新型自動捕風裝置及其自然通風系統(tǒng)的理論與實驗研究.pdf

1、自然通風作為一種被動式通風方法在節(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)自然通風都是依靠開門窗來實現(xiàn)的，這是一種最為簡潔有效的自然通風手段，但在很多具體的情況下限制了通過門窗實現(xiàn)自然通風，例如：①開門窗的可控性較差，在寒冷地區(qū)冬季打開門窗會導(dǎo)致大量的冷風滲透，引起熱負荷的增加。②建筑門窗的氣密性要求逐漸增強。③室外風速風向具有多變性的特點，當主導(dǎo)風向和門窗平行時會導(dǎo)致自然通風量大幅減少。 為此本研究根據(jù)自

2、然通風原理以及通風工程理論，并結(jié)合北京地區(qū)風氣候環(huán)境特點以及對北京地區(qū)過渡季節(jié)與冬季風環(huán)境的調(diào)研與實測結(jié)果，研制了一種新型的自動捕風通風裝置(以下簡稱捕風裝置)、并構(gòu)筑了與其相適應(yīng)的自然通風系統(tǒng)。該系統(tǒng)在風壓與熱壓的作用下，使得捕風裝置的進風口始終朝向迎風面，而出風口則恰好處在背風面；利用迎風面的正壓將室外的新風引入室內(nèi)，而利用背風面的負壓將室內(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、進一步考察捕風裝置在北京地區(qū)的工程應(yīng)用條件，本文通過實驗和數(shù)值模擬等方法研究了捕風裝置的機械性能和空氣流動性能。 捕風裝置的機械性能主要包括啟動風速和啟動反應(yīng)時間，首先；搭建了一個可以獲得均勻穩(wěn)定風速環(huán)境的簡易開放式風洞實驗臺，主要考察室外環(huán)境風速v(m/s)和捕風裝置初始位置θ兩種因素對其機械性能的影響；結(jié)果表明：①捕風裝置在0.5 m/s的風速環(huán)境下就可以啟動，在風速達到1.5 m/s時就能保證捕風裝置能在任何情況下都能準確

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

5、增長的趨勢，而隨著初始位置0值的增加則明顯下降。同時運用Fluent計算流體力學軟件建立了捕風裝置的三維數(shù)值計算模型，設(shè)置了合理的邊界條件，得出了捕風裝置周圍及內(nèi)部空氣流場分布特征。同時對數(shù)值模擬所獲得捕風量與實驗結(jié)果進行了對比研究，并對產(chǎn)生的誤差進行了分析。 通過以上對自動捕風裝置性能的研究，在北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設(shè)備工程實驗室設(shè)計并安裝了一套自動捕風通風系統(tǒng)。然后對其2008年冬季實際運行風環(huán)境進行測試調(diào)查，并對此風速風向