042机械辅助式自然通风用于地下工程的探讨

机械辅助式自然通风用于地下工程的探讨北京建筑工程学院褚红蕊解国珍摘要自然通风是一种传统的通风方式，如今人们越来越重视这一气候适宜性技术。地下工程由于其特殊的环境，存在着潮湿问题，特别是在夏季时采用自然通风因为室外空气湿度大，通入地下室后易结露而不被看好。提出机械辅助自然通风不仅可以有效地避免结露问题，还可以保证地下工程具有良好的空气品质，为地下工程通风设计提供参考。关键词自然通风地下工程除湿结露DiscussiononNaturalVentilationwithMechanicalReversingDeviceforUndergroundEngineeringByChuHongruiXieGuozhenBeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitectureAbstractNaturalventilationisatraditionalventilation,andnowthereisagrowingemphasisontheclimatesuitabletechnology.Undergroundengineering’suniqueenvironmentwhereismoist,especiallywhenhumidoutdoorairthroughintoundergroundengineeringduringthesummereasilycondensate,sonaturalventilationiswithoutbeingoptimistic.Thepapershowedthenaturalventilationwithmechanicalreversingdevicecannotonlyeffectivelyavoidcondensationproblems,butalsoensuregoodairqualityforundergroundengineering.Thestudyprovidesareferenceforresearchanddevelopmentofventilationdesignforundergroundengineering.Keywordsnaturalventilationundergroundengineeringdehumidificationcondensation0引言随着人口数量的增加和人口流动性变快等特点，出现了越来越多的地下民用建筑。有些学校的宿舍和某些单位的职工宿舍都属于地下民用建筑。人们对地下室的室内要求也逐渐提高。在今天全球能源紧张、节能压力增大、空气品质（IAQ）恶化以及建筑综合征（SBS）等发生的情况下，自然通风显示了其特有的生命力。自然通风作为一种建筑节能的有效方式，被国内外大型工程所采用，例如：风压通风的典型实例伦佐·皮亚诺设计的芝贝欧（Tjibaou）文化中心，由MichaelHopkins+Partners设计利用热压进行通风的英国PortcullisHouse，利用热压和风压两者的英国莱彻斯特的蒙特福德大学女王馆，采用地下蓄水层的循环利用与自然通风相结合的诺曼·福斯特设计的德国新议会大厦【1】。我国济南奥林匹克体育中心也采取了自然通风设计。地下工程由于其特殊位置，有很多湿度来源，根据湿度的来源采取有效的处理措施。地下工程的自然通风是指利用自然界空气的流动及坑道内外空气的温差而进行；通风换气的一种方法。自然通风可改变地下工程内部的空气环境，使空气新鲜，利用得好，可从工程内部带走一定水分，干燥坑道．并且经济方便，节省劳动力与机械磨损。自然通风受到自然条件的限制，自然通风量不稳定，而且组织不好，可能造成工程潮湿。自然通风由于有以上特点，随着我国地下工程的日益增多，已引起人们的高度重视。1地下工程的特点我国各建筑气候典型城市的部分地下工程湿度环境调查结果【2】中地下旅馆湿度显示：辽宁冬季79±3.0%，夏季87.3±4.1%；北京夏季79.9±7.1%；四川冬季61±2%，夏季89±7%；安徽冬季84±9%，夏季92±5%；甘肃冬季29±1%,夏季32±5%。由数据可以看出除了甘肃湿度符合要求，其余各地都存在湿度过大问题，不利于人体健康。地下工程潮湿的原因有：1、壁面散湿：施工水分、地下水通过被覆层渗漏以及被覆层外的湿空气通过被覆层渗透。2、潮湿季节，坑外的热湿空气(即温度高、含湿量大的空气)进入温度较好的地下工程，当接触到低于它的露点温度的壁面和坑内空气时，就会在壁面结露，使坑内空气潮湿。当外界空气的含湿量大于工程内部时，进风就会给工程带进水分，使境内空气增湿，造成工程潮湿。3、敞开水面和潮湿表面的散湿。4、人体散湿。这些需要结合围护结构和日常管理来防潮除湿。常见的地下工程除湿方式有自然通风除湿、加热与通风去湿、固体吸湿剂除湿、液体降湿、氯化锂转轮除湿机除湿、冷冻降湿机除湿等【3】。本文主要论述自然通风除湿方式。2自然通风对地下工程的影响分析自然通风与空调系统相比，其可以在降低能源消耗的同时为室内引入新风，有利于人体生理和心理健康。自然通风在实现原理上有利用风压、利用热压、风压与热压相结合以及机械辅助通风等几种形式。现代人类对自然通风的利用已经不同于以前开窗、开门通风，而是综合利用室内外条件来实现。如根据建筑周围环境、建筑布局、建筑构造、太阳辐射、气候、室内热源等，来组织和诱导自然通风。在建筑构造上，通过中庭、双层幕墙、风塔、门窗、屋顶等构件的优化设计，来实现良好的自然通风效果。通常认为自然通风具有三大主要作用：①提供新鲜空气；②生理降温；③释放建筑结构中蓄存的热量【4】。传统认为自然通风用于地下工程驱湿的时机：冬季是自然通风驱湿的大好时机，春秋次之，夏季几乎不能通风【3】。图1为根据某工程采用坑外自然通风实测编绘的焓湿图，n点为年平均温度，根据n点的温湿度划分为4个区。能否对工程实施自然通风驱湿，是当时的坑内外含湿量的比较，而不是当时坑外空气的含湿量和坑内的年平均空气含湿量相比。本案例中，状态点1（tw1=-4℃,w1=30%）为某年外界2月份的空气平均状态点。用状态点1的空气对工程实施自然通风，结果坑内得到状态点n1（tn1=11.5℃,n1=40%,dn1=3.3g/kg）。和坑内原有状态n比较,坑内空气的相对湿度、含湿量都有显著减小。所以说，用坑外在Ⅰ区的空气对工程进行自然通风，都可以起到降低工程内部空气相对湿度和含湿量的目的，使工程干燥，并且空气的含湿量差值愈大，坑内空气的相对湿度、含湿量下降的就愈多。Ⅱ区内的空气，虽说它的温度高于坑内温度，但含湿量比坑内小。由于坑内空气温度和壁面温度达不到Ⅱ区空气的露点温度，所以说自然通风的结果不会大于坑内湿度，坑内外空气的混合点只会落在Ⅱ区内，坑内空气的相对湿度、含湿量都会不同程度的降低。Ⅰ、Ⅱ区坑外空气的含湿量低于坑内时，对工程实施自然通风，可达到带定坑内水分、降低坑内空气相对湿度的目的。Ⅳ区和Ⅱ区正好相反-温度低而湿度大，自然通风的结果只会加大坑内湿度。状态点2（tw2=22℃,w2=65%）为某年外界7月份的空气平均状态点。用状态点2的空气对工程实施自然通风，结果坑内得到状态点n2（tn2=13.5℃,n2=95%,dn2=9.3g/kg）。由于坑内状态点tn=12.5℃低于状态点2的露点温度t1=15.5℃，所以状态点2的空气进入工程内就会在壁面结露析出水分，使坑内空气出现雾状，相对湿度高达95%以上，造成坑内潮湿。所以说，如果不对Ⅲ区的空气进行降温降湿处理，是不能送入工程内部的。引进机械辅助式自然通风。采用机械抽风或烟囱效应的方式将地下埋管内经土壤预冷，如图2，夏季室外热湿空气通过土壤预冷，再进入室内就不易结露，能够有效降低室内的湿度。Ⅲ、Ⅳ区则起不到除湿作用。也就是说，能否对工程实施自然通风驱湿，决定因素是坑外空气含湿量的大小，而不是空气温度的高低。图1自然通风对地下工程处理的结果3机械辅助式自然通风设计策略及注意事项对于Ⅲ区时考虑引进机械辅助式自然通风。进风口设在地下工程室外与大气连同的地方，采用机械抽风或烟囱效应的方式将地下埋管内经土壤预冷或预热，如图2，夏季室外热湿空气通过土壤预冷，再进入室内就不易结露，能够有效降低室内的湿度;冬季室外冷空气经土壤预热再进入室内。这样夏季不仅可以满足人们对新风的需求量，而且所带入的风不会增加室内冷负荷和湿负荷（相比直接自然通风而言）。这样就打破了传统认为夏季基本不能进行自然通风的观点。冬季比直接从坑外引入新风所带入的热负荷也少很多。图2机械辅助式自然通风简图采用机械式辅助自然通风，其坑外空气经土壤预冷预热后通入室内的风口位置，可通过CFD等数值模拟方法，将房间划分为小的控制体，把控制空气流动的连续的微分方程组通过有限差分法或有限元法离散为非连续的代数方程组，并结合实际的边界条件在计算机上求解离散得到的代数方程组，只要划分的控制体足够小，就可以认为离散区域的离散值代表整个房间的空气分布情况。从而判定图2中出风口的最佳位置及风量，设计具有良好的气流组织的自然通风。同时考虑建筑物的地形地物，季节坑外风向、风速和周边建筑对自然通风效果的影响。还应结合当地的可再生能源与自然通风一起使用，使其得以更有效的使用。4小结自然通风实际用于地下工程时，受气象条件、建筑平面规划、建筑结构形式等多因素的影响。只有综合考虑才能设计合理，辅以符合生态思想的空气处理手段(如太阳能、土壤预冷、预热、深井水换热等),并借助一定的机械方式加速室内通风。从而使机械辅助式自然通风全年应用于地下工程称为可能，改善地下工程的空气质量。参考文献1王汉青.通风工程[M].北京：机械工业出版社，2005年第一版2耿世彬，程宝义,etal.地下工程空气质量调查[G].全国暖通空调制冷2000年学术文集.中国建筑工业出版社3程绍仁.地下工程防潮除湿[M].北京：国防工业出版社，1990年4王战友.自然通风技术在建筑中的应用探析[J].建筑节能.2007,7进风口出风口土壤室内