第五章通风、空气调节工程及制冷设备

第五章通风、空气调节工程及制冷设备吉林建筑工程建筑装饰学院第一节建筑通风一、建筑通风任务和分类1．建筑通风的任务通风:就是把是室内被污染的空气直接或经净化后排至室外，把新鲜空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标准和满足生产工艺的需要注：1)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的空气清洁新鲜，并在一定程度上改善室内的气象参数——空气的温度、相对湿度和流动速度。为此，一般只需采取一些简单的措施，如通过窗孔换气、利用穿堂风降温、使用电风扇提高空气的流速等。在这些情况下，无论对进风或排风，都不进行处理.2)在工业生产的许多车间中，伴随着生产过程放散出大量的热、湿、各种工业粉尘以及有害气体和蒸气。这种情况下如不采取防护措施，势必恶化车间的空气环境，危害工人的健康，影响生产的正常进行，损坏机具设备和建筑结构；而且，大量的工业粉尘和有害气体排入大气，又必然导致大气污染，不仅影响广大人民的健康，也危及各种动、植物和农作物的正常生长；何况有许多工业粉尘和气体又是值得回收的原材料。这时通风的任务，就是要对工业有害物采取有效的防护措施，以消除其对工人健康和生产的危害，创造良好的劳动条件，同时尽可能对它们回收利用，化害为利，并切实做到防止大气污染。这样的通风叫做“工业通风”。2．通风分类按通风系统的作用范围不同，无论送风或排风，均可分为全面通风和局部通风两种方式；按通风系统的工作动力不同，建筑通风又可分为自然通风和机械通风两种。全面通风：是对整个车间或房间进行换气，以改变温、湿度和稀释有害物质的浓度，使作业地带的空气环境符合卫生标准的要求。局部通风：仅限于车间的个别地点或局部区域。局部送风的作用，是将新鲜空气或经过处理的空气送到车的局部地区，以改善该局部区域的空气环境；局部排风的作用，是将有害物在产生的地点就地排除，以防止其扩散。局部通风的优点：局部排风既能有效地防止有害物对人体的危害，又能大大减少通风量。防止有害物质向室内扩散的最有效措施，是将产生有害物质的工艺设备密闭起来，人在外边操作，并通过排风造成一定的负压，以控制有害物质从工作口及其它不严密处逸出，这种密闭装置称密闭罩。下图所示轮碾机的密闭罩就是一个实例。排风罩的形式：分为外部吸气罩和接受罩两种类型外部吸气罩：是借助于机械排风造成负压，将产生的有害物质吸入罩内。槽边吸气罩接受罩（伞形罩）净化或除尘：使空气中的粉尘与空气分离的过程称为含尘空气的净化或除尘。常用的除尘设备：旋风除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器及电除尘器等。有害气体的净化：消除有害气体对人体及其它方面的危害，叫做有害气体的净化。净化有害气体的设备有各种吸收塔、活性炭吸附器等。高空排放：在有些情况下，由于受到技术经济条件的限制，不得不将未经净化或净化不完善的废气直接排入高空，通过在大气中的扩散进行稀释，以使降落到地面的有害物质的浓度不超过卫生标准中规定的“居住区大气中有害物质最高容许浓度”，这种处理方法称为有害气体的高空排放。排风罩的实物图局部排风系统的排风罩二、自然通风自然通风：是借助于自然压力——“风压”或“热压”促使空气流动的，而机械通风则是依靠风机产生的压力强制空气流动。风压：就是由于室外气流（风力）造成室内外空气交换的一种作用压力。在风压作用下，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及侧面上的门、窗孔口排出。风压作用的自然通风热压：由于室内外空气的温度不同而形成的重力压差。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，室内空气的密度小则从上部的窗口排出。热压作用的自然通风二、自然通风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，它不消耗电能，而且往往可以获得巨大的换气量，应用非常广泛。利用风压和热压的自然通风（2）管道式自然通风管道式自然通风：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。管道是自然通风应用限制：这种自然通风系统的作用范围（主风道的水平距离）不能过大，用于排风时一般不超过8m，用于热风采暖时不超过20~25m。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（为增大热压用）（3）渗透通风渗透通风：在风压、热压以及人为形成的室内正压或负压的作用下，室内外空气通过围护结构的缝隙进入或流出房间的过程叫做渗透通风。渗透通风的缺点就按：既不能调节换气量，也不能有计划地组织室内气流的方向，因此只能作为一种辅助性的通风措施。自然通风的有缺点：优点：不需要动力设备，因此比较经济，使用管理也比较简单。缺点：其一，除管道式自然通风用于进风或热风采暖时可对空气进行加热处理外，其余情况由于作用压力较小，故对进风和排风都不能进行任何处理；其二，由于风压和热压均受自然条件的约束，因此换气量难以有效控制，通风效果不够稳定。2．自然通风的作用原理如果建筑物外墙上的窗孔两侧存在着压力差ΔP，则压力较高一侧的空气势必通过窗孔流到压力较低的一侧。式中△P——窗孔两侧的压力差（Pa）；v——空气通过窗孔时的流速（m/s）；ρ——空气的密度（kg/m3）；ζ——窗孔的局部阻力系数，其值与窗的构造有关，详见附录C-1。上式改写为式中F——窗孔的面积（m2）。22vPPLG2（1）热压作用下的自然通风注：1）热压作用下的自然通风的作用压力，亦即进风窗孔和排风窗孔两侧压差的绝对值之和，与两窗孔的高差以及室内外空气的密度差有关，通常hg(ρw－ρn)将称为热压。显然，室内外温差愈大、两个窗孔之间的高差愈大，则产生的热压就愈大2）当室内外空气的温度一定时，上下两个窗孔的余压差与该两窗孔的高差成线形比例关系。余压值从进风窗的负值增大到排风窗孔的正值，在0-0平面上，余压等于零，通常将这个平面称为中和面。如果在车间外墙的该标高处开设窗孔，则不会发生空气的流动。若将中和面作为基准面，则各窗孔的余压为：窗孔窗孔式中Pxa、Pxb——窗口、的余压（Pa）；Px0——中和面的余压()；h1、h2——窗孔、至中和面的距离(m)。)()'()'(nwaabbhgPPPPP热压作用下的自然通风亦即式中ΔPa、ΔPb——窗孔和的内外压差或称余压（窗内压力减去窗外压力），窗孔a风，窗孔b排风,——重力加速度（m/s2）。余压沿车间高度的变化)(nwabhgPP0)'(bbbPPP0)'(bbbPPP)()(220nwnwxxbghghPP)()(110nwnwxxaghghPP（2）风压作用下的自然通风建筑物外围结构上各点的风压值可按下式表示：式中——空气动力系数；——室外空气流速(m/s)；——室外空气密度(kg/m3)。注：K值为正，说明该点的风压为正值，值为负，风压为负值。不同形状的建筑物在不同方向的风力作用下，空气动力系数的分布是不同的，可通过实验来确定。如果在建筑物外围结构上风压值不同的两个部位开设窗孔，则处于位置的窗孔将进风，而处于位置的窗孔则排风。（3）热压与风压同时作用下的自然通风在热压与风压同时作用下，建筑物外围结构上各窗孔的内外压差值，应综合考虑热压和风压的作用。对于迎风面上的窗孔，有利于进风而不利于排风；对于背风面和侧面上的窗孔，则有利于排风而不利于进风。3．自然通风的计算（1）计算车间的全面通风量式中G——质量流量(kg/s)；Q——室内余热（指显热）量(kJ/s)；c——空气的定压比热，可取kJ/kg·℃；tp——车间上部的排风温度(℃)；tj——车间的进风温度，即外界空气温度(℃)；222wwfvKP)(jpttcQG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，表明实际进入作业地带并影响该处温度的热量与车间总余热量的比值，可查阅有关资料来确定，概略计算时可按车间内热源占地面积的百分数来估定，见表5-1。f/F0.050.10.20.30.4m0.350.420.530.630.7根据热源占地面积估定值（2）确定进、排风窗孔的位置，分配各窗孔的进、排风量（3）计算各窗孔的内外压差和窗孔面积4．进风窗和避风天窗（1）进风窗进风窗的安装位置：对于单跨车间，进风窗应设在车间外墙上。在集中供暖地区，最好设有上、下两排，下排进风窗供夏季使用，其窗沿距车间地平一般为1.0m左右，以使外部新鲜空气能直接进入工作地点；上部进风窗供冬季使用，窗沿高度不宜低于4.0m，以防止冷空气直接吹到工作地点。mttttwdwp（2）避风天窗热压作用的自然通风，天窗都是用来排风的，为了避免当风向朝向天窗时，减少天窗的排风能力，经常要求把天窗做成避风天窗。避风天窗本质就是利用风压的原理进行设计，它不论风向如何，天窗附近总是产生“负”风压。（a)矩形天窗（b)折线形天窗筒形风帽避风风帽：具有一定自然压头（负风压）的排风口。可用于自然局部排风系统的排出口或装于屋顶上作房间全面通风的排风用。三、机械通风1.局部机械通风局部机械通风包括局部排风和送风。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—风机；6—排风帽；7—排风处理装置局部机械送风系统2．全面机械通风如图所示通过机械排风造成一定的负压，可防止有害物向卫生条件较好的邻室扩散。全面机械排风系统2．局部机械排风示意图4风机1排风罩5风帽1排风罩2风管有害气体室外大气3净化设备如图，在风机4的动力作用下，排风罩（或排风口）1将室内污染空气吸入，经管道2送入净化设备3，经净化处理达到规定的排放标准后，通过风帽5排到室外大气中2．全面机械通风下图是对进风进行过滤和加热处理的全面机械送风系统示意图。通常将各种处理设备集中设在一个称为进风室的专用房间里。全面机械送风系统1—百页窗；2—保温阀；3—过滤器；4—空气加热器；5—旁通阀；6—启动阀；7—风机；8—风道；9—送风口；10—调节阀机械通风的优缺点：优点：1）不受到自然条件的限制，可以通过管道把空气送到室内指定的地点，也可以从任意地点按要求的吸风速度排除被污染的空气，适当地组织室内气流的方向；2）根据需要可以对进风或排风进行各种处理；3）便于调节通风量和稳定通风效果。缺点：1）风机运转时消耗电能；2）风机和风道等设备要占用一定的建筑面积和空间，因而工程设备费和维护费较大，安装和管理都较为复杂。机械送风系统图四、通风系统的主要设备和构件1．室内送、排风口室内送风口是送风系统中的风道末端装置，由送风道输送来的空气，通过送风口以适当的速度分配到各个指定的送风地点。两种最简单的送风口（a）风管侧送风口；（b）插板式送、吸风口百叶式送风口百叶式风口，可以在风管上、风管末端或墙上安装。其中双层百叶式风口不但可以调节出口气流速度，而且可以调节气流的角度。（a）单层百叶送风口；（b）双层百叶送风口1．室内送、排风口排风口则要根据有害物的分布规律设在室内浓度最大的地方。具体作法如下：（1）排除余热和余湿时，采取下送上排的气流组织方式，即将新鲜空气送到车间下部的工作地带，吸收余热和余湿后流向车间上部，由设在上部的排风口排出。（2）利用全面通风排除有害气体时，排风口的位置应根据下述不同的情况来确定（3）对于用局部排风排除粉尘和有害气体而又没有大量余热的车间，用以补偿局部排风的机械送风系统，宜将新鲜空气送至上部地带。2．风道（1）风道材料和风道截面积的确定风道截面积，可按下式确定：式中F——风道截面积(m2)；L——通过风道的风量(m3/h)；v——风道中的风速(m/s)。类别管道材料干管支管工业建筑机械通风薄钢板6～142～8工业辅助及民用建筑砖、混凝土等4～122～6风道中的空气流速(m/s)vLF3600不同类型的风道（2）风道的布置风道布置原则：在居住和公共建筑中，垂直的砖风道最好砌筑在墙内，但为避免结露和影响自然通风的作用压力，一般不允许设在外墙中而应设在间壁墙里。相邻两个排风或进风竖风道的间