1、1自然通风对通风设备选择的影响摘要 针对某些工程中未考虑自然通风对通风设备选择的影响而造成初投资偏大、运行费用偏高的问题，通过建立建筑分析模型引入了一种计算风压的方法。从理论上推导出热压、风压以及二者共同作用下的自然通风计算方法。结合具体工程，通过分析计算得出了考虑自然通风对通风设备选择的影响可以减少通风设备容量，从而节约能源。 关键词 热压风压 通风设备 节能 中图分类号： TE08 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 通风设备作为各个行业中广泛应用的机械设备，其耗电量占全国总耗电量 10%左右【1】 。在当今资源缺乏、电力紧张的情况下，合理选择通风设备具有重要意义。 自然通风主要是通过热
2、压、风压或二者共同作用完成的【2-3】 。它可以促进空气流动，不消耗动力，是一种经济的通风方式。若能够合理利用这一通风方式，可以获得较大的通风换气量，从而可减少通风设备容量。本文从理论出发，结合具体工程，研究分析了自然通风对通风设备选择的影响。 1 自然通风与机械通风的计算方法 1.1 自然通风的计算方法 自然通风的计算主要包括三部分：热压单独作用下的自然通风计算、2风压单独作用下的自然通风计算和热压、风压共同作用下的自然通风计算【4-5】 。 为了方便计算，建立建筑分析模型，如图 1 所示。图中 1-1 断面表示窗口，2-2 断面表示表示烟道出口。烟道出口与窗口中心高差为 h，窗口外侧静压为
3、 p1，内侧静压为,烟道出口外静压差为 p2，内侧静压为。设室外空气温度为 tw，空气密度为 w，室内空气温度为 tn，空气密度为 n，且，tntw，nw，假定只有 1-1 断面与 2-2 断面两个空气进出口。 1.1.1 热压单独作用下的自然通风计算 图 1 中 1-1 断面和 2-断面热压差为 pr2-pr1=gh（w-n） （1） 式中 pr1 和 pr2 分别为热压单独作用下窗口 1-1 断面和烟道出口 2-2 断面的内外压差，Pa。 1-1 断面和 2-2 断面连续性方程为 1F1=2F2（2） 式中 1 和 2 分别为 1-1 断面和 2-2 断面处的流量系数；F1 和 F2分别为
4、 1-1 断面和 2-2 断面处的面积，m2。 联立式（1）和式（2）可得 pr1= (3) pr2=(4) 1.1.2 风压单独作用下的自然通风计算 某一建筑物周围的风压分布与该建筑的几何形状和室外方向有关。3风向一定时，建筑物外围结构上某一点的风压值 pf（Pa）可用下式计算【6-7】： pf=k（5） 式中 k 为空气动力因数；w 为室外空气流速，m/s。 但是 k 值要在风洞内通过模拟试验求得，所以对现场和设计应用有一定的难度。本文采用建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）的有关规定计算风压值，计算如下： wk=zszw0（6） 式中 wk 为风荷载标准值，kPa，z 为高度
5、z 处的风振系数，z=1+，其中 为脉动增大系数， 为脉动影响系数，z 为振型系数；s 为风荷载体系数；z 为风压高度变化系数；w0 为基本风压，KPa。 所以， wk1=z1s1z1w0（7） wk2=z2s2z2w0 （8） 式中下表 1，2 分别代表窗口 1-1 断面和烟道出口 2-2 断面。 1.1.3 热压、风压共同作用下的自然通风计算 某一建筑物受到风压、热压同时作用时，风压与热压在同一平面是简单的代数叠加，可以完全分解，风压不影响建筑物内热压本身的压力特性。由此可得 p1=pr1+wk1（9） p2=pr2+wk2 （10） 4式中 p1 为热压、风压共同作用下窗口 1-1 断面
6、内外压差，即-P1,Pa; p2 为热压、风压共同作用下烟道出口 2-2 断面内外压差，即-p2，Pa。 1.2 机械通风的计算方法5 G= （11） 式中 G 为通风量，kg/s；Q 为室内余热量，KJ/s；c 为空气的比热容，KJ/（kgC） ；tp 为排出空气的温度，C；t0 为进入空气的温度，C。 P=p1+S (12) 式中 p 为风机提的压力，Pa；S 为阻抗，kg/m7；为流量，m3/s。 2 工程实例 2.1 工程概况 江苏省南京市某厂房主体建筑为钢筋混凝土框架结构，其基本计算数据见表 1。 表 1 工程基本计算数据 厂房（长宽高）135m45m26.6m 冬季热力车间内空气平
7、均计算温度 30 冬季热力车间内空气密度 1.165kg/m3 冬季室外通风计算温度 0C 冬季室外空气密度 1.293kg/m3 热力车间窗户个数 10 个 热力车间每个窗户面积 5.0m2 5热力车间每个窗户流量系数 0.4 烟道出口面积 0.64m2 烟道出口流量系数 0.8 热力车间的余热量 526.5KJ/s 排出空气温度 35 2.2 建立计算模型 现以 1 层热力车间与烟道作为研究对象，其计算模型见图 1，其中窗口 1-1 断面中心到热力车间地面的距离为 1.6m，窗孔 1-1 断面中心到烟道出口 2-2 断面的距离为 h=25m。 2.3 自然通风的计算方法与机械通风的计算方法
8、 2.3.1 自然通风的计算方法 2.3.1.1 热压单独作用下的自然通风计算 根据式（3） ， （4）得， pr1=0.019Pa pr2=31.379Pa 62.3.1.2 风压单独作用下的自然通风计算 根据表 1 数据经推导得到的数值列表于表 2 中。 表 2 推导数值 W0/kPa z sz 1-1 断面 0.41 0.8 1 2-2 断面 0.41-0.6 1.335 注：该工程处于 B 类地区，且高度小于 30m，高宽比小于 1.5，所以z=1。 由式（7） ， （8）可得 wk1=1*0.8*1*0.4*103Pa=320.0Pa，wk2=1*（-0.6）*1.335*0.4*1
9、03Pa=-320.4Pa， 其中正号表示风压作用方向垂直建筑物表面指向建筑屋内，负号表示风压作用方向垂直建筑物表面指向建筑屋外。由于室外风的风速和风向是经常变化的，为了保证自然通风的设计效果，根据采暖通风与空气调节设计规范 （GB50019-2003）的规定，在实际计算时，仅考虑热压作用，风压一般不予考虑，但是必须定性的考虑风压对自然通风的影响。这里风压组合值按频遇值取 0.41，所以修正后的 1-1 断面风荷载7值 wk11 和 2-2 断面风荷载值 wk22 分别为 wk11=0.4z1s1z1w0=0.4*320Pa=128Pa。 wk22=0.4z2s12z2w0=0.4*（-320
10、）Pa=-128Pa。 2.3.1.3 热压、风压共同作用下的自然通风计算 由式（9） ， （10）可得 p1=pr1+wk11=0.019 Pa+128 Pa=128.019 Pa, p2=pr2+wk22=31.379 Pa+128.160 Pa=159.539 Pa. 图 24 分别表示热压单独作用下余压沿高度的变化，风压单独作用下余压沿高度的变化，热压、风压共同作用下余压沿高度的变化。 烟道出口 2-2 断面，考虑热压和风压共同作用，其排风量和风速分别为 G2=2F2=0.8*0.64m2*=9.871kg/s， V2=2=0.8*=13.240m/s。 2.3.2 机械通风的计算方法
11、 根据式（11） ， （12）及文献7得，G= P=p1+S=0+0.195kg/m* 3 自然通风与机械通风的比较分析 自然通风与机械通风的最终参数比较见表 3. 表 3 自然通风与机械通风的最终参数比较 8压力/Pa 流量/（kg/s） 自然通风 159.539 9.871 机械通风 31.871 14.894 由表 3 可知，自然通风的压力比机械通风要求的压力要大的多，而流量却小。机械通风所要求的压力是是为了保证空气输配过程中消除沿程阻力和局部阻力，所以自然通风提供的压力是完全可以克服沿程阻力和局部阻力。利用热球风速仪对现场进行测量，烟道出风口的风速保持在 6.415.6m/s，这是因为
12、室外风压和温度的变化影响而导致的。 4 结论 对于该工程来说，可以充分利用自然通风所提供的压力（自然通风的压力为 159.539Pa，机械通风的压力为 31.871Pa） ，但是流量不够（自然通风的流量为 9.871kg/s，机械通风的流量为 14.894kg/s） 。所以可以在利用自然通风的同时，增加备用通风设备，同时可以配套设置通风设备变频器，一同工作更加节能，日常工作时不必完全启动通风设备。有条件时应利用自然通风以减小通风设备的容量，降低初投资及运行费用，减小能源浪费，从而达到节约能源的目的。 参考文献 9中国建筑科学研究院.GB50009-2001 建筑结构载荷规范【S】 。北京：中国
13、建筑工业出版社，2002 宋晔皓。利用热压促进自然送风以张家港生态农宅通风计算分析为例【J】 。建筑学报，2000（12）：12-14 刘何清，徐志胜，室外风压、火风压对建筑物中和面位置的影响J.中国安全科学学报，2002，12（2）：72-75 孙一坚。工业通风【M】 。北京：中国建筑工业出版社，1984 Givoni B. Comfort, climate analysis and building design guidelinesJ. Energy and Buildings,1992,18:11-23 建筑工程常用数据系列手册编写组。暖通空调常用数据手册【M】 。北京建筑工业出版社，2001 赵荣义。简明空调设计手册【M】 。北京：中国建筑工业出版社，1998
