通风与空调系统基础知识

建筑设备工程主编：刘昌明鲍东杰通风与空调通风与空调系统基础知识目录通风系统的分类、组成及原理1民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理2空调系统的分类、组成及原理33Back7.1通风系统的分类、组成及原理创造良好的空气环境条件（如温度、湿度、空气流速、洁净度等），对保障人们的健康、提高劳动生产率、保证产品质量是必不可少的。这一任务的完成，就是由通风和空气调节来实现的。通风，就是用自然或机械的方法向某一房间或空间送入室外空气，或由某一房间或空间排出空气的过程。送入的空气可以是处理的，也可以是不经处理的。换句话说，通风是利用室外空气（称为新鲜空气或新风）来置换建筑物内的空气（简称室内空气），以改善室内空气品质。7.1.1通风的任务和意义通风的功能主要有：(1)提供人呼吸所需要的氧气；(2)稀释室内污染物或气味；(3)排除室内工艺过程产生的污染物；(4)除去室内多余的热量(称余热)或湿量(称余湿)；(5)提供室内燃烧设备燃烧所需的空气。建筑中的通风系统可能只完成其中的一项或几项任务。其中利用通风除去室内余热和余湿的功能是有限的，它受室外空气状态的限制。7.1通风系统的分类、组成及原理通风的主要目的是为了置换室内的空气，改善室内空气品质，是以建筑物内的污染物为主要控制对象的。根据换气方法不同可分为排风和送风。排风是在局部地点或整个房间把不符合卫生标准的污染空气直接或经过处理后排至室外；送风是把新鲜或经过处理的空气送入室内。对于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。7.1通风系统的分类、组成及原理7.1.2通风系统的分类此外，如果按照系统作用的范围大小还可分为全面通风和局部通风两类。通风方法按照空气流动的作用动力可分为自然通风和机械通风两种。1．自然通风自然通风是在自然压差作用下，使室内外空气通过建筑物围护结构的孔口流动的通风换气。根据压差形成的机理，可以分为热压作用下的自然通风、风压作用下的自然通风以及热压和风压共同作用下的自然通风。7.1通风系统的分类、组成及原理（1）热压作用下的自然通风热压是由于室内外空气温度不同而形成的重力压差。如图7-1所示。这种以室内外温度差引起的压力差为动力的自然通风，称为热压差作用下的自然通风。热压作用产生的通风效应又称为“烟囱效应”。“烟囱效应”的强度与建筑高度和室内外温差有关。一般情况下，建筑物愈高，室内外温差越大，“烟囱效应”愈强烈。7.1通风系统的分类、组成及原理（2）风压作用下的自然通风当风吹过建筑物时，在建筑的迎风面一侧压力升高了，相对于原来大气压力而言，产生了正压；在背风侧产生涡流及在两侧空气流速增加，压力下降了，相对原来的大气压力而言，产生了负压。建筑在风压作用下，具有正值风压的一侧进风，而在负值风压的一侧排风，这就是在风压作用下的自然通风。通风强度与正压侧与负压侧的开口面积及风力大小有关。如图7-2。7.1通风系统的分类、组成及原理（3）热压和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可以简单地认为它们是效果叠加的。设有一建筑，室内温度高于室外温度。当只有热压作用时，室内空气流动如图7-1所示。当热压和风压共同作用时，在下层迎风侧进风量增加了，下层的背风侧进风量减少了，甚至可能出现排风；上层的迎风侧排风量减少了，甚至可能出现进风，上层的背风侧排风量加大了；在中和面附近迎风面进风、背风面排风。7.1通风系统的分类、组成及原理建筑中压力分布规律究竟谁起主导作用呢？实测及原理分析表明：对于高层建筑，在冬季(室外温度低)时，即使风速很大，上层的迎风面房间仍然是排风的，热压起了主导作用；高度低的建筑，风速受临近建筑影响很大，因此也影响了风压对建筑的作用。风压作用下的自然通风与风向有着密切的关系。由于风向的转变，原来的正压区可能变为负压区，而原来的负压区可能变为正压区。风向是不受人的意志所能控制的，并且大部分城市的平均风速较低。因此，由风压引起的自然通风的不确定因素过多，无法真正应用风压的作用原理来设计有组织的自然通风。7.1通风系统的分类、组成及原理2机械通风依靠通风机提供的动力来迫使空气流通来进行室内外空气交换的方式叫做机械通风。与自然通风相比，机械通风具有以下优点：送入车间或工作房间内的空气可以经过加热或冷却，加湿或减湿的处理；从车间排除的空气，可以进行净化除尘，保证工厂附近的空气不被污染；按能够满足卫生和生产上所要求造成房间内人为的气象条件；可以将吸入的新鲜空气按照需要送到车间或工作房间内各个地点，同时也可以将室内污浊的空气和有害气体从产生地点直接排除到室外去；通风量在一年四季中都可以保持平衡，不受外界气候的影响，必要时，根据车间或工作房间内生产与工作情况，还可以任意调节换气量。7.1通风系统的分类、组成及原理但是，机械通风系统中需设置各种空气处理设备、动力设备（通风机），各类风道、控制附件和器材，故初次投资和日常运行维护管理费用远大于自然通风系统；另外，各种设备需要占用建筑空间和面积，并需要专门人员管理，通风机还将产生噪声。机械通风可根据有害物分布的状况，按照系统作用范围大小分为局部通风和全面通风两类。局部通风包括局部送风系统和局部排风系统；全面通风包括全面送风系统和全面排风系统。7.1通风系统的分类、组成及原理（1）局部通风利用局部的送、排风控制室内局部地区的污染物的传播或控制局部地区的污染物浓度达到卫生标准要求的通风叫做局部通风。局部通风又分为局部排风和局部送风。局部排风是直接从污染源处排除污染物的一种局部通风方式。当污染物集中于某处发生时，局部排风是最有效的治理污染物对环境危害的通风方式。图7-3为一局部机械排风系统示意图。系统由排风罩、通风机、空气净化设备、风管和排风帽组成。7.1通风系统的分类、组成及原理局部排风系统的划分应遵循如下原则：a污染物性质相同或相似，工作时间相同且污染物散发点相距不远时，可合为一个系统。b不同污染物相混可产生燃烧、爆炸或生成新的有毒污染物时，不应合为一个系统，应各自成独立系统。c排除有燃烧、爆炸或腐蚀的污染物时，应当各自单独设立系统，并且系统应有防止燃烧、爆炸或腐蚀的措施。d排除高温、高湿气体时，应单独设置系统，并有防止结露和有排除凝结水的措施。7.1通风系统的分类、组成及原理②局部送风系统在一些大型的车间中，尤其是有大量余热的高温车间，采用全面通风已经无法保证室内所有地方都达到适宜的程度。在这种情况下，可以向局部工作地点送风，造成对工作人员温度、湿度、清洁度合适的局部空气环境，这种通风方式叫做局部送风。直接向人体送风的方法又叫岗位吹风或空气淋浴。图7-4为车间局部送风示意图，是将室外新风以一定风速直接送到工人的操作岗位，使局部地区空气品质和热环境得到改善。7.1通风系统的分类、组成及原理（2）全面通风全面通风又称稀释通风，原理是向某一房间送入清洁新鲜空气，稀释室内空气中的污染物的浓度，同时把含污染物的空气排到室外，从而使室内空气中污染物的浓度达到卫生标准的要求。全面通风适用于：有害物产生位置不固定的地方；面积较大或局部通风装置影响操作；有害物扩散不受限制的房间或一定的区段内。这就是允许有害物散入室内，同时引入室外新鲜空气稀释有害物浓度，使其降低到合乎卫生要求的允许浓度范围内，然后再从室内排出去。7.1通风系统的分类、组成及原理全面通风包括全面送风和全面排风，两者可同时或单独使用。单独使用时需要与自然送、排风方式相结合。①全面排风为了使室内产生的有害物尽可能不扩散到其他区域或邻室去，可以在有害物比较集中产生的区域或房间采用全面机械排风。图7-5所示就是全面机械排风。图7-5(a)所示是在墙上装有轴流风机的最简单全面排风。图7-5(b)所示是室内设有排风口，含尘量大的室内空气从专设的排气装置排入大气的全面机械排风系统。7.1通风系统的分类、组成及原理②全面送风当不希望邻室或室外空气渗入室内，而又希望送入的空气是经过简单过滤、加热处理的情况下，多用如图7-6所示的全面机械送风系统来冲淡室内有害物，这时室内处于正压，室内空气通过门窗排到室外。7.1通风系统的分类、组成及原理7.1通风系统的分类、组成及原理图7-1热压作用下的自然通风Back7.1通风系统的分类、组成及原理图7-2风压作用下的自然通风Back图7-1热压作用下的自然通风7.1通风系统的分类、组成及原理Back7.1通风系统的分类、组成及原理图7-3局部机械排风系统Back7.1通风系统的分类、组成及原理图7-4局部送风系统Back7.1通风系统的分类、组成及原理图7-5全面机械排风系统Back7.1通风系统的分类、组成及原理图7-6全面机械送风系统Back7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理1烟气的毒害性烟气中的CO、HCN、NH3等都是有毒性的气体；另外，大量的CO2气体及燃烧后消耗了空气中大量氧气，引起人体缺氧而窒息。烟粒子被人体的肺部吸入后，也会造成危害。空气中含氧量≤6％，或CO2浓度≥20％，或CO浓度≥1.3％时，都会在短时间内致人死亡。有些气体有剧毒，少量即可致死，如光气COCl2浓度≥50×10-6时，在短时间内就能致人死亡。7.2.1建筑火灾烟气的特性2烟气的高温危害火灾时物质燃烧产生大量热量，使烟气温度迅速升高。火灾初起(5～20min)烟气温度可达250℃；随后由于空气不足，温度有所下降；当窗户爆裂，燃烧加剧，短时间内温度可达500℃。燃烧的高温使火灾蔓延，使金属材料强度降低，导致结构倒塌，人员伤亡。高温还会使人昏厥、烧伤。7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理3烟气的遮光作用当光线通过烟气时，致使光强度减弱，能见距离缩短，称之为烟气的遮光作用。能见距离是指人肉眼看到光源的距离。能见距离缩短不利于人员的疏散，使人感到恐慌，造成局面混乱，自救能力降低；同时也影响消防人员的救援工作。实际测试表明，在火灾烟气中，对于一般发光型指示灯或窗户透入光的能见距离仅为0.2～0.4m，对于反光型指示灯仅为0.07～0.16m。如此短的能见距离，不熟悉建筑物内部环境的人就无法逃生。建筑火灾烟气是造成人员伤亡的主要原因。7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理火灾发生时应当及时对烟气进行控制，并在建筑物内创造无烟(或烟气含量极低)的水平和垂直的疏散通道或安全区，以保证建筑物内人员安全疏散或临时避难和消防人员及时到达火灾区扑救。7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理烟气控制的主要目的是在建筑物内创造无烟或烟气含量极低的疏散通道或安全区。烟气控制的实质是控制烟气合理流动，也就是使烟气不流向疏散通道、安全区和非着火区，而向室外流动。主要方法有隔断或阻挡、疏导排烟和加压防烟。7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理7.2.2火灾烟气控制原则1隔断或阻挡墙、楼板、门等都具有隔断烟气传播的作用。所谓防火分区，是指用防火墙、楼板、防火门或防火卷帘等分隔的区域，可以将火灾限制在一定局部区域内(在一定时间内)，不使火势蔓延。所谓防烟分区，是指在设置排烟措施的过道、房间中用隔墙或其他措施(可以阻挡和限制烟气的流动)分隔的区域。防烟分区在防火分区中分隔。防火分区、防烟分区的大小及划分原则参见《高层民用建筑防火规范》。图7-7为用梁或挡烟垂壁阻挡烟气流动。7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理2排烟利用自然或机械作用力将烟气排到室外，称之为排烟。利用自然作用力的排烟称为自然排烟；利用机械(风机)作用力的排烟称为机械排烟。排烟的部位有两类：着火区和疏散通道。着火区排烟的目的是将火灾发生的烟气(包括空气受热膨胀的体积)排到室外，降低着火区的压力，不使烟气流向非着火区，以利于着火区的人员疏散及救火人员的扑救。对于疏散通道的排烟是为了排除可能侵入的烟气，以保证疏散通道无烟或少烟，以利于人员安全疏散及救火人员通行。7.2民用建筑防、排烟系统的分类、组成及原理(1）自然排烟自然排烟是利用热烟气产生的浮力、热压或其他自然作用力使烟气排出室外。这种排烟方式设施简单，投资少，日常维护工作少，操作容易；但排烟效果受室外很多因素的影