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烟囱效应及通风系统设计

梅格·詹金斯
博客 差价合约 烟囱效应及通风系统设计

在任何建筑设计中,通风是确保热和人类舒适性的关键组成部分。确定家庭或办公室内的气流如何决定如何调节温度,烹饪或其他源渗透的气味如何,甚至通过防止空气污染物来影响居民的健康。适当通风的关键是自然或机械地操纵,是允许不间断的气流减轻停滞空气的负面影响。然而,您如何确定建筑结构需要的类型的通风类型,或者如何控制气流的速度而不约束它?在本文中,我们将解释如何使用在线模拟来回答这些查询,以及如何创建和改进通风系统设计。

为什么通风系统设计重要?

除了确保人类气候舒适度之外,通风的重要性基本上归结为控制空气中的水分,供应新鲜空气,并能够在给定的空间内管理这些因素。没有足够的气流,木腐肉和干墙可以成为房主和企业主的一个非常真实的问题,模具可以开始对健康产生不利影响,而结构完整性可以开始摇摆不变。

在建筑设计,蓝图中的通风系统设计
通风系统设计蓝图

如何在建筑物内设计通风对法律健康和安全因素也很重要。例如,工程师需要在建筑规划过程中建立火灾和烟雾在空间内的传播方式,以及如何减轻危险的结果。由于不考虑通风系统的适当实施,这些并发症往往是由于季节性气流变化而恼人。

自然通风与机械通风

在考虑通风系统设计时,一般可分为机械通风和自然通风两大类。

HVAC的机械通风

HVAC通风系统设计中的机械通风或强制/诱导通风都是利用人工设备,在更大程度上创造自然通风的效果。与自然通风相比,这种类型的气流控制是在必须处理更极端的外部因素,如湿度,因此需要空调保持热舒适的空间中首选。一般需要进行机械通风模拟,以确保能够保持所要求的舒适性。

机械通风仿真排气扇
机械通风中常用的一种排风机

使用机械通气模拟,您甚至可以设计控制污染,气味等的方法,超出自然通风能力。排气扇是强制通风能力的一个很好的例子。

机械通风的短缺

HVAC机械通风系统的缺点是能源消耗。虽然你可以安装热回收通风器(HRVs)来恢复损失的能量,但电子通风系统永远不会像自然系统那样高效。除了这个更明显的缺点之外,强制通风还会降低空间的压力,从而导致自然通风应用的进一步问题,甚至是依赖正压运行的热水器和火炉。这种负压甚至对一个空间的居民来说是危险的,因为它会把大量有毒的气体吸入生活环境。这再次要求进行机械通风模拟,以确保满足安全要求。

HVAC的自然通风

自然通风通过有机气流供应和抽取室内空气。这种现象是可能的,通过利用气压差的力量,从自然力量定义的两种:浮力驱动和风驱动。浮力驱动的通风是结构内部和外部空间温差的结果。就像机械通风模拟一样,这种自然气流也可以被模拟。

通过打开的窗户通风
通过窗户自然通风,允许气流

另一方面,风力驱动的通风从基于空气动力学的建筑物周围的风力产生的压力,以及允许通过给定空间的气流的开口。

自然通风的不足

虽然由于它回复的自然力的性质,避免了更高的节能和安全性,但自然通风可能是不可靠的,以便在其答复的自然力量的性质上删除和引入室内空间。自然通风的不确定驱动力与气流整体控制的困难以及由于某些气候,在某些情况下,在某些情况下无法高效的自然通风。

堆栈效果在自然通风中

从自然通风中产生的一个常见发生的发生是堆效或烟囱效应。该气流由上述空气浮力驱动的天然力,从不同的内部和外部环境之间的不同气压,温度和密度水平出现。创建此物理效果的贡献变量是与给定结构的高度一起的热差。通过烟囱的气流是堆栈效果的一个明显的例子,因为它包括两个主要变量在剧中;高度和温差。以下案例研究深入探讨了这一概念。

堆叠通风,气流通过烟囱效应引起的气流速度流动
通过由堆叠通风引起的烟囱流动气流的速度流动

案例研究:夏季和冬季条件的英语小屋自然通风

正如我们已经学到的那样,堆叠效果(或烟囱效应)是由温度和空气密度差异引起的空气的具体行为。为了使这种现象可视化,诸如烟气堆叠或烟囱的结构的容器状阑尾最好促进这种气流行为。随着通风和空气过滤,它还可以帮助壁炉羽毛并包含在壁炉内的烟雾繁殖。这个项目SimScale展示了家庭内的效果,以及气压的季节差异。

堆叠通风显示使用用于CAD的英国小屋进行仿真

模拟的最终目标是什么?

模拟结束是评估堆栈效果在建筑物内的直接和逆向效应 - 在这种情况下,一个国家小屋 - 并理解通风系统设计可以发挥作用。直接堆叠效果是温度差产生浮力效果,使得在低级下房屋内的流量并以顶层驱逐出来。当外部气候很冷时,就会发生这种情况,因此在冬季最普遍。在相反的气候条件下,这种情况的反向,由于温差较低,效果通常较弱。

堆栈效果在家里,房子的cad模型
堆叠在家中的通风可视化(

该模拟旨在了解可以操纵激发堆效(高度和温度梯度)的浮力力的程度。除此之外,模拟的最终目标是由于温度差异,探测器的通风模式以及熟悉对流热传递SimScale,以及该平台如何帮助设计通风系统。

通风仿真设置

用一些有趣的元素创建了一个古老的英国小屋的简化CAD模型,其中包括t沃地板,cHimney,Windows,窗户上方的通风和空调单位。该项目中的空调单元的添加也允许机械通风模拟。

模拟山寨壁罩
仿真前的SimScale平台中的村庄网格和边界条件

室内和室外的流动都在一个封闭的区域内进行模拟,以更好地可视化空气进出小屋。然后,利用可压缩湍流流对两种外部条件下的对流换热进行了分析,分别采用夏季和冬季的平均温度。此外,还在室内测试了不同的冷却和加热源。

季节性堆栈通风效果

模拟结果为两种不同气候条件下的气流变化提供了深刻的验证和强大的可视化,考虑到不同的楼层、空调机组、窗户和烟囱形式的人工通风设备。该项目展示了如何自然和机械通风模拟是可能的差价合约SimScale

机械通风仿真,冬季山寨的气流速度绘图
在冬天期间,在村庄的气流速度曲线

上面的图像显示了从冬季模拟的项目的产生速度图。如您所见,空气通过通风管道进入房间,在山寨的底层上发生更高的对流传热。随着凉爽从不同的入口点进入房屋,将平滑过渡到室温。

冬季烟囱效果,通过烟囱的气流速度
通过烟囱的气流速度

仿真结果显示由于烟囱引起的高流量加速,由于大的温度梯度(10米/秒)。

机械通风仿真夏季,
在夏天期间,在村庄的气流速度绘图

在对比度夏季模拟运行中,由于温度差从外部和内部环境翻转而存在通风管道。空气被示出为进入前人工通风源,该通气源产生再循环区域以及热源。这些调查结果可能会涉及设计人员,并使他们重新思考其通风系统设计以消除这些缺陷。

请观看我们最近关于同一主题的网络研讨会的录音在这里填写一份简短的表格,并看看我们的发表的幻灯片想要查询更多的信息。

堆栈效应模拟网络研讨会
堆叠通风网络研讨会

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