新型自動(dòng)捕風(fēng)裝置及其自然通風(fēng)系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自然通風(fēng)作為一種被動(dòng)式通風(fēng)方法在節(jié)約能耗和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)方面有著越來越顯著的優(yōu)越性。目前大多數(shù)自然通風(fēng)都是依靠開門窗來實(shí)現(xiàn)的，這是一種最為簡潔有效的自然通風(fēng)手段，但在很多具體的情況下限制了通過門窗實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，例如：①開門窗的可控性較差，在寒冷地區(qū)冬季打開門窗會(huì)導(dǎo)致大量的冷風(fēng)滲透，引起熱負(fù)荷的增加。②建筑門窗的氣密性要求逐漸增強(qiáng)。③室外風(fēng)速風(fēng)向具有多變性的特點(diǎn)，當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向和門窗平行時(shí)會(huì)導(dǎo)致自然通風(fēng)量大幅減少。 為此本研究根據(jù)自

2、然通風(fēng)原理以及通風(fēng)工程理論，并結(jié)合北京地區(qū)風(fēng)氣候環(huán)境特點(diǎn)以及對(duì)北京地區(qū)過渡季節(jié)與冬季風(fēng)環(huán)境的調(diào)研與實(shí)測(cè)結(jié)果，研制了一種新型的自動(dòng)捕風(fēng)通風(fēng)裝置(以下簡稱捕風(fēng)裝置)、并構(gòu)筑了與其相適應(yīng)的自然通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在風(fēng)壓與熱壓的作用下，使得捕風(fēng)裝置的進(jìn)風(fēng)口始終朝向迎風(fēng)面，而出風(fēng)口則恰好處在背風(fēng)面；利用迎風(fēng)面的正壓將室外的新風(fēng)引入室內(nèi)，而利用背風(fēng)面的負(fù)壓將室內(nèi)污濁的空氣排出室外；在不消耗或消耗很低的能量的情況下能顯著提高室內(nèi)的熱舒適性。 為了

3、進(jìn)一步考察捕風(fēng)裝置在北京地區(qū)的工程應(yīng)用條件，本文通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法研究了捕風(fēng)裝置的機(jī)械性能和空氣流動(dòng)性能。 捕風(fēng)裝置的機(jī)械性能主要包括啟動(dòng)風(fēng)速和啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，首先；搭建了一個(gè)可以獲得均勻穩(wěn)定風(fēng)速環(huán)境的簡易開放式風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要考察室外環(huán)境風(fēng)速v(m/s)和捕風(fēng)裝置初始位置θ兩種因素對(duì)其機(jī)械性能的影響；結(jié)果表明：①捕風(fēng)裝置在0.5 m/s的風(fēng)速環(huán)境下就可以啟動(dòng)，在風(fēng)速達(dá)到1.5 m/s時(shí)就能保證捕風(fēng)裝置能在任何情況下都能準(zhǔn)確

4、的追蹤到來流的室外自然風(fēng)向。②啟動(dòng)反應(yīng)時(shí)間平均在10秒左右。然后根據(jù)靜力學(xué)力矩平衡的基本原理，建立了捕風(fēng)裝置啟動(dòng)風(fēng)速的理論計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的吻合性，證明了計(jì)算模型的可靠性，給捕風(fēng)裝置機(jī)械性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種有效的計(jì)算方法。 通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究了捕風(fēng)裝置的空氣流動(dòng)特性。首先運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試了捕風(fēng)裝置在不同風(fēng)速條件下所能獲得的通風(fēng)量，結(jié)果表明：捕風(fēng)裝置所能形成的通風(fēng)量隨著室外環(huán)境風(fēng)速的增加而呈線性

5、增長的趨勢(shì)，而隨著初始位置0值的增加則明顯下降。同時(shí)運(yùn)用Fluent計(jì)算流體力學(xué)軟件建立了捕風(fēng)裝置的三維數(shù)值計(jì)算模型，設(shè)置了合理的邊界條件，得出了捕風(fēng)裝置周圍及內(nèi)部空氣流場分布特征。同時(shí)對(duì)數(shù)值模擬所獲得捕風(fēng)量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究，并對(duì)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析。 通過以上對(duì)自動(dòng)捕風(fēng)裝置性能的研究，在北京工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并安裝了一套自動(dòng)捕風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)。然后對(duì)其2008年冬季實(shí)際運(yùn)行風(fēng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試調(diào)查，并對(duì)此風(fēng)速風(fēng)向