通风系统讲义.

建筑设备李峥嵘同济大学第一部分通风系统第一节通风的基本概念一、通风的意义1.人新陈代谢中产生的二氧化碳、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4.室外大气中存在的灰尘、二氧化硫使室内的污染物浓度达到有关的标准。二、污染物的主要来源在以人为主的室内环境中，污染物主要包括：依据：空气的动力源泉1)机械通风系统机械通风机作用使空气流动，造成房间通风换气方法，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。因此，机械通风方法得到了广泛应用。2)自然通风系统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，使房间内外的空气进行交换，从而改善室内的空气环境。自然通风不需要另外设置动力设备，对于有大量余热的车间，是一种经济、有效的通风方法。其缺点是，无法处理进入室内的空外空气，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。三、通风系统的分类1.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（门或窗等），而且空气在每个开口的两侧压力不相同，那么在压差的作用下，空气在每个开口处形成流动四、自然通风2.室内、外温差作用下的自然通风原理：如图所示，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。假设室内温度为，密度为，室外温度为，密度为，且有即。同时，将开口外侧静压记为与，开口内侧静压记为与。则开口a内外压力差为：ohntnwtwnwttnwawPbwPanPbnPaanawPPP开口b内外压力差为：bbnbwPPP且有时，空气由开口a(b)流出，反之则流入。0abPP现假设，则0aP0bannawwawnwnPPghPghPghgh式中，为重力加速度，。g2ms可见，空气将由开口b流出。如果和保持不变，则随着空气的流出，室内静压逐渐降低，将由等于零变为小于零，空气将由开口a流入，直至开口a的进风量等于开口b的排风量时，室内静压才保持稳定，且有：ntwtaPbawnPPgh3.室外风压作用下的自然通风4.利用自然通风的方式5.有效利用自然通风的建筑措施管道式6.天窗的做法纵向下沉式天窗横向下沉式天窗矩形避风天窗天井式天窗五、常见的通风系统类型1.全面通风2.局部通风3.置换通风1.全面通风全面通风是对整个房间进行通风换气。其基本原理是，用清洁空气稀释(冲淡)室内空气中的有害物浓度，同时不断地把污染空气排至室外，保证室内空气环境达到卫生标准。全面通风也称稀释通风1)原理：全面机械送风系统全面机械排风系统2)全面通风送风口和排风口的位置在设计全面通风系统时应遵守一个基本原则：应将干净空气直接送至工作人员所在地或污染物农度低的地方。常用的送、排风方式有上送上排、下送上排及中间送、上下排等多种形式。具体应用时，应根据下列原则选择：进风口应位于排风口上风侧送风口应接近工作人员所在地点，或者污染物浓度低的地带排风口应设在污染物浓度高的地方在整个控制空间内，尽量使室内气流均匀，减少涡流的存在，从而避免污染物在局部地区积聚3)全面通风送风量的计算如图所示的空间，若该空间中污染物的发生量为，通风量为，空间容积为。通风开始时室内污染物浓度为，送风气流中污染物浓度为，则通风后室内污染物浓度是时间的函数。xkgs3Lms3Vm31ykgm30ykgmytyt现假设：(3)送入室内的空气一进入室内立刻与室内空气充分混合，而且送风量等于排风量，室内、外空气温度相同。01,,,xLyy(1)均为常数；x(2)均匀散发到整个空间;当时，有t02xytyykgsL可求得全面通风的通风量为320xLmsyy但因室内污染物不可能均匀散发，送风也不可能与室内空气充分混合，所以，实际所需的全面通风量要比上式的计算结果大得多，因此，实际的通风量计算式要引入安全系数，即k320kxLmsyy2.局部通风1)原理：局部通风分为局部进风和局部排风，其基本原理都是通过控制局部气流，使局部工作范围不受有害物的污染，并且造成符合要求的空气环境。局部排风系统局部送风系统密闭罩排风罩2)局部通风送风量的计算个案分析3.置换通风1)原理：冷空气下沉、热空气上升的原则2)置换通风送风口和排风口的位置:送风口在下，排风口在上3)置换通风送风量的计算下面是一种较为直接的经验公式：135313232sLBz式中所求送风量,——L3mspgEBc重力加速度；；热源能量，；空气定压比热，；空气的温度膨胀系数，；空气密度，；热对流卷吸系数，；分界面高度，。——g——E——pc————————sz2msWJkgC3mC3kgm31mm第二节通风系统的设备与构件一、风机1.风机在管路中的作用：输送空气2.风机的基本结构：叶轮、电机、外壳3.风机的种类1)离心风机2)轴流风机3)混流风机1)离心风机用于低压或高压送风系统，特别是低噪音和高风压的系统。叶轮的叶片型式有流线型、后弯叶型、前弯叶型和径向型四种离心风机构造示意图舒适性空调中的风机一般都使用离心风机。四种叶轮设计构成了风机的四种基本形式：(1)后向型风机的叶片：直线型后倾叶片、曲线型叶片或翼型叶片。直线后倾型：直的单层金属叶片。曲线后向型：弯曲的金属叶片。翼型设计：双层的金属叶片，提高空气流经叶轮的效率。它主要用于运行投资的节省可高于初投资的情况。(2)第四种类型是前向曲线型，它的叶片是弯曲的单层金属叶片。四种形式叶轮后向型-直线前向曲线型叶轮与后向曲线型叶轮(1)前向曲线型叶轮大量小型、轻质叶片构成，风机的其他部分也是轻材料。这些都比翼型叶轮要轻。特点：根据设计情况，前向型风机可以以比相同直径的后向型风机低的转速输送更多的空气。任何类型的后向型风机输送相同风量时，前向型可以以后向型一半的速度运行。因此前向曲线型风机噪声更低，再考虑到它低价的特点，使它成为低中压运行中的最佳选择。(2)后向曲线型叶轮风机在大容量、大压差情况下，比前向曲线型风机效率更高，所以在许多中压运行的情况下，多使用后向曲线型风机。前向曲线叶型：轻型构造低速,大容积低压翼型：高压高效率重型构造两种典型的风机叶轮2)轴流风机轴流风机的构造如图所示。叶轮由轮毅和铆在其上的叶片组成，叶片与轮毅平面安装成—定的角度。叶片的型式有机翼型扭曲叶片或直叶片；等厚板型扭曲叶片或直叶片等。占地面积小、便于维修、风压较低、风量较大，多用于阻力较小的大风量系统。轴流风机构造示意图3)混流风机集中了离心风机的高压和轴流的大风量的特点。4)常见的建筑用风机高温消防排烟风机：高温消防排烟风机在正常情况下可用于日常的通风换气。遭遇火险时，抽排室内高温烟气，增强室内空气流通。具有耐高温的特点。适用于高层建筑、烘箱、车库、隧道、地铁、地下商场等场合的通风换气和消防排烟。斜流风机：该系列风机分为单速和双速两种。具有结构紧凑、体积小、维修方便等优点。可以根据不同的使用场合，采用改变安装角度、改变叶片数、改变转速、改变机号等方法达到多方面的使用要求。轴流风机屋顶、侧壁排风机：有普通离心式屋顶风机和低噪声离心式屋顶风机，适用于厂房、仓库、高层建筑、实验室、影剧院、宾馆、医院等场合的局部换气。空调通风风机：离心空调风机具有性能适用范围大、噪声低、重量轻、安装方便、运行可靠的优点。可以与各空调厂的组合空调机组配套。排烟柜式风机4.风机的性能参数与特性曲线1)风机的性能参数风量：单位时间内风机所输送的气体的体积，有效功率：风机在单位时间内传给空气的能量风压：风机产生的总压头（全压），，包括静压和动压L3msPaPNYkWNYLP轴功率：风机的输入功率N全压效率：风机有效功率与轴功率之比机械传输功率：电机与风机机械传动的能量损失i比转数：表征风机在标准状态下的流量、风压和转速之间的关系。ns101325,50%,20aBPt3LmsaPPminnr0.50.76sNnLP同一类型的风机，比转数必然相同。2)风机的性能曲线为了全面评定风机的性能，就必须了解在各种公况下风机的全压、功率、效率和风量的关系。不同转速下的这些关系就形成了风机的特性曲线。,,PLNLL风机性能曲线图5.风机工作状态点的确定1)管路特性曲线已知风道的总阻力为22Hld22242HlLdd改用风量表示，以圆风管为例，则有2HKL即管路系统的阻力与风量平方成正比，比例常数反映了管路的特性，它主要取决于管道的几何尺寸和局部阻力，管道越小越长，局部阻力越多，则越大。该式称为管道特性方程，虽然可以通过计算得到，但是也可以通过实测风量和阻力来得到此方程的曲线，在坐标中，这是一条通过原点的抛物线。KKLH2)风机工作状态点的确定LH现在把管道特性曲线按坐标划到风机的特性曲线图上，与风机的曲线相交于点，该点即为风机的工作点。也就是把该台风机连接到具有该管道特性的管路上运行时，风机所产生的风量正好是管内的流量，此时，风机所产生的风压正好克服该流量下管道所产生的阻力。LHO3)风机的串联和并联两台串联风机：风机流量相同压头是同一流量下的两倍绘制性能曲线两台并联风机：压头相同流量是同一压头下的两倍绘制性能曲线二、风管1.形式：圆形和矩形2.材料：砖和混凝土薄钢板玻璃纤维板铝板聚氯乙烯板软管材料三、局部构件1.风管支架1)作用：防震、承重2)形式：风管与支架的连接：固定与不固定。支架的支撑方式：支架、吊架和托架。活动支吊架固定支架固定吊架2.弯头直角弯头和弧弯头：改变气流走向3.三通1)合流三通2)分流三通4.变径管1)突然扩大和缩小：风量改变。（见左图）2)渐变管：风量改变。（见右图）5.风管阀门1)调节风量、打开或关断风系统：蝶阀、对开多叶调节阀、三通调节阀2)防火阀：当火灾发生时，切断气流通路，防止火势沿风管蔓延3)止回阀：防止风机停止后气流倒转四、风管系统设计中的注意事项1.风管布置风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部构件，弯头、三通等构件要安排得当，与风管连接要合理，以减少阻力和噪声。风管上应该设置必要的调节和测量装置或预留安排测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点。2.风管断面形状在相同面积下，圆形管阻力比矩形管小。矩形风管设计时，长短边比例在3.0以下。3.风机的进出口布置风机进出口的连接管对风机能力的发挥有很大影响，因为进、出口处空气的动压很大，连接管做法不当，将引起可观的压头损失，而使风量受到严惩损失，为此，必须在管路设计中注意这个问题。1)转弯或弯头的风管内边到风机进口的距离应大于风机进口直径，以保证气流均匀进入风机叶轮。当转弯曲率半径不够时，应弯管处加导流叶片，见下图。2)当风管变径进入风机时，要求见下图，一般以为佳。45301.25BD3)对双进风风机应保证，如下图所示。4)在靠近风机出口处的转弯必须与风机叶轮的转动方向一致，以使气流通畅均匀，避免不必要的能量损失。5)风机出口到转弯处应有不小于3D（D为风机入口直径）的直管段，以免造成不必要的静压损失。6)风机的入口和出口处应加软接头，以关轻振动的影响；软接头材料宜采用人造革或帆布。4.风口位置1)设在室外空气洁净的地点。2)为防止把排风吸回本系统，进风口应该设在排风口的上风侧并低于排风口。3)进风口下面距室外地面一般不要低于2cm，以免吸入地面灰尘。4)降温系统的进风口宜设在背阳的外墙上。进风口是通风空调系统采集室外新风的入口，其位置应满足以下要求：