建筑环境学第六章,通风与气流组织
合集下载
建筑环境学(6)
1. 热压作用下的自然通风
假设窗孔外的静压 力分别为Pa、Pb， 窗孔内的静压力分 别为P’a、P’b，室 内外的空气温度和 密度分别为tn、ρn 和tw、ρw。由于tn ＞tw，所以ρn＜ ρw。
图6-1 热压作用下自然 通风
如果我们首先关闭窗孔b，仅开启窗孔a，不管最初 窗孔a两侧的压差如何，由于空气的流动，Pa将会等 于P’a。当窗孔a的内外压差ΔP＝（P’a－Pa）=0时， 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 ΔPb=( P’b- Pb)= ( P’a-ghρn)-(Pa-ghρw) = ( P’a- Pa)+gh(ρw-ρn) =ΔPa+ gh(ρw-ρn) (6-5) 式中ΔPa 、ΔPb ——窗孔a和b的内外压差， ΔP＞0，该窗孔排风，ΔP ＜0，该窗孔进风； g——重力加速度，m／s2。
一般来说，进、出口间的距离应该是屋顶高度的2.5-5倍（大概是6m)
（2）单面通风
（3）被动风井通风
（4）中庭通风
自然通风的缺陷
（1）通风量往往难以控制，因此可能会导 致室内空气品质达不到预期的要求和过量 的热损失； （2）在大而深的多房间建筑中，自然通风 难以保证新风的充分输人和平衡分配； （3）在噪声和污染比较严重的地区，自然 通风不适用； （4）一些自然通风的设计可能会带来安全 隐患，应预先采取措施；
第一节 通风（空调）的目的与方法
一、通风（空调）的目的
所谓通风，是指把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 充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生 标准。空调和通风有类似的作用，没有严格 的区分，但是一般来说，空调还要考虑到控 制房间的热环境，因此送风要经过较为复杂 的处理过程，空调对效果的要求也更为严格。
哈工大-建筑环境学-第6章1
Clean air
Indoor air quality
10
通风的目的
Indoor air quality
Removes contaminants generated by processes such as cooking, burning.
Clean air
11
通风的目的
Creates some degree of air movement which is essential for occupant’s feelings of freshness and comfort.
P’b Pxb
Kb b
Pb
gh( w n )
热压
tw w
Pa
tn n
P’a Pxa
25
a Ka
h
2.余压的概念（p185）
• 室内某一点的压力 和室外同标高未受 扰动的空气压力的 差值。 • 余压为正，风口排 风；余压为负，风 口进风。
b
o
h2
中和面
o
h1
a
Px Pxa gh( w n )
• 定义：利用机械手段（风机、 风扇等）产生压力差来实现空 气流动的方式。 • 分类：1）机械送风-自然排风 系统；2）机械排风-自然送风 系统；3）机械送排风系统
自然通风的作用原理及可提供的通风量
• 基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有 空气流过开口。流过的风速为：
• • 流过的体积风量为： Q F＝F 2P • 流过的质量风量？ • 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压 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。 24 ＝
《建筑环境学》重点知识要点
第一章绪论1、目前人们希望建筑物能够满足的要求包括：安全性、功能性、舒适性、美观性。
2、人类最早的居住方式：巢居和穴居。
3、建筑与环境发展过程中面临的两个问题是：如何协调满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾和研究和掌握形成病态建筑的原因。
4、建筑环境学的三个任务是：了解人和生产过程需要什么样的建筑室内环境、了解各种内外部因素是如何影响建筑环境的、掌握改变或控制建筑环境的基本方法和手段。
第二章建筑外环境1、地球绕太阳逆时针旋转是公转，其轨道平面为66.5度。
2、赤纬是太阳中心与地球中心与地球赤道平面的夹角，一般为23.5～－23.5度之间，向北为正，向南为负3、地方平均太阳时是以太阳通过当地的子午线时为正午12点来计算一天的时间的计时方式。
4、真太阳时是当地太阳位于正南向的瞬时为正午12时的计时方式。
5、经国际协议，以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准时。
6、经国际协议，把全世界按世界经度划分为24时区，每个时区包含地理经度15度。
以本初子午线东西各7.5度为零时区，向东分12时区，向西也分为12时区。
7、每个时区都按照它的中央子午线的平均太阳时为计时标准，称为该时区的标准时。
8、当地时间12时的时角为0°，前后每隔1小时，增加15°。
9、北京时间等于世界时加上8小时10、太阳位置是地球上某一点所看到的太阳方向，常用太阳高度角和方位角来表示。
11、太阳高度角是太阳方向与水平线的夹角。
12、太阳方位角是太阳方向的水平投影偏离南向的角度。
13、影响太阳高度角和方位角的因素有：赤纬（季节的变化）、时角（时间的变化）、纬度（观察点所在位置）。
14、太阳常数一般取I。
=1353 W/㎡15、大气透明度越接近1，大气越清澈，一般取为0.65～0.75。
16、对于北京来说，法向夏季总辐射热量最大。
20、风向在陆地上常用16个方位来表示。
21、风速是指单位时间内风行进的距离，以m/s来表示。
建筑环境学-第6章 室内空气环境营造的理论基础
描述污染物排除有效性的参数，主要反映污染物到达考察 区域的程度以及到达该区域所需要的时间，如：污染物含 量和排空时间 、排污效率与余热排除效率 、污染物年龄 、 污染源可及性
与热舒适关系密切的有关参数，如：不均匀系数 、空气扩 散性能指标(ADPI)
如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的 参数对房间的通风效果进行总体评价
b
w
n
h
a
5
二、余压的概念
余压：室内某一点的压力和室外同标高未受 扰动的空气压力的差值。 中和面：余压为零
以中和面作为基准面，窗孔a,b的余压？
6
b
h2
余压
o
h1
中和面
o
a
7
余压
i ( out li ) H i g 1 / 1.5 Lia ( total) Fdi [ ] 1 (1 1.5 ) m
脉冲法（pulse method）
在释放点释放少量的示踪气体，记录测量点处示踪气 体浓度随时间的变化过程。
上升法（step-up method）
在释放点连续释放固定强度源的示踪气体，记录测量 点处示踪气体浓度随时间的变化过程。
下降法（或衰减法）(step-down or decay method)
大中和面
hi i i L F i [( out in Z
i a i d
小中和面
h
的多 自层 然建 通筑 风的 )h g ] 热 压 引 起
i 1 / 1.5
H
8
三、风压作用下的自然通风
往往采用CFD 或风洞模型实验的 方法求取K值。
风压系数 Pf
Pf K
2 w
2
与热舒适关系密切的有关参数，如：不均匀系数 、空气扩 散性能指标(ADPI)
如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的 参数对房间的通风效果进行总体评价
b
w
n
h
a
5
二、余压的概念
余压：室内某一点的压力和室外同标高未受 扰动的空气压力的差值。 中和面：余压为零
以中和面作为基准面，窗孔a,b的余压？
6
b
h2
余压
o
h1
中和面
o
a
7
余压
i ( out li ) H i g 1 / 1.5 Lia ( total) Fdi [ ] 1 (1 1.5 ) m
脉冲法（pulse method）
在释放点释放少量的示踪气体，记录测量点处示踪气 体浓度随时间的变化过程。
上升法（step-up method）
在释放点连续释放固定强度源的示踪气体，记录测量 点处示踪气体浓度随时间的变化过程。
下降法（或衰减法）(step-down or decay method)
大中和面
hi i i L F i [( out in Z
i a i d
小中和面
h
的多 自层 然建 通筑 风的 )h g ] 热 压 引 起
i 1 / 1.5
H
8
三、风压作用下的自然通风
往往采用CFD 或风洞模型实验的 方法求取K值。
风压系数 Pf
Pf K
2 w
2
第六章 通风与气流组织(wlf)第二节
0
f ( )d F ( ) F (0) 0 F () 1
13
空气龄的概率分布f(τ)：年龄为τ的空气微团 在某点空气中所占的比例。
空气龄的累计分布F(τ):年龄比τ短的空气微 团所占的比例。
某点的空气龄tp指该点所有微团的的空气龄的 平均值：
p f ( )d p [1 F ( )]d
38
第六章 通风与气流组织
§6.2 室内空气分布的 描述参数
1
气流组织：在一定的送回风形式下，建筑内部 空间会形成某个具体的风速分布、温度分布、 湿度分布、污染物浓度分布。 如何评价气流组织？
② 描述污染物排除有效性的参数：污染物到达程度，到 达的时间； ③ 与热舒适有关的参数； ④ 若充分混合，用一个集总的参数对房间通风效果进行 总体评价。
非完全混合（实际情况）：入口处空气最新 鲜，出口处空气龄要高于房间平均空气龄， 死角处最陈旧。
17
2. 换气效率(Air exchange efficiency
对于理想“活塞流”的通风条件，房间 的换气效率最高。此时，房间的平均空 气龄最小，它和出口处的空气龄、房间 的名义时间常数存在以下的关系 ：
Ce Cs C Cs
Ce Cs p Cp Cs
30
排污效率的意义：
衡量稳态通风性能的指标，表示送风排除污染物的 能力。
对相同的污染物，在相同的送风量时，能维持较低 的室内稳态浓度，或者能较快的将室内初始浓度降 下来的气流组织，排污效率高。
主要影响ε的因素：
7
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
8
1. 空气龄(Air Age)
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
通风（空调）的目的与方法 室内气流分布的描述参数 气流组织的测量与计算方法
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 3
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
4
通风
基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等
空气调节
多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、 空气成分、气味等
污染严重：直流式系统（即机械通风系统） 污染不很严重：部分回风系统
特点 可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 需要消耗 能源 初投资和运行费都比较高 建筑环境学理论第六章通风与气流组织 6
基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会
有空气流过开口。流过的风速为： P
＝ 2P＝ 2P
驱动力压差
热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差
风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的 压差
自然通风的分类
热压通风 风压通风 风压和热压的联合作用下的自然通风
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 7
P b ( P a ) P b P a g (w h n )来自bwn h
a
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 8
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 24
室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境
通风气流组织评价的三类参数
描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察 区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：空气龄、换气 效率、送风可及性
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
1
气流组织的定义
狭义：机械通风的送回风的搭配形式 广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的
室内气流分布(Air Distribution)
送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、 湿度、污染物浓度等
【精品】06章通风与气流组织-130411
按动力(自然、机械)；按作用面积(全面、局部)；按换气方式(送风、排风)。
4.通风分类
5.通风的方法：自然通风和机械通风
（1）自然通风 定义： 利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通风换气方式 基本原理： 只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有空气流过开口。
热压（定量考虑）；风压(不稳定,定性考虑)
中庭通风
通风量难控制，导致达不到预期要求和过量热损失在大而深的多房间建筑中，难以保证新风的充分输入和平衡分配在噪声和污染较严重地区不适用可能带来安全隐患不适用恶劣气候环境的地区需要居住者自己调整风口，麻烦很少对进口空气进行过滤和净化风道需要较大空间，受建筑形式的限制
自然通风的缺陷
自然通风优点1）保护人们免受病毒侵害方面更有其不可替代的作用2）它是一种具有很大潜力的通风方式，它具有节能、改善室内热舒适性和提高室内节能可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质受建筑设计和气候条件限制，难以控制
（2）机械通风定义 利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的方式 特点可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布需要消耗能源 初投资和运行费都比较高
组成
1、某车间使用脱漆剂，每小时消耗量为4kg；脱漆剂成分为苯50％，醋酸已酯30％，乙醇10％，松节油10％，求全面通风所需空气量。根据卫生标准，车间中上述有机溶剂蒸汽的允许浓度为：苯 :40mg/m3 ；醋酸已酯 ：300 mg/m3 ；乙醇没有规定，不计风量。松节油： 300 mg/m3（注：本题中几种有机溶剂为同系物。）
解：苯：Q= 4×0.5×106/(3600×40)=13.89 m3/s醋酸已酯: Q= 4×0.3×106/(3600×300)=1.11 m3/s松节油：Q= 4×0.1×106/(3600×300)=0.37 m3/s全面通风量分别计算，求和:15.37m3/s
第六章_通风与气流组织第一--三节
通风和空调的区别
通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不 （或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才 能排除； 空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不 需处理。
4
二、自然通风（Natural Ventilation）
定义：指利用自然的手段（热压、风 压等）来促使空气流动而进行 的通风换气方式。
洁区
29
常见风口类型---置换通风
30
3、个性化送风（Personalized Ventilation）
原理：将处理好的新鲜空 气直接送至人员主要活动 区，同时人可调节送风参 数，实现有限区域个性化。
特点：个性化调节；直接 控制呼吸区，无需全部区 域的控制；通风效率高， 通风量、能耗小。
42
根据通风气流的目的，气流分布的 评价分为三个方面 通风有效性 排污有效性 能量利用有效性与热舒适
43
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
44
1、空气龄(Air Age)
最早于20世纪80 年代由Sandberg 提出。
定义：指送风到 达房间某点的时 间。
实际意义：旧空 气被新空气代替 的速度。
输入和平衡分配； 在噪声和污染严重地区，不适用； 安全隐患，应预先采取措施； 不适用恶劣气候地区； 需要居住者自己调节，麻烦； 未对进口空气过滤、净化； 所需空间较大，受到建筑形式的限制。
24
三、机械通风（Mechanical Ventilation）
定义：指利用机械手段（风机、风扇等）产 生压力差来实现空气流动的方式。
＝ 2P＝ 2P
通过的空气量：
G F＝F 2P
关键因素： F、P
通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不 （或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才 能排除； 空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不 需处理。
4
二、自然通风（Natural Ventilation）
定义：指利用自然的手段（热压、风 压等）来促使空气流动而进行 的通风换气方式。
洁区
29
常见风口类型---置换通风
30
3、个性化送风（Personalized Ventilation）
原理：将处理好的新鲜空 气直接送至人员主要活动 区，同时人可调节送风参 数，实现有限区域个性化。
特点：个性化调节；直接 控制呼吸区，无需全部区 域的控制；通风效率高， 通风量、能耗小。
42
根据通风气流的目的，气流分布的 评价分为三个方面 通风有效性 排污有效性 能量利用有效性与热舒适
43
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
44
1、空气龄(Air Age)
最早于20世纪80 年代由Sandberg 提出。
定义：指送风到 达房间某点的时 间。
实际意义：旧空 气被新空气代替 的速度。
输入和平衡分配； 在噪声和污染严重地区，不适用； 安全隐患，应预先采取措施； 不适用恶劣气候地区； 需要居住者自己调节，麻烦； 未对进口空气过滤、净化； 所需空间较大，受到建筑形式的限制。
24
三、机械通风（Mechanical Ventilation）
定义：指利用机械手段（风机、风扇等）产 生压力差来实现空气流动的方式。
＝ 2P＝ 2P
通过的空气量：
G F＝F 2P
关键因素： F、P
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0.2%
20.6
12
8.5
2413.5
58.6
34.2
24.1
106.9
62.3
44
实际上，人体在静坐至重劳动状态，肺通气量为： 11.6~80.4 L/min人，即0.7~ 4.8 m3/h人 (实际为一半)
27
一. 通风量、气流分布与室内环境
新风通风换气量
决定因素
个性化送风：局部保障法
满足不同个体的特殊性要求 工位送风，独立可调
19
机械通风的气流组织形式
三种典型的送风形式
混合通风 置换通风 个性化送风
20
Fanger 教授的比方：
混合通风
置换通风 或
个体送风
21
混合通风的气流形式
上送上回
上送下回
下送下回
侧送上下回
22
理想的气流分布形式
两种典型的理想气流分布
第六章
通风与气流组织
清华大学 建筑学院 建筑技术科学系
1
气流组织对室内环境质量的意义
气流组织的定义
狭义：机械通风的送回风的搭配形式 广义：一定的送风口形式和送风参数所带
来的室内气流分布(Air Distribution)
送风参数：风量、风速的大小和方向以及风 温、湿度、污染物浓度等
气流组织的重要性：
保证室内热湿环境和保证空气品质
2
本章内容
室内空气环境营造方法 室内空气环境的评价指标 主要评价指标的测量方法
3
室内空气环境营 造方法
4
室内空气环境的基本要求
满足室内人员对新鲜空气的需求
保证主观感受的满意度
保证室内人员的热舒适
保证温湿度、风速要求
保证室内污染物不超标
各种污染物需要被稀释和移除
[(
i out
i in
)hi
g ]1 / 1.5
热 压
小中和面
引
起
12
的风 自压 然作 通用 风下
13
风压作用下的自然通风
往往采用CFD或 风洞模型实验的方法 求取K值。
风压系数
Pf
Pf
K
2 w
2
w
14
风洞模型实验
15
风压和热压的联合作用下的 自然通风
Pb
Pxb
Kb
2 w
2
w
Pxa
hg(w
室内污染物允许浓度 室外污染物浓度 室内污染物发生量：发生量已知否？？？
室内污染物产生对换气量的要求
人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数 为指标确定换气量
消除烟臭的要求根据吸烟量确定 污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测，
通风量的确定仍然是需要研究的问题。
28
一. 通风量、气流分布与室内环境
n
)
K
b
2 w
2
w
w
Kb
Pxb
b
tw w
Pa
Pxa
Ka
2 w
2
w
a Ka
h
tn n Pxa
16
常见的自然通风的形式
中庭通风
空气从 下面的 开口进 入
由于受热， 气流上升
中间隔断尽可能小
风井通风
单面通风
高度，h 高度，h
穿堂风最大深度 5m
穿堂风 Cross ventilation
17
机械通风
利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来 实现空气流动的方式
均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样 活塞流动
实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要 复杂得多
23
室内空气环境的评 价指标
一. 通风量、气流分布与室内环境 二. 理想稀释与置换时的描述参数 三. 送风有效性的描述参数 四. 污染物排除有效性的描述参数 五. 空气扩散性能与均匀指标
24
一. 通风量、气流分布与室内环境
5
室内空气环境营造的方法
通风
基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等
空气调节
多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、 空气成分、气味等
污染严重：直流式系统（即机械通风系统） 污染不很严重：部分回风系统
6
通风是最基本的方法
功能
对污染物与热污染进行移除
通风的方式
自然通风 机械通风
稀释法（均匀混合） 置换法（活塞置换） 局部保障法（个性化送风）
7
自然通风
利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流 动而进行的通风换气方式
优点
不消耗动力或消耗很少的动力，节能 可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质 不需要专用机房，不需要专门维护 可以带来较宽的舒适范围
局限性
受建筑设计限制，难以控制总通风量 难以保证新风在室内得到合理的分布 室外污染严重（包括噪声）时不适用 气候条件不适合时不适用 往往需要居住者进行通风口的调节
9
热压通风
Pb (Pa ) Pb Pa gh( w n )
b
w
n h
a
10
热压通风的基本概念
b
余压
h2
o
中和面
o
h1
a
11
H h
余压
的自 多层 Lia (total)
Fdi
[
(
i out
(1
i )H l
1 m 1.5
)
i
g ]1 / 1.5
然建
通筑
大中和面
风的
Lia
Fdi
hi Zi
26
一. 通风量、气流分布与室内环境
新风通风换气量
常用民用建筑新风量范围 以坐为主、少吸烟、久逗留场所
活动 强度
静坐 极轻 轻 中等 重
CO2 发生量 （m3/h.人）
0.0144 0.0173 0.023 0.041 0.0748
不同 CO2 允许浓度下必须的新风量（m3/h.人）
0.1%
0.15%
通风量与 IAQ的关系
25
一. 通风量、气流分布与室内环境
通风量与 IAQ的关系
美国(欧洲)对学校，办公室的最新研究表明 新风量与SBS之间有着一定的关系，当新风量 小于36 m3/h人时，SBS 问题变得显著。
关于人体代谢污染的问题，第一印象 (First Impres sion) 使 80%的人能够满意的最小新 风量是 27 m3/h人，对于已适应了室内环境的 90%的人能够满足的最小新风量只需 9 m3/h 人。
优点：可控制性强
可通过调整通风设备控制风量 可通过调整风口、风量等控制室内气流分布
局限性：成本高
需要消耗能源 初投资和运行费都比较高 需要维护管理 设备需要占据空间，并可能带来噪声
18
机械通风气流组织形式
混合通风：稀释法
追求均匀的室内环境 混合后的空气可能已被污染
置换通风：置换法
保证人员呼吸区的环境要求 下送风，新鲜气流先送入工作区
8
自然通风
基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会
有空气流过开口。流过的风速为： P
＝ 2P＝ 2P
驱动力压差
热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差
风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的 压差
自然通风的分类
热压通风 风压通风 风压和热压的联合作用下的自然通风