建筑设备第10章-通风及防排烟课件.ppt
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1、第10章通风及防排烟 10.1建筑通风概述建筑通风概述 10.2自然通风自然通风 10.3 机械通风机械通风 10.4 通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件 10.5 建筑防排烟系统建筑防排烟系统通风是改善室内空气环境的一种重要手段。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。保持室内的空气环境符合卫生标准的需要。这一过程就叫“通风”。由此可见,通风包括从室内排除污浊的空气和向室内补充新鲜的空气两个方面。其中,前者称为“排风”,后者称为“送风”或“进风”。为实现排风或送风而采用的一系列设备、装置的总体,称为“通风系统”。10.1建筑通风概述建筑通风概述10.
2、1.1建筑空间空气的卫生条件建筑空间空气的卫生条件1.建筑通风的意义建筑通风的意义一般的民用建筑和一些发热量小而且污染轻微的小型工业厂房,通常只要求保持室内空气新鲜清洁,并在一定程度上改善室内空气温湿度和流速。这种情况下往往通过门窗换气、穿堂风降温等手段就能满足要求,不需要对进排风进行处理。10.1建筑通风概述建筑通风概述许多工业生产厂房中,工艺过程可能散发大量热、湿、各种工业粉尘以及有害气体和蒸汽。这些污染物若不能排除,必然危害工作人员的身体健康,影响正常生产过程与产品质量,损坏设备和建筑结构。此外,大量工业粉尘和有害气体排入大气,势必导致环境污染,但又有许多工业粉尘和气体是值得回收的原材料
3、。因此,通风的任务就是用新鲜空气代替生产过程中的危害物质,并尽可能对污染物进行回收,化害为宝,防止环境污染。这种通风过程称为“工业通风”,一般必须使用机械手段才能进行。10.1建筑通风概述建筑通风概述2.建筑空间空气的卫生条件建筑空间空气的卫生条件(1)室内空气的温度温度是反映空气冷热程度的状态参数。人体与周围环境之间存在着热量传递,在建筑通风设计计算时应根据当地气候条件、建筑物类型、服务对象等条件选取适宜的室内计算温度。(2)相对湿度反映了湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。人体在气温较高时会蒸发更多的水分,这时相对湿度便十分重要。相对湿度的设计极限应该从人体生理需求和承受能力来确定。在某些生
4、产车间设计中,相对湿度还应兼顾生产工艺的特殊要求。10.1建筑通风概述建筑通风概述(3)气流流速气流流速是影响人体对流散热和水分蒸发的主要因素之一,气流流速过大会引起吹风感,产生不舒适感觉;而气流流速过小会产生闷气、呼吸不畅的感觉。气流流速的大小还直接影响人体皮肤与外界环境对流换热效果,流速增大,对流换热速度加快;流速减慢,对流换热速度减小。此外,空气洁净度等对人体生理也有一定的影响。应该说明,建筑空间中众多空气的各种物理参数之间是相互关联的,我国颁发的GBZ 12010工业企业设计卫生标准对室内空气温度、流速和相对湿度作了规定。10.1建筑通风概述建筑通风概述3.污染物的主要来源污染物的主要
5、来源在以人为主的室内环境中,污染物主要包括以下三个方面:1)人体新陈代谢中产生的CO2、皮肤表面的代谢产物。2)建筑材料中挥发出的有害物,如苯类、醛类等有机物质。3)周围土壤中存在的氡等放射性物质以及室外大气中存在的灰尘、SO2等。10.1建筑通风概述建筑通风概述10.1.2通风系统的分类通风系统的分类为排风和送风设置的管道及设备等装置分别称为排风系统和送风系统,统称为通风系统。根据空气流动的动力不同,通风系统可分为自然通风和机械通风两种;根据系统作用范围分为全面通风和局部通风两种。1.自然通风自然通风自然通风是依靠室内外空气的温度差(实际是密度差)造成的热压,或者是室外风造成的风压,使房间内
6、外的空气进行交换,从而改善室内的空气环境。10.1建筑通风概述建筑通风概述风压作用下的自然通风是利用室外空气流动(风力)的一种作用压力造成的室内外空气交换。在它的作用下,室外气流遇到建筑物时,动压转变为静压,在不同朝向的围护结构外表面上形成风压差。在迎风面上产生正压而背风面上产生负压。室外空气通过建筑物迎风面上的门、窗、孔口进入室内,室内空气则通过背风面上的门、窗、孔口排出,如图10-1所示。热压作用下的自然通风是利用室内外空气温度的不同而形成的重力压差造成的室内外空气交换。当室内空气的温度高于室外时,室外空气的密度较大,便从房屋下部的门、窗、孔口进入室内,室内空气则从上部的窗口排出,如图10
7、-2所示。10.1建筑通风概述建筑通风概述风压作用下的自然通风是利用室外空气流动(风力)的一种作用压力造成的室内外空气交换。在它的作用下,室外气流遇到建筑物时,动压转变为静压,在不同朝向的围护结构外表面上形成风压差。在迎风面上产生正压而背风面上产生负压。室外空气通过建筑物迎风面上的门、窗、孔口进入室内,室内空气则通过背风面上的门、窗、孔口排出,如图10-1所示。图10-1风压作用的自然通风10.1建筑通风概述建筑通风概述热压作用下的自然通风是利用室内外空气温度的不同而形成的重力压差造成的室内外空气交换。当室内空气的温度高于室外时,室外空气的密度较大,便从房屋下部的门、窗、孔口进入室内,室内空气
8、则从上部的窗口排出,如图10-2所示。图10-2热压作用的自然通风10.1建筑通风概述建筑通风概述管道式自然通风是依靠热压通过管道输送空气的另一种有组织的自然通风方式。集中采暖地区的民用和公共建筑常用这种方式作为寒冷季节里的自然排风措施,或做成热风采暖系统,如图10-3所示。同时,利用风压和热压,以及无风时只利用热压进行全面换气,是对高温车间防暑降温的一种最经济有效的通风措施,如图10-4所示。自然通风不需要另外设置动力设备,不消耗电能,对于有大量余热的车间,是一种经济、有效、节能的通风方法,使用管理也比较简单。而且往往可以获得巨大的换气量,因此应优先采用这一种通风方式。10.1建筑通风概述建
9、筑通风概述自然通风的缺点是,无法处理进入室内的室外空气,也难于对从室内向室外排出的污浊空气进行净化处理;其次,自然通风受室外气象条件影响,通风效果不稳定。图10-4利用风压和热压的自然通风图10-3管道式自然通风系统1排风管道2送风管道3进风加热设备4排风加热设备10.1建筑通风概述建筑通风概述2.机械通风机械通风通过风机作用使空气流动,造成房间通风换气的方法称为机械通风。由于风机的风量和风压可根据需要确定,这种通风方法能保证所需要的通风量,控制房间内的气流方向和速度,并可对进风和排风进行必要的处理,使房间空气达到所要求的参数,且通风效果不会受到影响。因此,机械通风方法得到了广泛应用。机械通风
10、可划分为局部通风和全面通风两种。局部通风系统的作用范围仅限于个别地点或局部区域,包括局部排风系统和局部送风系统两种。10.1建筑通风概述建筑通风概述局部排风系统是指在局部工作地点将污浊空气就地排除,以防止其扩散的排风系统。它由局部排风罩、排风管道、空气净化装置、排风机、排风柜等部分组成,如图10-5所示。图10-5局部机械排风系统1工艺设备2局部排风罩3排风柜4风道5排风机6排风帽7排风处理装置10.1建筑通风概述建筑通风概述局部送风系统是指向局部地点送入新鲜空气或经过处理的空气,以改善该局部区域的空气环境的系统。它又分为系统式和分散式两种。系统式局部送风系统可以对进出的空气进行加热或冷却处理
11、,如图10-6所示;分散式局部送风一般采用循环的轴流风扇。图10-6局部机械送风系统10.1建筑通风概述建筑通风概述全面通风系统是对整个房间进行通风换气,用新鲜空气把整个房间的有害物浓度冲淡到最高允许浓度以下,或改变房间内的温度、湿度。全面通风所需的风量大大超过局部通风,相应的设备也较庞大。全面通风分为全面送风、全面排风和进风与排风都有的联合通风三大类。10.1建筑通风概述建筑通风概述全面机械进风系统由进风百叶窗、过滤器、空气加热器(冷却器)、通风机、送风管道和送风口等组成,如图10-7所示。通常把进风过滤器、加热设备或冷却设备与通风机集中设于一个专用的房间内称为“通风室”。这种系统适用于有害
12、物发生源比较分散,并且需要保护的面积比较大的建筑物。全面机械排风系统由排风口、排风管道、空气净化设备等组成,适合比较分散的场合,如图10-8所示。联合通风是指机械通风和自然通风相结合的通风方式。10.1建筑通风概述建筑通风概述图10-7全面机械送风系统1百叶窗2保温阀3过滤器4空气加热器5旁通阀6起动阀7通风机8风道9送风口10调节阀图10-8全面机械排风系统10.1建筑通风概述建筑通风概述10.1.3通风方式的选择通风方式的选择散发热、蒸汽或有害物质的建筑物宜采用局部排风。当局部排风达不到卫生要求时,应辅以全面排风或采用全面排风。设计局部排风或全面排风时,宜采用自然通风。当自然通风达不到卫生
13、或生产要求时,应采用机械通风或自然与机械的联合通风。民用建筑的厨房、厕所、盥洗室和浴室等宜设置自然通风或机械通风进行局部排风或全面换气。普通民用建筑的居住、办公用房等宜采用自然通风;当其位于严寒地区或寒冷地区时,尚应设置可开启的外窗进行定期换气。10.1建筑通风概述建筑通风概述设置机械通风的民用建筑和生产厂房以及辅助建筑中要求清洁的房间,当其周围空气环境较差时,室内应保持正压;当室内的有害气体和粉尘有可能污染相邻房间时,室内应保持负压。设置集中采暖且有排风的建筑物应考虑自然补风(包括利用相邻房间的清洁空气)的可能性。当自然补风达不到室内卫生条件、生产要求或技术经济不合理时,宜设置机械送风系统。
14、可能突然散发大量有害气体或有爆炸危险气体的生产厂房应设置事故排风装置。10.2自然通风自然通风自然通风不需要另外设置动力设备,是一种经济节能的通风方式,应优先采用,只有在自然通风不能达到卫生和条件要求时才采用机械通风。例如,在某些平炉车间和轧钢车间,自然通风量可高达4.61103m3/s。余热量较大的热车间常用自然通风进行全面换气,降低室内空气温度。由于自然通风的效果取决于建筑结构和室外环境,因此有效的自然通风系统需要经过精心的研究和设计,才能使自然通风基本上按照预想的模式运行。10.2自然通风自然通风10.2.1自然通风的作用原理自然通风的作用原理对于一幢建筑或者一间房间,如果它有两个开口(
15、门或窗等),而且空气在每个开口的两侧压力不相同,那么在压差p的作用下,压力较高一侧的空气势必通过窗孔流到压力较低的一侧,而且可以认为压力差p全部消耗在克服空气流过窗孔的阻力上。即因此,通过窗孔的空气流量为10.2自然通风自然通风式中p窗孔两侧的压力差,单位为Pa;v空气通过窗孔时的流速,单位为m/s;空气的密度,单位为kg/m3;窗孔的局部阻力系数,与窗的类型、构造有关;A窗孔的面积,单位为m2。10.2自然通风自然通风可见,窗孔两侧的压差p、窗孔的面积A和窗孔的构造是通过窗孔空气量大小的决定因素,如果窗孔的类型和大小一定,通过的风量就随p的增加而增加。下面就对p产生的原因和提高途径进行分析。
16、1.室内外温差作用下的自然通风室内外温差作用下的自然通风如图10-9所示,在建筑外围护结构的不同高度处有两个开口a与b,它们的高差为h。假设室内温度为tn,密度为n,室外温度为tw,密度为w,且有tntw即n0时,空气由开口a(b)流出,反之则流入。现假设pa=0pb=(pan-ngh)-(paw-wgh)=pa+gh(w-n)=gh(w-n)0 (10-5)式中g重力加速度。图10-9热压作用下的自然通风10.2自然通风自然通风由式(10-5)可知,当pa=0时,pb=gh(w-n)0,说明当室内外空气存在温差时,只要开启窗孔b,空气便会从内向外排出。随着空气向外流动,室内静压逐渐降低,使得
17、panpaw,即papb),窗孔中心平面上的余压为px。因为没有热压的作用,室内各点的余压均保持相等。如果只开启窗孔a,关闭窗孔b,不管窗孔a内外的压差如何,由于空气的流动,室内的余压px逐渐升高,当室内的余压等于窗孔a的风压时(pa=px),空气停止流动。如果同时打开窗孔a和b,由于papb,pa=px,所以pxpb,空气将从窗孔b流出。随着空气的向外流动,室内的余压px下降,这时papx,室外空气由窗孔a流入室内。一直到窗孔a的进风量等于窗孔b的排风量时,px才保持稳定。10.2自然通风自然通风3.热压与风压共同作用下的自然通风热压与风压共同作用下的自然通风当某一建筑物的自然通风是依靠风压
18、和热压共同作用来完成时,外围结构上各窗孔的内外空气压力值应该是各窗孔的余压与室外风压之差。设有一建筑,室内温度高于室外温度。当只有热压作用时,室内外的压力分布如图10-13a所示;图10-13热压与风压作用下的自然通风a)只有热压作用b)只有风压作用c)热压与风压联合作用10.2自然通风自然通风当只有风压作用时,迎风面与背风面的室外压力分布如图10-13b所示,其中虚线为未考虑温度影响的室内压力线;当热压与风压联合作用时,室内外的压力分布如图10-13c所示。图10-13热压与风压作用下的自然通风a)只有热压作用b)只有风压作用c)热压与风压联合作用10.2自然通风自然通风由此可以看到,当tn
19、tw时,在下层迎风面进风量增加了,下层的背风面进风量减少了,甚至可能出现排风;上层的迎风面排风量减少了,甚至可能出现进风,上层的背风面排风量加大了。由于室外的风速及风向均是不稳定因素,且无法人为地加以控制,因此,在进行自然通风的设计计算时,按照GB 507362012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范规定,对于热压的作用必须定量计算;对于风压的作用仅定性地考虑其对通风的影响,不予计算。虽然如此,仍应了解风压的作用原理,考虑它对通风空调系统运行和热压作用下的自然通风的影响。10.2自然通风自然通风10.2.2建筑设计与自然通风建筑设计与自然通风如前所述,虽然自然通风在大部分情况下是一种经济有效的
20、通风方式,但是它同时又是一种难以进行有效控制的通风方式。由于它受到气象条件、建筑平面规划、建筑结构形式、室内工艺设备布置、窗户形式与开窗面积、其他机械通风设备等许多因素的影响,因此在确定通风房间的设计方案时,规划、建筑、工艺及通风各专业应密切配合、相互协调、综合考虑、统筹布置。10.2自然通风自然通风1.建筑总平面规划建筑总平面规划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,不宜小于45,同时,应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。应将建筑纵轴尽量布置成东西向,尤其在炎热地区。为了保证厂房有足够的进风窗孔,不宜将过多的附属建筑布置在厂房四周,特别是厂房的迎风面。当采用
21、自然通风的低矮建筑物与较高建筑物相邻接时,为了避免风压作用及高大建筑物周围形成的正、负压对低矮建筑正常通风的影响,各建筑物之间应保持适当的比例关系。10.2自然通风自然通风2.建筑形式的选择建筑形式的选择建筑物高度对自然通风有很大的影响,随着建筑物高度增加,室外风速随之增加。而门窗两侧的风压差与风速平方成正比。另一方面,热压与建筑物高度也成正比。因此,自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物高度的增加而增强。这对高层建筑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。10.2自然通风自然通风如果迎风面和背风面的外
22、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,室外气流就能横贯整个车间,形成所谓的“穿堂风”,如图10-14所示。穿堂风的风速较大,有利于人体散热。一般民用建筑广泛采用穿堂风。图10-14穿堂风10.2自然通风自然通风对于多跨车间,应将冷、热源间隔布置,避免热跨相邻,如图10-15所示,使冷跨位于热跨中间,冷跨天窗进风而热跨天窗排风。图10-15多跨车间的自然通风10.2自然通风自然通风3.工艺布置工艺布置1)以热压为主进行自然通风的厂房应将散热设备布置在天窗的下部。2)在多层建筑中,应将散热设备尽量放在最高层。3)散热量大的热源应尽量布置在厂房外面,且布置在夏季主导风向的下风向。布
23、置在室内的热源应采取有效的隔热降温措施。10.2自然通风自然通风4.进风窗、避风天窗与风帽进风窗、避风天窗与风帽(1)进风窗的布置与选择1)对于单跨厂房进风窗应设在外墙上,在集中供暖地区最好设上、下两排。2)自然通风进风窗的标高应根据其使用的季节来确定:夏季通常使用房间下部的进风窗,其下缘距室内地坪的高度一般为0.31.2m,这样可使室外新鲜空气直接进入工作区;冬季通常使用车间上部的进风窗,其下缘距地面不宜小于4m,以防止冷风直接吹向工作区。10.2自然通风自然通风3)夏季车间余热量大,因此下部进风窗面积应开得大一些,宜用门、洞、平开窗等;冬季使用的上部进风窗面积应小一些,宜采用下悬窗扇,向室
24、内开启。(2)避风天窗天窗分普通天窗和避风天窗,其主要差别是前者无挡风板。在风的作用下,普通天窗产生倒灌,故不适用于散发大量余热、粉尘和有害气体的车间使用,仅适用于以采光为主的较清洁的厂房。避风天窗的空气动力性能良好,天窗排风口不受风向的影响,一般均处于负压状态,故能稳定排风、防止倒灌。10.2自然通风自然通风用于冶金、化工、加工等工业厂房的天窗通常冬夏没有调节要求,故应选用无窗扇的避风天窗;对于需要防风沙或有调节风量要求的厂房,宜选用带有调节窗扇的避风天窗;对位于我国多雨地区的厂房,其天窗结构应有防雨措施。除上述外,还应考虑工艺特点、结构复杂程度、空气动力性能和造价等。由于风的作用,普通排风
25、天窗迎风面窗孔会发生倒灌,可以在天窗上增设挡风板,保证排风天窗在任何风向下都处于负压区以利于排风,这种天窗称为避风天窗。常用的避风天窗有以下几种:10.2自然通风自然通风1)矩形避风天窗,如图10-16所示,挡风板常用钢板、木板或木棉板等材料制成,两端应封闭。图10-16矩形避风天窗挡风板上缘一般应与天窗屋檐高度相同,与天窗窗扇之间的距离为天窗高度的1.21.3倍。这种天窗采光面积大,当热源集中布置在车间中部时,便于热气流迅速排出。其缺点是建筑结 构 复 杂,造 价 高。挡 风 板 下 缘 与 屋 顶 之 间 的 距 离 为50100mm,用于排除屋面水。10.2自然通风自然通风这种天窗采光面
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