一个波动量,可以分解为时间的平均流量与脉动量的叠加。得到准确的自然风的时均速度是非常困难的,通常是将自然风按照其平均流动的定常流动来进行计算,这样计算得到的自然通风量和实际通风量存在一定的误差,但对于分析各种建筑因素的影响作用是合适的。在一般情况下,风压的大小受到下列因素的影响:①室外风速及风向;②建筑的几何形状;③开口在建筑外立面上的位置;④大气边界层状况;⑤建筑的周边环境条件。对于常见的矩形建筑物来说,如果假设建筑同一立面上的风压作用值都相同,即作用于开口的风压值可用式(5—15)进行计算:△pwind=Pwin—Pref=0.5Cpρv2(5—15)式中,Pwind为作用于开口的风压值,Pa;cP一为大气压,Pa;(11,为风压系数,可以通过试验测试得到;P为空气密度值,kg/m³;72为来流风速,一般指建筑物高度处的风速,m/s。3.自然通风量的计算及优化设计方法如果建筑物的开口处存在压力差,则会产生空气的流动,开口处的压力差就是空气流动的驱动力。开口两侧的压力差可用式(5—16)计算:△P=ξυ²p/2(5—16)式中,△P为开口两侧的压力差,Pa;∈为开口的局部阻力系数;υ为空气流过开口时的流速,m/s;P为空气密度值,kg/m³。出于各方面的需要.在建筑的围护结构上总是设置各种各样的开口,无论是面积较大的门窗,还是尺寸较小的缝隙和孑L洞,只要它们的两侧空气存在压力差.空气就会通过开口而产生流动。通过面积较小的缝隙、孑L洞产生的空气交换,是在房间的门窗关闭情况下出现的,在采暖房间和空调房间,由于建筑节能的需要,会严格控制通过渗透的空气流通。空气渗透量主要与缝隙的总长度和门窗的气密性好坏有关,过度的气密性会使房间的通风换气量过小,造成室内空气品质低下,因此在空调和采暖房间也应保证一定的通风换气量。在有些情况下,即使开口的面积较大,也需要精心的通风组织才能使通风量满足要求。在过渡季节,建筑门窗处于开启状态时,自然通风作为一种重要的降温手段,可以带走室内的余热余湿,同时良好的自然通风对于改善室内空气品质,创造更加趋于自然的建筑室内环境具有重要作用。在这种既不采暖也不采用空调制冷的情况下,建筑室内外的焓差值有限,需要较高的通风量,才能满足室内热湿环境参数的要求。此外,在室内污染物散发量较大或希望排出室内污染物的情况下,也会通过打开门窗以期获得较大的通风量。由热压和风压引起的自然通风则是与建筑本身密不可分的,自然通风驱动力的热压和风压值往往也非常有限,因此要想获得较大的自然通风量需要在建筑设计上的精心组织。窗户开启方法不同,在同样的窗洞面积下,可获得的通风面积会有很大的差别。平开窗是目前应用较为广泛的开启方式,是用铰接或滑撑把窗扇和窗框连接起来;推拉窗可以上下、左右方向进行推拉,但这种窗的气密性、水密性比平开窗差,通风量比平开窗小,但启闭比较方便,不占用室内空间,制作工艺简单;悬窗分为上悬窗、中悬窗和下悬窗,一般装设在离地较高的位置.窗扇沿水平轴转动,开启时有一定的角度,可遮挡雨水。窗户的构造形式不仅与通风有关,而且还与采光、保温和美观等因素有关,在设计时应综合考虑。自然通风的房间通过门窗形成大开口的自然通风方式,热压和风压的作用机理不同,相应的优化设计方法也有所不同。(1)风压通风设计真正作用于建筑外部的风环境是建筑室外的微气候下的风速和风向,城市中建筑周围的建筑群体,尤其是前栋建筑对后栋建筑会有“风影"作用的影响,“风影”处的风速将会大大降低,由于建筑规划或单体设计不当,还可能在某些区域形成无风区或涡旋区,不利于室内散热和污染物的排除,不但会增加空调的能耗,还会严重影响建筑室内外的环境质量.因此在风压通风设计中要尽量避免。风压通风的必要条件是建筑具有不同朝向的开口,只有在不同朝向的开口才有可能形成足够大的风压差。但建筑具有多个不同朝向的开口,并不见得就会形成风压通风,每当室内空间对外不止一个开口的时候,如果不注意开口相对风向的位置,就可能使开口都面向同样的气压区,室内的通风气流就会很小或者根本没有。有时即使没有风压通风,在室外风的作用下也可以形成一些气流,这是由于沿着开口高度及宽度方向,都有一点气压差以及由于压力波动形成的风箱作用,使空气忽进忽出;但由此形成的气流,与同等面积的开口在风压通风下昕形成的气流相比,则要小得多。绿化对室内通风的影响非常灵活,虽然绿化对通风的影响具有局限性,但绿化往往可以在通过建筑本身组织通风受到限制的情况下发挥作用,并且通过绿化组织通风还会起到美化环境的双重功效。建筑朝向与风向平行的情况,根据风压通风理论,这样的建筑朝向建筑开口处的风压值基本相同,无法形成风压通风,但浓密的灌木可以种植在建筑的附近,通过形成正压与负压区使气流穿过建筑,从而形成通风。绿化可以起到通风和遮阳的双重作用,从而可获得良好的防热效果。同时,室内空气的质量也发生改变,绿化有助于降低空气中的含尘量、二氧化碳含量,增加氧气的含量。具有一定宽度的绿化带,还具有明显的降低噪声的作用。(2)热压通风设计建筑内部的通风条件是决定人们健康、舒畅的重要因素之一。它通过空气更新和气流的生理作用对人体的生物感受起到直接的影口向作用.并通过对室内气温、湿度及内表面温度的影响而起到间接的影响作用。当室外温度低于室温,并且有风压存在时,穿堂风是有效的降温方法。然而,在许多情况下,由于自然风的不稳定性或周围建筑、植被的遮挡,房屋周围不能形成足够的风压。在炎热地区和温和地区的夜间,空气流动往往很缓慢。处于拥挤的城市环境,或出于安全、隐私、噪声等其他原因,或者由于建筑本身进深较大,难以形成穿堂风时,可以利用热压来加强通风,并且不受朝向的限制。众多测试结果证明,影响热压通风的根本因素在于建筑室内外的温度差和开口的高度差。在空间高度有限的一些民用建筑中,如住宅、办公室等,其开口的高度差非常有限,热压通风一般都是在单个开口上下之间进行的,热压通风量及对室内的影响范围都非常有限。在公共建筑的一些高大空间中,建筑垂直高度比较高,为利用热压通风提供了有利条件,特别是对于采用热负荷较大或室内污染物散发量较大的室内空间,组织热压通风具有重要的作用。(二)机械通风机械通风是以风机为动力造成空气流动。机械通风不受自然条件的限制,可以根据需要进行送风和排风,并能获得稳定的通风效果。机械通风根据其通风的范围和方式不同,可分为全面通风、置换通风和局部通风。1.全面通风全面通风也称为混合式全面通风,是对整个房间进行通风换气,其目的在于将清洁空气引入整个房间,稀释室内原来有害物浓度,消除房间内的余热余湿,使室内达到允许浓度并获得良好的舒适性。混合式全面通风是以稀释原理为基础的通风方式。它通过位于顶板或者室内任何位置的送风口将处理的比较低、污染物浓度很小的空气,经送风口以一定的流速送人房间。气流出口速度一般较大,最大可能地使整个房间内的空气与新风空气混合均匀,从而达到稀释室内空气的目的。常见的混合通风方式有上送下回、上送上回、下送上回三种方式,最常用的是上送下回和上送上回方式。常见的上送下回气流分布有侧送侧回、散流器送风和孔板送风,由于上送下回的气流分布形式,送风气流不能直接进入工作区,与室内空气有较长的混掺距离,导致了在人员活动区域内污染物的浓度较高。在相同的送风量下,散流器送风人员呼吸区域的污染物浓度大于侧送侧回。而孔板送风方式多用于对室内温度、湿度、洁净度和气流分布的均匀性有较高要求的空调系统中。常见的上送上回气流分布有:单侧上送上回、异侧上送上回和散流器上送上回,这种通风方式在浓度场呈现出上低下高的分布,新风在到达工作区之前和上升的污染气流有一定的混合,使进人工作区的空气洁净度降低,对工作区的污染物浓度有一定的影响。以上三种通风方式中,以单侧上送上回的除污效果比较好。混合通风方式基于“稀释”的原则,新风在进入房间后迅速和房间内的空气混合后,只有大约1%的新鲜空气能够被人利用,其余99%的空气都被白白浪费。污染物在整个房间内发生横向扩散,使得整个房间内污染物的浓度几乎完全相同。同时,送人气流的循环掺混延长了污染物在室内的停留时间,使换气效率降低。因此,一般不宜采用混合通风方式。2.置换通风置换通风是一种新的通风方式。这种送风方式与传统的亍昆合通风方式相比较,可使室内工作区得到较高的空气品质、较高的热舒适性,并具有较高的通风效率。置换通风的基本原理是:新风由房间的底部送人,速度一般为0.25m/s左右,新风的温度低于室内温度。送风温差控制在2~4℃。由于新风相对密度较高,在重力的作用下先下沉。随后慢慢在地板上弥漫开来,形成一个“空气潮"。随后空气受障碍物和热浮力作用上升,不断地卷吸周围的热空气。由于热浊气流的上升、新鲜空气的推动及排风口的吸抽,使工作区的污染物不断被排出,形成一种典型的“置换”流动,置换通风热力分层高度高于工作区高度,从而保证了工作区较好的空气洁净度。实践充分证明,置换通风空调系统比混合通风空调系统能更有效地降低室内工作区的有害气体含量,大大提高了室内的空气品质。在置换通风方式中,气流流动主要以层流方式由下至上。浓度梯度的趋势与温度的分布相似。上部的浓度高,底部浓度低。置换通风和混合通风的温度、速度和相对浓度分布。这种通风方式污染物几乎没有横向扩散,这样就保证了在工作区范围内污染物的浓度较低,能给处在工作区范围内的人员提供比较新鲜的空气。置换通风排除污染物所需的送风量大于除热、除湿的送风量,因为它需要保证工作区在分层高度以下。置换式通风虽然能提供较好的空气品质,但也会有冷吹风感和房间垂直温度差异造成的局部不适度。而且并非任何建筑部位都适合置换通风,对于某些无热源且污染物浓度大的区域,置换通风效果并不能充分发挥出来。设计中要根据室内特点而定,只有在条件符合时选择这种气流组织形式。20世纪90年代以来,置换通风系统以其具有的舒适、节能等特点引起了人们的关注,当前这种送风方式正在成为人们研究的热点。置换通风在北欧应用较为广泛,它最早是用在工业厂房用以解决厂房内的污染物控制问题,随着民用建筑室内空气品质问题日益突出,置换通风方式的应用转向民用建筑,如居室、办公室、会议室、剧院等。北欧一些国家新建的办公楼建筑置换通风已达到70%左右。3.局部通风局部通风是指利用局部通风机或主要通风机产生的风压,对局部地点进行通风的方法。这种通风方法就是利用局部气流,使局部工作地点不受有害物的污染,以最小的通风量来达到最好的通风效果。局部通风系统分为局部排风、局部送风和个体化送风三大类,它们都是利用局部气流使局部工作地点不受有害物的污染,从而营造一个良好的空气环境。(1)局部排风局部排风是指在集中产生有害物的局部地点设置捕集装置,将其捕集起来并经过净化处理后,再将有害物排走,以控制有害物向室内扩散。其指导思想是:有害物在哪里产生,就在哪里将其排走。局部排风系统主要局部排风罩、风管、除尘或净化设备、风机、排气筒或烟囱等组成。(2)局部送风对于面积很大、操作人员较少的生产车间,用全面通风的方式改变空气环境,既困难又不经济。空气经集中处理后送人局部工作区.在局部地点形成良好的空气环境,这种通风方式称为局部送风。其指导思想是:哪里需要新鲜的空气,就将新鲜空气送到哪里。局部送风系统又分为系统式和分散式两种。分散式局部送风一般使用轴流风扇或喷雾风扇,空气在室内循环。人呼吸到的大部分空气来自于呼吸区域,呼吸区域的空气品质的好坏,直接影响到人的身心健康,而其他区域的空气品质对人的影响则相对较小,所以局部送风可以很好地满足人们这方面的要求。(3)个体化送风个体化送风是采用个体化的调节方式,以工作区为主要调节区.将新鲜空气直接送到呼吸区,缩短新风的输送时间,可以在呼吸区保证有较高的空气品质。同时,个体化送风需要的新风量比较小,这在节约系统耗能上有很大的优势。个体化送风调节的实现,目前大多采用工位调节TAC(TaskAirConditioning)系统,主要为地板式系统和桌面式系统。采用地板式TAC系统,就是将新鲜空气送到人的工作区.这样可有效地改善空气品质。但也有研究指出,这种送风方式存在额外的扬尘污染,目前还存在较大的争议。地板式TAC系统与传统的地板送风系统的区别在于:传统地板送风系统的送风口是从整体考虑均匀分布于房间里,而地板式TAC送风系统的送风口安装位置在每个人的附近,个人可以调节送风量和送风方向。桌面式系统可以分为水平桌面格栅、垂直桌面格栅、个人环境单元和可移动式送风口四种方式。其中可移动式送风口,通过机械臂可以使风口位置移动.不仅能够较好地将风送至人的呼吸区.而且不影响人的正常工作.是目前比较好的一种个体化送风方式。个体化微循环调节目前在国际上是一个比较前沿的研究领域,地板式TAC系统和桌面式TAC系统的换气效率、污染物移除率、对人体热环境的改善状况.都需要进一步研究和验证,都还需要做大量的工作。(三)稀释通风量的确定同样由于室内外环境存在一些差别,通风也会带来热量、水蒸气和污染物的传递。因此,建筑的通风对建筑热湿过程及室内空气质量都有着重要的影响。有相当大比例的室内空气品质问题是由于不良通风。以及室内空间中的空气污染物所造成的。用室外的新鲜空气更换室内由于生产或生产过程而污染的空气,使室内空气质量满足要求,此类通风可称为健康通风,健康通风是建筑进行通风的主要目的之一。健康通风量是在任何气候条件下都应予以保证的。通风换气量的大小对于满足要求和节约能源都密切相关,其确定方法因通风目的的不同而不同,控制污染物所需的健康通风换气量可用通风稀释方程来进行计算。用通风的方法控制室内污染物的方法,就是一方面用清洁空气稀释室内空气中的污染物,同时不断地把室内污染物浓度较高的空气排到室外。在一般情况下,清洁的空气来自室外未受污染的空气,这种空气也称为新风。如果室内污染浓度不变,根据质量守恒原理,在任何一个微小的时间间隔内,室内得到的污染物总量应该等于从室内排除的污染物总量。如果室内污染物浓度呈上升趋势,则说明室内得到的污染物总量应该大于从室内排除的污染物总量;反之,室内得到的污染物总量应该小于从室内排除的污染物总量。总之,室内得到的污染物与从室内排出的污染物总量之差等于房间内污染物量的变化,可用式(5—17)表示:GC0dτ+Mdτ—GCdτ--VdC(5—17)式中,G为全面通风量,m³/s;C0为送风空气中污染物的浓度,g/m³;dτ为某一段无限小的时间间隔,s;M为室内污染物散发量,g/s;C为某时刻室内空气中污染物浓度,g/m³;V为房间的容积,m³;dC为在dτ时间内房间污染物浓度的增量,g/m³。(四)室内空问划分的影响室内空间的划分可以按照功能需求作种种处理,随着应用物质的多样化,立体的、平面的、相互穿插的、上下交叉的,加上采光、照明的光影、明暗、虚实、陈设的简繁及空间曲折、大小、高低和艺术造型等种种手法,都能产生形态繁多的空间划分。采用封闭式划分的目的,是为了对声音、视线、.温度等进行隔离,形成独立的空间。这样相邻空间之间互不干扰,具有较好的私密性。但是空气流动性变得较差,则通风气流可能要经过数次方向的改变,而这些偏转对气流会产生较大的阻力。室内空间划分对需要风压通风室内气流的影响。在图中所示内隔墙及窗户位置不同安排,或是使气流由进口直接至出口,或是迫使其在离开房间以前转折达四次之多。在各种情况下,风向均垂直于进入窗户,室内气流速度是在与窗的中心等高水平处测得的。建筑物室内的再划分,在总的方面使内部气流速度有一些降低,据测定,其平均速度的最大降低量由44.4%降低到30.2%。当隔墙靠近并正对进风窗时,气流速度最低,因为空气在进入内室以前先需转向的原因。当隔墙靠近出风口时,情况比较好一些。由此可以推断,在气流必须经过一个房间才能抵达另一个房间的套房中,位于上风侧的房间,以稍大些为好。室内空间划分成不同的功能区,考虑保持良好的空气品质的需要,无论是什么通风机理1下的通风组织,都应当使对空气品质要求高的房问处于上风一侧,污染物散发量较高且室内空气品质要求相对较低的房间处于下风一侧。如在民用住宅中,可将卫生间及厨房布置在下风侧为好。

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