住宅通风竖井烟囱效应对排风的影响和利用_

【关键词】
本文从住宅通风竖井的水力工况入手，分析竖井自生通风力引起的烟囱效应在不同时间对通风效果的影响，并就如何利用竖井烟囱效应提高排风效果提出了的全新观念。通风竖井;排风:自生抽力:烟囱效应对于民用建筑中的厨房和无窗卫生间，一般设置通风竖井，通过室内的排风设施(如排油烟机、卫生间通风器等)抽气达到房间排气、换气的目的。为了达到良好的效果，设计上采用了增大排风设施的压力(如选用超强吸力的排油烟机)、防止回流等多种措施，但实际运行中效果却并不稳定，同一通风竖井在不同的季节排风效果也大相径庭。比如某一层住户，其厨房通过排油烟竖井排风，冬天效果较好，夏天却根本无法排除厨房内的油烟，造成整个房间‘乌烟瘴气‘。笔者认为，由于各种环境下竖井的水力工况不同，对通风造成了不同的影响。两端的总压头可用伯努利方程式表示:p，+p。，沁+pgzi印尹po22/2+pgzz+△h:，(l)
1、通风竖井的水力分析
从流体力学可知，当空气在竖井中流动时(如图l)，式中pl、p二相对于截面1、2处的绝对压力，pa;z，、z产相对于截面1、2处的海拔高度，m;p-截面1、2处的空气平均密度，kg/m3;
0;、。广相对于截面1、2处的空气流速，耐s;△坑二为两截面之间空气的流动水力阻力，pa。
在任一截面处空气的绝对压力p等于其表压力hz和大气压力b之和，即:p=hz+卜hz+(bo.p眨只)(2)式中b广海平面的大气压力，pa;p~空气密度，kg/访3。由式(2)可知，两截面的压力差为:p，一pz=(hzl一h二)+(bl一bz)=(h21一hzz)+pkg(z2一21)(3)由式(l)、式(3)可得:△h二hzl一hzz=△hsl+p佃2几。12)/2一(入一p)g(z:一21)(4)=△hsl+△hsd一△呱式中△h~由于介质速度变化而引起的压头损失，制冷与空调称速度损失，pa:△hzs--由于介质密度变化而引起的流动损失，称自生通风力(自生抽力)，pa.计为:△hzs=(pk一p)g(z2一21)(5)自生风力使风道内的空气有向一定方向流动的趋势，通常把这种情况称为烟囱效应。为p。下表为该竖井不同工况下，自生风力引起的空气流动方向比较:
2、烟囱效应对竖井通风效果的影响
图1中，截面1、2之间的压差决定了竖井空气流动的方向。由式(4)可知，截面1、2之间的压差主要由沿程阻力损失、速度阻力损失和自生通风力组成.速度损失是由于通过截面变化或介质温度变化引起的介质速度变化造成。对于在无截面变化的风道内流动的一定质量的空气，可忽略速度损失造成的影响。公式(4)可简化为:△h=hzl一hzz=△hsl一△hzs(6)分析上式，流动水力阻力是介质沿壁面流动而产生的沿程摩擦阻力，它始终与气流方向相反。因此，则无外力作用下，△hzs对于竖井内空气流动的方向起了重要的作用。上表中夏天洗浴蒸汽温度可能大于室外空气温度，也可能小于室外空气温度，故无法判断空气流动方向。冬季由于所排除的室内空气温度一般都高于室外温度，竖井内自生抽力引起的烟囱相应是使空气的从室内到室外流动，这对排风是有利的。卫生间通风器只需提供克服图中a一1的沿程阻力和局部阻力的动力，即可达到良好的通风效果。夏季正常通风换气时，室内空气温度低于室外温度，此时自生抽力引起的烟囱相应使得空气流动趋势是室外到室内，则卫生间通风器不但要提供克服图中a一1的沿程阻力和局部阻力的动力，还需要克服自生抽力和竖井内的阻力。对于普通民用住宅，室内外温差较高时，常用的通风设备提供的排气压头不能克服自生抽力，引起室外空气的倒灌(在某些高层建筑中，通风竖井两端可产生50pa甚至更大的倒灌压头)。这种情况下，排风效果当然受到影响。针对厨房的排油烟系统，目前市场上出现了多款抽力极强的排油烟罩。但即便采用该类设备，由于烟囱效应、局部阻力、沿程阻力等多方面影响，仍然无法达到预期的排油烟效果，出现文章前面所述厨房‘乌烟瘴气‘的情况。该竖井平时主要用于排风，洗浴时用以排除室内蒸汽。在这两种情况下，竖井内空气的温度是不同的。根据式(5)可判断在不向的工作状态下，烟囱效应使空气在竖井内的流动趋势。截面2处的空气温度可认为是室外气温，对应的空气密度为pk;截面1处为所排室内空气，为室温，对应的空气密度
3、烟囱效应的利用
很多设计师都已经意识到并试图克服烟囱效应对通风效果的不利影响。最常用的办法是在屋面竖井的末端增设排风设施，如动力型或无动力型排风机。对于动力型风机，风机长期运行，其电力消耗增加业主的成本和物管难度;不运行风机时，该风机又会增加出口处的局部阻力，影响自然通风的效果。无动力风机则是利用屋面空气流动降低竖井内空气压力，达到排气目的。但该风机提供的排气压力有限，也不能全面解决前面讨论的不同工况下的排风问题。制冷与空调2005年3期笔者认为，只有充分利用而不是克服烟囱效应，才能有效的提高排风效果。常用的住宅通风竖井(见图2)要排除室内空气，空气流动方向只能是从a经过b、1到2，正是由于这样的限制，造成了某些情况下烟囱效应的不利影响。现在大多数多层住宅建筑中，为了避免地面潮湿对居住在一层住户的影响，通常会在地面和一层之间做一架空层，充分利用此架空层，通风竖井的排风效果可大大提高。如图3所示，通风竖井从架空层层到屋面的一个完全畅通的风道。根据前面的分析，平时架空层内空气(可认为与室内空气温度相同)和室外空气存在温差，该温差引起的烟囱效应使得风道内总有向上或向下的气流。各层房间内的排风设置只需要克服图中阿a到b的阻力，即可达到良好的排风效果。按照这种做法，烟囱效应对竖井在各种工况下排风的影响都是有利的。当然为了防止通风器不工作时烟囱效应对某一层住户形成倒灌，在通风管道a到b上设止回阀的措施还是必要的。
4、结束语
前面对通风竖井内空气的水力工况做了简单的分析。实际工程中，各层住户同时向竖井内排风时，通风竖井内的空气在流动方向上会不停的增加，造成工况的复杂性。但是，大多数情况下，住宅通风竖井内的自生抽力是存在的，采取前面提到的方法，可以充分利用烟囱效应提高排风换气效果;即使在空气没有温差的情况下，通风竖井在最不利环路上的阻力也可大大减小。这种做法基本上不会增加建设成本，实际工程中不妨一试。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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