自然通风设计计算方法及施工工艺

（一）自然通风系统的形式

自然通风是借助于“风压”或“热压”自然压力促使空气流动的，它是一种比较经济的通风方式，不消耗动力，可以获得巨大的通风换气量，它有以下几种形式：

1.有组织的自然通风

在热压作用的自然通风和风压作用的自然通风两种自然通风方式中，空气是通过建筑围护结构的门、窗孔口进出房间的，可以通过设计计算获得需要的空气量，也可由通风管上的调节阀门以及窗户的开度控制风量的大小，因此成为有组织的自然通风。

2.管道式自然通风

管道式自然通风是依靠热压通过管道输送空气的一种有组织的自然通风。室外空气从进风口进入室内，经加热处理后由送风管道送至房间，热空气散热冷却后，从各房间下部的排风口经排风道由屋顶排风口排出室外。它常用于集中供暖的民用和公共建筑物中。

3.渗透通风

在风压、热压的作用下，室内外空气通过围护结构的缝隙进入和流出房间的过程叫渗透通风。它既不能调节换气量，也不能组织室内气流方向，只能作为一种辅助性的通风措施，不能作为唯一的通风措施单独使用。

（二）自然通风的作用原理

当建筑物外墙上的窗孔两侧存在压力差时，就会有空气流过该窗孔，设空气流过窗孔的阻力为 PΔ 。

式中 PΔ—窗孔两侧压力差，Pa；

ρ—空气的密度，kg/m3；

v—空气通过窗孔时的流速，m/s；

ξ—窗口的局部阻力系数。

通过窗口的空气量为

式中L—窗口的空气流量，m3/s；

F—窗口的面积，m2。

（三）自然通风的设计计算

自然通风的计算步骤和方法如下：

1.计算车间的全面通风量

式中L—车间的全面通风量，m3/s；

tp—车间的上部排风温度，℃；

tj—车间的进风温度，即外界空气温度，℃。

2.车间的排风温度确定

车间的排风温度，对于有强热源的车间，通常按下式确定：

式中tw—夏季通风室外计算温度，℃；

td—车间内作业地带的温度，℃；

m—有效热量系数，大小主要取决于热源的集中程度和热源布置，同时也取决于建筑物的某些几何因素。一般情况下，计算公式为：

m=m1×m2×m3

式中m1—根据热源占地面积f 和地板面积F 的比值确定的系数，见表4-1；

m2—根据热源高度确定的系数，见表4-2；

m3—根据热源的辐射散热量Qf和总散热量Q 的比值确定的系数，见表4-3。

表4-1　根据热源占地面积f 和地板面积F 的比值确定的系数m1值

表4-2　根据热源高度确定的系数m2值

3.进排风窗孔面积确定(www.xing528.com)

以图4-1　为例，在热压作用下，进排风窗孔的面积为：

式中　Δ Pa、 ΔP　b—窗孔a、b 的内外压差，Pa；

Ga、Gb—窗孔a、b 的空气流量，kg/s；

μa、 μb—窗孔a、b 的流量系数；

表4-3　根据热源的辐射散热量Qf和总散热量Q 的比值确定的系数m3值

ρw—室外空气的密度，kg/m3；

ρp—上部排风温度下的空气密度，kg/m3；

ρn—室内平均温度下的空气密度，kg/m3；

h1、h2：—中和面至窗孔a、b 的距离，m。

图4-1　余压沿车间高度的变化

从上式可看出，进排风窗孔面积之比是随中和面的位置的变化而变化的。若排风窗孔的面积增大，进风窗孔的面积减小，则中和面上移（即h1增大、h2减小）；反之亦然。在热车间一般都是采用上部天窗进行排风，而天窗的造价比侧窗要高，因此中和面的位置不宜选得太高。

（四）进风窗、避风天窗与风帽

1.进风窗

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。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0.3～1.2m，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4.Om，以防止冷风直接吹向工作区。夏季车间余热量大，下部进风窗面积应开设大一些，宜用门、洞、平开窗或垂直转动窗板等；冬季使用的上部进风窗面积应小一些，宜采用下悬窗扇，向室内开启。尤其是在窗口下沿高度小于4.Om 时，采用下悬窗更为有利。

2.避风天窗

在工业车间的自然通风中，往往依靠天窗（车间上部的排风窗）来排除室内的余热及烟尘等污染物。普通天窗往往在迎风面上发生倒灌现象，为了稳定排风，需要在天窗外加设挡板或采取特殊构造形式的天窗，以使天窗的排风口在任何风向时都处于负压区，这种天窗称为避风天窗。

常见的避风天窗有矩形天窗、下沉式天窗、曲线形天窗等多种形式。

（1）矩形天窗的挡风板常用钢板、木板或木棉板等材料制成，两端应封闭。挡风板上缘一般应与天窗屋檐高度相同。矩形天窗采光面积大，便于热气流排除，但结构复杂、造价高。

（2）下沉式天窗的部分屋面下凹，利用屋架本身的高差形成低凹的避风区。这种天窗无须专设挡风板和天窗架，其造价低于矩形天窗，但是不易清扫。

（3）曲（折）线形天窗是一种新型的轻型天窗。其挡风板的形状为折线或曲线形。与矩形天窗相比，其排风能力强、阻力小、造价低、质量轻。

3.避风风帽

避风风帽是在普通风帽的外围增设一周挡风圈。挡风圈的作用同挡风板相同。风帽多用于局部自然通风和设有排风天窗的全面自然通风系统中，一般安装在局部排风罩风道出口的末端和全面自然通风的建筑物屋顶上。风帽的作用在于使排风口处和风道内产生负压，防止室外倒灌并防止雨水或污物进入风道或室内。

（五）建筑设计与自然通风的配合

1.建筑形式的选择

（1）以自然通风为主的热车间，为增大进风面积，应尽量采用单跨厂房。

（2）余热量较大的厂房应尽量采用单层建筑，不宜在其四周建筑坡屋；否则，宜建在夏季主导风向的迎风面。

（3）如果车间内无高大障碍物阻挡，也不放散大量的粉尘和有害气体，且迎风面和背风面的开孔面积占外墙面积的25%以上时，尽可能采用“穿堂风”的通风方式。穿堂风布置形式广泛地用于民用和工业建筑中，是经济、有效的降温措施。开敞式厂房是应用穿堂风的主要建筑形式之一。应用穿堂风时，应将主要热源布置在夏季主导风向的下风侧。刮倒风时，热车间的通风效果会急剧恶化。

（4）热加工厂房的平面布置，应尽可能采用“L”形等形式。开窗部分应位于夏季主导风向的迎风面，而各翼的纵轴与主导风向成0°～45°。

2.厂房的总平面布置

（1）厂房纵轴尽量布置成东、西向，尤其是在炎热地区。厂房主要进风面一般应与夏季主导风向成60°～90°，不宜小于45°。厂房迎风面不宜布置过多的高大建筑物。

（2）当低矮建筑物与高大建筑物相邻时，为避免风压作用在高大建筑物周围形成的正、负压对低矮建筑物正常通风的影响，各建筑物之间应保持适当的比例关系。有关尺寸应符合表4-4中的要求。

表4-4　排风天窗或竖风管与相邻较高建筑外墙之间的最小距离

3.工艺设备的布置与自然通风

（1）工作区应尽可能布置在靠外墙的一侧，热源应尽量布置在天窗下部或下风侧，以便高温的污染空气顺利排至室外。

（2）在多层建筑厂房中，应将散热设备尽量放置在最高层。