CN115264703A - 一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法和系统，属于建筑自然通风技术领域，解决现有建筑竖井不能精确调温、实时且自动调节通风口面积的问题。本发明的方法包括：获取当前室内温度和当前室外温度；基于当前室内温度和当前室外温度的差值，并利用针对人员设置的温度舒适范围，通过判断每层的室内外温度差和压差，判断是否需要调温，或当前是否具备利用竖井进行调温的条件，通过设计室内余热的计算方法，求出每层需要的通风量，并可以根据该通风量计算通风口的面积，对竖井侧壁百叶开度大小进行调节。本发明适用于对建筑内部的自然通风和温度调控，成本低，应用价值极高。

Description

一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法和系统
技术领域
本申请涉及建筑自然通风技术领域，尤其涉及一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法和系统。
背景技术
建筑内的电子设备、照明、人员等产生的热量，会导致建筑室内温度过高，而使得人员在建筑内的感受不舒适，目前需要通过空调等设备进行降温，会产生资源浪费和环境污染等缺陷。
建筑竖井可以通过对竖井侧壁百叶开度大小进行调节，从而实现自然通风的合理利用，实现建筑与自然共生。
目前的利用建筑竖井进行通风都仅限于对特定设备的降温，所以温度要求并不高，而人体对于温度的感知相交敏感一些，所以需要对温度的精准调控，并且目前利用建筑竖井通风都是人工手动调节通风口的大小，既无法精准调温也无法自动实时地对竖井的通风口面积进行调节，所以亟需一种可以实现精确调温的建筑竖井的自然通风方法和系统。
发明内容
本发明目的是为了解决现有建筑竖井不能精确调温、实时且自动调节通风口面积的问题，提供了一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法和系统。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明一方面，提供一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，所述方法包括：
步骤1、获取每层的室内温度，判断所述室内温度是否在人员舒适范围内，若所述室内温度在所述舒适范围外，获取室外温度，并将在所述舒适范围外的室内温度对应的楼层标记为待调温层；
步骤2、判断所述待调温层的室内温度是否大于所述室外温度，若大于，且该温度差大于等于预设温度差值，执行步骤3；
步骤3、根据所述待调温层内的所有人员发热量、照明发热量、电子设备发热量和该待调温层面积，获取所述待调温层的室内余热；
获取若干个压力相关参数，所述压力相关参数包括：每层室内房间所对应的静压、每层对应的竖井内静压、每层外界环境所对应的压力；
步骤4、根据每层的室内温度，获取每层室内的空气密度，根据所述室外温度，获取室外的的空气密度；
步骤5、根据所述待调温层的室内余热、所述待调温层的室内温度、所述室外温度和所述待调温层室内的空气密度，计算所述待调温层所需的通风量；
计算所述待调温层的热压，该计算公式为：
Figure BDA0003711945040000021
其中，ΔPi为所述待调温层的热压，ζi为部件局部阻力系数，νi为空气流速，ρi为第i层对应的室内的空气密度，H为竖井高度，De为竖井当量直径，λi为摩擦阻力系数，n为总层数，i为层数；
步骤6、根据所述待调温层所需的通风量、所述若干个压力相关参数和所述待调温层的热压，利用自然通风孔口方程，获取所述待调温层出风口的面积，并根据所述待调温层出风口的面积，调整出风口的大小；
步骤7、测量每层竖井外压差，若所述竖井外压差小于零，则关闭所述待调温层出风口；
步骤8、当所述待调温层的温度差小于所述预设温度差值时，关闭所述待调温层出风口。
进一步地，所述舒适范围具体包括夏季舒适范围和冬季舒适范围。
进一步地，所述夏季舒适范围为24～28℃；所述冬季舒适范围为18～24℃。
进一步地，实时预设温度差值2℃。
进一步地，所述计算待调温层所需的通风量，该计算公式为：
Figure BDA0003711945040000022
其中，m为所述待调温层所需的通风量，所述Q为所述待调温层的室内余热，c为空气比热，c＝1.0kJ/(kg·℃)，tp为所述待调温层的室内温度，twf为所述室外温度，ρ为所述待调温层室内的空气密度。
进一步地，所述步骤3具体为：所述待调温层的室内余热等于所述待调温层的人员发热量、照明发热量、电子设备发热量求和后与所述面积乘积。
进一步地，所述步骤6之后还包括步骤A：实时获取待调温层的室内温度和室外温度，根据所述实时获取待调温层的室内温度和室外温度，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
进一步地，所述步骤A具体包括：
实时获取待调温层的室内温度和室外温度，获取实时温度差；
当所述实时温度差小于所述预设温度差值与预设变小范围值之和且大于所述预设温度差值时，建立所述实时温度差和所述待调温层出风口的面积的线性关系；
利用所述线性关系，根据所述实时温度差，获取所述待调温层出风口的面积；
根据所述待调温层出风口的面积，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
进一步地，所述自然通风孔口方程，具体为：
Figure BDA0003711945040000031
其中，mi为第i层所需的通风量，C为流量系数，Ai为第i层出风口的面积，ρi为第i层的室内温度所对应的密度，ΔPi为所述待调温层的热压，Pi为第i层室内房间所对应的静压，Pi,a为竖井内第i层所对应的静压，Pw,i为第i层外界环境所对应的压力，h为每层楼的层高，
h0为建筑物顶部出屋面高度，λi为第i层的沿程阻力损失，ζi,a为第i层支管与主管道汇合的直管的局部阻力系数，mi,a为竖井内第i层混合后的通风量，A*为竖井的横截面积，r为中和面对应的层数，g为重力加速度。
另一方面，本发明提供一种利用热压的建筑竖井的自然通风系统，所述系统包括：建筑通风竖井、屋顶排风百叶、风井侧壁百叶、室内外温度传感器、竖井内外压差传感器和中央处理系统；
所述建筑通风竖井设置于建筑内部，并纵向贯穿所述建筑，用于通风；
所述屋顶排风百叶设置于所述建筑通风竖井的顶部，用于通风；
所述风井侧壁百叶设置于每层对应的建筑通风竖的侧壁，用于通风；
所述竖井内外压差传感器用于获取所述若干个压力相关参数，所述压力相关参数包括：每层室内房间所对应的静压、每层对应的竖井内静压、每层外界环境所对应的压力，还用于测量每层竖井外压差；
所述室内外温度传感器用于获取每层的室内温度和室外温度；
所述中央处理系统包括处理器和存储器；
所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行如上文所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的步骤。
本发明的有益效果：
1.本发明利用烟囱效应进行竖井通风，并利用针对人体设置的温度舒适范围，进行通风的调控；
2.本发明首先通过判断每层的室内外温度差和压差，判断是否需要调温，或当前是否具备利用竖井进行调温的条件，进而可以有效利用建筑竖井进行调温；
3.本发明通过设计室内余热的计算方法，可以准确求出每层需要的通风量，并可以根据该通风量可以准确调节通风口的面积，进而实现精准调温；
4.本发明利用自然通风孔口方程可以根据准确求出的每层需要的通风量，进一步准确获取通风口的面积，从而实现针对精确调温；
5.本发明的系统包括建筑通风竖井、屋顶排风百叶、风井侧壁百叶及控制、室内外温度传感器、竖井内外压差传感器和中央处理系统。通过中央处理系统的自控装置改变竖井开百叶开口面积大小，形成所需的中和面的位置，从而引入所需要的自然通风量，确定一种与建筑布局结合紧密，最大限度利用热压自然通风降温，幅度降低建筑空调能耗，全程无需人工调控，并根据实时获取的信息可以实现实时的通风自动调控。
本发明适用于对建筑内部的自然通风和温度调控。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为风井侧壁百叶示意图；
图2为热压通风系统示意图；
图3为设计工况消除室内余热所需室外空气温度与人均新风量的关系示意图；
图4为本发明的实施方式十的方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施方式一、一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，所述方法包括：
步骤1、获取每层的室内温度，判断所述室内温度是否在人员舒适范围内，若所述室内温度在所述舒适范围外，获取室外温度，并将在所述舒适范围外的室内温度对应的楼层标记为待调温层；
步骤2、判断所述待调温层的室内温度是否大于所述室外温度，若大于，且该温度差大于等于预设温度差值，执行步骤3；
步骤3、根据所述待调温层内的所有人员发热量、照明发热量、电子设备发热量和该待调温层面积，获取所述待调温层的室内余热；
所述待调温层内的所有人员发热量、照明发热量、电子设备发热量是根据需要调温时该待调温层内的实际情况来确定的，即：当时位于该待调温层的所有人员的发热量的总和。照明发热量就是当时该待调温层内所有照明设备的发热量总和，实际计算是根据所有照明设备的工作状态来确定其发热量、然后计算总和。电子设备发热量就是当时该待调温层内所有电子设备的发热量总和，实际计算是根据所有电子设备的工作状态来确定其发热量、然后计算总和。
获取若干个压力相关参数，所述压力相关参数包括：每层室内房间所对应的静压、每层对应的竖井内静压、每层外界环境所对应的压力；
步骤4、根据每层的室内温度，获取每层室内的空气密度，根据所述室外温度，获取室外的的空气密度；
步骤5、根据所述待调温层的室内余热、所述待调温层的室内温度、所述室外温度和所述待调温层室内的空气密度，计算所述待调温层所需的通风量；
计算所述待调温层的热压，该计算公式为：
Figure BDA0003711945040000051
其中，ΔPi为所述待调温层的热压，ζi为部件局部阻力系数，νi为空气流速，ρi为第i层对应的室内的空气密度，H为竖井高度，De为竖井当量直径，λi为摩擦阻力系数，n为总层数，i为层数；
步骤6、根据所述待调温层所需的通风量、所述若干个压力相关参数和所述待调温层的热压，利用自然通风孔口方程，获取所述待调温层出风口的面积，并根据所述待调温层出风口的面积，调整出风口的大小；
步骤7、测量每层竖井外压差，若所述竖井外压差小于零，则关闭所述待调温层出风口；
步骤8、当所述待调温层的温度差小于所述预设温度差值时，关闭所述待调温层出风口。
本实施方式中，1.利用烟囱效应进行竖井通风，并利用针对人体设置的温度舒适范围，进行通风的调控；
2.首先通过判断每层的室内外温度差和压差，判断是否需要调温，或当前是否具备利用竖井进行调温的条件，进而可以有效利用建筑竖井进行调温；
3.通过设计室内余热的计算方法，可以准确求出每层需要的通风量，并可以根据该通风量可以准确调节通风口的面积，进而实现精准调温；
4.利用自然通风孔口方程可以根据准确求出的每层需要的通风量，进一步准确获取通风口的面积，从而实现针对精确调温。
需要说明的是，所述待调温层的人员发热量、照明发热量、电子设备发热量可以根据实际情况设定。
本实施方式的工作原理是：竖井热压通风系统的空气流动路径是从室外进入室内，再进入竖井，在竖井内向上流动排出，竖井热压通风系统示意图见图2。因此，整个路径的阻力部件均由热压克服。
需要说明的是，中和面以上风井侧壁百叶关闭。
该系统计算原理见式(1)(2)。
ΔP＝gh(ρw-ρn) (1)
式中，ΔP为热压，Pa；g为重力加速度，m/s2；ρw为室外空气密度，kg/m3；
ρn为竖井内空气密度，kg/m3。温度对应空气密度。
Figure BDA0003711945040000061
式中，ΔPi为第i层的热压，Pa；ζi为部件局部阻力系数(包括百叶和竖井汇流处)；νi为空气流速，m/s；ρi为空气密度，kg/m3；H为竖井高度，m；De为竖井当量直径，m；λi为摩擦阻力系数(竖井等效沿程阻力)；n为总层数。
热压的大小取决于空气流通空间的高度和井内与室外的温差。增大热浮力的方法之一是提高热压“烟囱”高度。因此，热压通风倾向于竖高型空间，以形成较大的温度垂直分层，进而形成较大的温差和压力差驱动热空气向上流动。对低矮的单层建筑，坡屋面可以提升进、排风口之间的竖向高差，并能促进室内受热气流沿倾斜屋面上升至屋脊开口处排出，进而使新鲜的凉爽空气通过窗户或开口进入室内，形成良性的空气流动。
如果建筑内外两侧存在压力差△P，就会有空气流过该拔风竖井，v是空气流过开口时的流速，m/s；。由此引起的通风换气量为：G＝FV，F为开口的面积(可调节大小)，m2。由以上式可以看出，只要已知压力差△P和竖井侧壁的百叶开口的面积，就可以求得通过该百叶的空气量G，实现自然通风，带走室内余热。
因人员聚集和设备持续散热等原因，热压作用下的自然通风是由于建筑物内外空气的温度差产生了空气的密度差，从而形成压力差，驱使室内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口排出。竖井热压通风的驱动力来自竖井内空气与室外空气的密度差，中和面的位置随竖井侧壁百叶开口开启数量和面积的变化而移动，进而影响各层开口处余压，各层进风量随之变化。通过对竖井热压通风量和压差的计算，从而根据不同的“烟囱效应”设计不同的竖井通风适应模式。
实施方式二，本实施方式是对实施方式一所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述舒适范围，做了进一步限定，具体包括：
所述舒适范围具体包括夏季舒适范围和冬季舒适范围。
本实施方式由于不同季节对于温度的需求不同，所以根据不同季节对于温度的需求设置舒适范围，进而实现利用热压的建筑竖井的自然通风方法的精准调温。
实施方式三，本实施方式是对实施方式二所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述夏季舒适范围和冬季舒适范围，做了进一步限定，具体包括：
所述夏季舒适范围为24～28℃；所述冬季舒适范围为18～24℃。
本实施方式给出了根据不同季节进行通风的舒适范围设置方式，进一步提升调温的准确度。
实施方式四，本实施方式是对实施方式一所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述预设温度差值，做了进一步限定，具体包括：
实时预设温度差值为2℃。
本实施方式中，据英国艾莉森·夸克团队长期对热压通风的研究表明，当室外温度至少低于室内1.7C时，热压通风能发挥热舒适调节作用，本实施方式取值2℃，可以确保热压通风的有效实行。
实施方式五，本实施方式是对实施方式一所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述计算待调温层所需的通风量，做了进一步限定，具体包括：
所述计算待调温层所需的通风量，该计算公式为：
Figure BDA0003711945040000071
其中，m为所述待调温层所需的通风量，所述Q为所述待调温层的室内余热，c为空气比热，c＝1.0kJ/(kg·℃)，tp为所述待调温层的室内温度，twf为所述室外温度，ρ为所述待调温层室内的空气密度。
本实施方式给出了待调温层所需的通风量的计算公式，通过该公式可以准确求出每层需要的通风量，进而实现精准调温。
实施方式六，本实施方式是对实施方式一所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述步骤3，做了进一步限定，具体包括：
所述步骤3具体为：所述待调温层的室内余热等于所述待调温层的人员发热量、照明发热量、电子设备发热量求和后与所述面积乘积。
本实施方式考虑到了建筑内的发热源，并给出有该发热源导致的室内余热的计算公式，从而可以有效计算待调温层所需通风量。
实施方式七，本实施方式是对实施方式一所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述步骤7，做了进一步限定，具体包括：
所述步骤6之后还包括步骤A：实时获取待调温层的室内温度和室外温度，根据所述实时获取待调温层的室内温度和室外温度，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
本实施方式可以实现在设置通风口面积后，由于通风导致的温度变化而需要对该通风口进行实时调整，即可以实现对通风口的实时调控。
实施方式八，本实施方式是对实施方式七所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述步骤A，做了进一步限定，具体包括：
所述步骤A具体包括：
实时获取待调温层的室内温度和室外温度，获取实时温度差；
当所述实时温度差小于所述预设温度差值与预设变小范围值之和且大于所述预设温度差值时，建立所述实时温度差和所述待调温层出风口的面积的线性关系；
利用所述线性关系，根据所述实时温度差，获取所述待调温层出风口的面积；
根据所述待调温层出风口的面积，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
本实施方式中，可以设置预设温度差值为2℃，预设变小范围值为0.5℃，进而当实时温度差在2℃和2.5℃之间时，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
本实施方式将所述实时温度差和所述待调温层出风口的面积的函数关系设为线性关系，进而可以实现随着温度差变小时，减少通风口的面积，进而确保建筑内部对温度的精准调控。
实施方式九，本实施方式是对实施方式一所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的进一步限定，本实施方式中，对所述自然通风孔口方程，做了进一步限定，具体包括：
所述自然通风孔口方程，具体为：
Figure BDA0003711945040000091
其中，mi为第i层所需的通风量，C为流量系数，Ai为第i层出风口的面积，ρi为第i层每层的室内温度所对应的密度，ΔPi为所述待调温层的热压，Pi为第i层室内房间所对应的静压，Pi,a为竖井内第i层所对应的静压，Pw,i为第i层外界环境所对应的压力，h为每层楼的层高，h0为建筑物顶部出屋面高度，λi为第i层的沿程阻力损失，ζi,a为第i层支管与主管道汇合的直管的局部阻力系数，mi,a为竖井内第i层混合后的通风量，A*为竖井的横截面积，r为中和面对应的层数，g为重力加速度。
本实施方式给出了待调温层所需通风口面积的具体计算方法，可以实现对室内温度的精准调控。
实施方式十，本实施方式是针对如上文所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的具体实施例，如图4所示，具体为：
1.读取室内温度传感器温度度数，判断室内温度是否在舒适范围内；夏季24～28℃，冬季18～24℃为人员舒适的室内温度；
2.室内温度在舒适区，则不动作。不在舒适区，继续下一步，读取室外温度传感器温度，根据室内外温度对应该温度下的空气密度；
3.判断室内外温差是否》2，否在不动作。大于等于2热压通风才能发挥热舒适调节作用。
4.大于等于2，则开启竖井侧壁百叶，由测量的温度对应知道该温度对应下的空气密度，查得局部阻力系数和摩擦阻力系数，利用(4)计算出所需通风量，再利用(2)(3)联合求出每层出风口的面积，即为每层竖井侧背开口百叶的面积大小，风量越大开启越大；
5.测量各层竖井内外压差△P，判断△P是否>0，小于0则关闭本层通风百叶，避免风量倒灌入室内；
6.稳定自然通风面积，排除室内余热；
7.继续监测室内外温差和压差，
8.温差逼近2，关小本层百叶，达到2，关闭本层百叶，判断是否存在处于开启状态的通风百叶，若存在，回到步骤5；否则，执行步骤9；
需要说明的是，通过测量压差△P，判断是否关闭本层百叶后，回到步骤5，测量的其他开启层的温度和压差，直到所有层满足要求，关闭所有开启层的百叶，结束程序
9.结束，即完成通风操作。
实施方式十一，如图2所示，本实施方式是基于如上文所述一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的一种利用热压的建筑竖井的自然通风系统，所述系统包括：建筑通风竖井、屋顶排风百叶、风井侧壁百叶、室内外温度传感器、竖井内外压差传感器和中央处理系统；
所述建筑通风竖井设置于建筑内部，并纵向贯穿所述建筑，用于通风；
所述屋顶排风百叶设置于所述建筑通风竖井的顶部，用于通风；
所述风井侧壁百叶设置于每层对应的建筑通风竖的侧壁，用于通风；
所述竖井内外压差传感器用于获取所述若干个压力相关参数，所述压力相关参数包括：每层室内房间所对应的静压、每层对应的竖井内静压、每层外界环境所对应的压力，还用于测量每层竖井外压差；
所述室内外温度传感器用于获取每层的室内温度和室外温度；
所述中央处理系统包括处理器和存储器；
所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行如上文所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法的步骤。
需要说明的是，所述屋顶排风百叶为屋顶可调排风百叶；所述风井侧壁百叶为风井侧壁可调百叶。
本实施方式的系统可以实时获取监测数据，如温度、压力等，进而实现对通风口的实时调控；
本实施方式的系统包括建筑通风竖井、屋顶排风百叶、风井侧壁百叶及控制(如图1所示)、室内外温度传感器、竖井内外压差传感器和中央处理系统。通过中央处理系统的自控装置改变竖井开百叶开口面积大小，形成所需的中和面的位置，从而引入所需要的自然通风量，确定一种与建筑布局结合紧密，最大限度利用热压自然通风降温，幅度降低建筑空调能耗，全程无需人工调控，并根据实时获取的信息可以实现实时的通风自动调控。
最后，根据本发明的方法和系统，获得所采取的竖井方案的技术效果，实际应用中，3～8层的自然通风换气次数为6.2～7.4次/h，室内温度为25.2～26.5℃，可以同时满足过渡季自然通风的新风量和热舒适要求。按本文设定的设计工况(参数见表1)，由式(4)计算得出消除室内余热所需室外空气温度与人均新风量的关系，以及拟合出关系式见图3。以设计最小新风量30m3/每人为例，消除余热所需室外最高温度9.3℃。随着人均引入新风量增加，消除室内余热所需的室外空气温度趋于稳定，约23℃。
Figure BDA0003711945040000101
式中Q为室内余热，kW；c为空气比热，c＝1.0kJ/(kg·℃)；tp为排风温度，℃，采用百叶进风平均温度；twf为室外温度，℃。
表1过渡季设计工况参数表
Figure BDA0003711945040000111
按设计人员密度，测试各层设计人数为：4层240人，5层230人，6层186人，8层144人。在设计人数和各工况测试风量下，为消除室内余热，可以按上述拟合关系式计算出需要的室外温度值，再判断测试时的室外温度是否满足需求。结果表明，进风百叶角度45°时均不能满足需求；进风百叶角度90°时，室外温度18℃以下均满足需求。
自然通风设计中，中和而的位置是可以人为设定的，只要改变进、排风开口的位置和面积，则中和而的位置就会发生相应的改变。应用在人员密集、内热较为集中的区域，有助于缓解冬季内区过热和过渡季节通风的问题，夏季还可以夜间自然通风。同时，该方法还具有实现简单，成本低廉的优点。我国很多地区季节性特点显著，夏季气候炎热，过渡季时间长，建筑竖井热压通风设计策略中自然通风和夜间通风具有良好的通风效果和节能潜力。建筑屋顶还应考虑自然通风，增大屋顶散热，通过改变屋顶形态和设置导风板加速空气流动。由于植被具有蒸腾、反射与遮阳的综合作用，绿化区域会比非绿化区域温度低，与自然通风结合可以获得更好的排热降温效果。此外植被也有导风的作用。成排的植物类似于导风板，能改变气流方向，引导风流。通过植被的合理布局，可让建筑获得更佳的自然通风效果。
一般条件下，建筑中的自然通风往往是风压与热压共同作用的结果，只是各自作用的强度不同，对建筑整体自然通风的贡献不同。一座建筑物，迎风面下部热压，风压作用的方向一致，进风量要比热压单独作用时大，如果迎风面上部的风压大于热压，就不能从上部开口排气，相反将变为进气，形成倒灌，建筑物受到风压、热压同时作用时，各个开孔的内外压差就等于风压、热压单独作用时内外压差之和。但是实际生活中建筑的布局多种多样，加上现在建筑的气密性越来越好，进深大于5m以后，室外风压对内区竖井通风的影响基本可以忽略不计。另外由于室外风的风速和风向经常变化，风压不是一个稳定的因素。为了保证自然通风的设计效果，在实际计算时仅考虑热压的作用，一般不考虑风压。
建筑场地的微气候条件具有不确定性，建筑内部的使用者、设施和设备却会持续放热。本发明建筑竖井热压通风就是利用这些热量引发空气垂直方向上温度分层，进而促进空气流动的被动通风策略。空气因受热导致密度减小而上升，室外较凉爽的空气通过低处开口或渗透进入，替换上升的热空气。若顶部设开口排出热气，则底部开口会持续地吸入凉爽空气，从而形成连续的空气流动。这种被称作“烟囱效应”的自然对流系统即热压通风，热空气上升产生的力即热浮力。不同于风压通风受外部风压影响，热压通风与建筑朝向和室外风环境关联不大，它是内外空气温度差引发密度差，从而形成内部竖向压力差促进空气流动的一种方式。热压通风是公共建筑有效的自然通风降温方式。据英国艾莉森·夸克团队长期对热压通风的研究表明，当室外温度至少低于室内1.7C时，热压通风能发挥热舒适调节作用，本发明取值2℃。。
T/ASC 02—2021《健康建筑评价标准》对建筑内温度控制标准规定如下：夏季：I级热舒适等级24～26℃,Ⅱ级热舒适等级26～28℃；冬季：I热舒适等级22～24℃,Ⅱ级热舒适等级18～22℃。取值：夏季24～28℃，冬季18～24℃为人员舒适温度。设置室内外温度传感器，当室内外温度差》2，自动开启竖井侧壁百叶开口，温差越大开启角度越大；测量每层竖井外内压差△P<0,则关闭本层开口百叶，形成新的中和面；继续测量压差，△P越大开启角度越大，温差接近2时，逐渐缩小至关闭百叶。
所以，通过建筑布局中设置拔风竖井，利用竖井所产生的“烟囱效应”以及层高所引起的热压来有效组织自然通风，每层竖井侧壁设置百叶开口，开口大小通过自控装置控制，屋面竖井出口四周设排风百叶，利用室内热源形成的热压驱动室内自然通风。自然通风除了能够有效地实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染。合理应用自然通风能够带走室内热量；并加快人体皮肤的汗液蒸发，提高室内热舒适性，降低建筑机械的能耗负荷。同时由于人体在自然通风条件下可以适应较大幅度的环境温度变化，室内可以维持较舒适的温度而不需要运行空调设备，同时还能够将新鲜空气引入室内并及时地将污染物排出，极大地改善室内环境品质。而如今全球能源紧缺，迫于节约能源、保持良好的室内空气品质，把自然通风这一传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义。
本发明的具体实施方式提供了利用热压的建筑竖井的动态自然通风控制方法和系统，其中方法包括：获取当前室内温度和当前室外温度；基于当前室内温度和当前室外温度的差值，计算差值大于设置，通过自控装置对竖井侧壁百叶开度大小进行调节，优化通风量；实现了自然通风降温，针对室内温度的通风量调整，不需要复杂的参数设置，通用性强，易于操作。此外，该方法和控制系统的实现仅需加设用于采集室内外温度的传感设备，竖井内外的压差传感器，尤其可以指导制定合理的开口面积，自动控制改变进、排风开口的面积和位置，则中和而的位置就会发生相应的改变。实现自然通风最大程度应用，成本低，应用价值极高。

Claims (10)

1.一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、获取每层的室内温度，判断所述室内温度是否在人员舒适范围内，若所述室内温度在所述舒适范围外，获取室外温度，并将在所述舒适范围外的室内温度对应的楼层标记为待调温层；
步骤2、判断所述待调温层的室内温度是否大于所述室外温度，若大于，且该温度差大于等于预设温度差值，执行步骤3；
步骤3、根据所述待调温层内的所有人员发热量、照明发热量、电子设备发热量和该待调温层面积，获取所述待调温层的室内余热；
获取若干个压力相关参数，所述压力相关参数包括：每层室内房间所对应的静压、每层对应的竖井内静压、每层外界环境所对应的压力；
步骤4、根据每层的室内温度，获取每层室内的空气密度，根据所述室外温度，获取室外的的空气密度；
步骤5、根据所述待调温层的室内余热、所述待调温层的室内温度、所述室外温度和所述待调温层室内的空气密度，计算所述待调温层所需的通风量；
计算所述待调温层的热压，该计算公式为：
Figure FDA0003711945030000011
其中，ΔPi为所述待调温层的热压，ζi为部件局部阻力系数，vi为空气流速，ρi为第i层对应的室内的空气密度，H为竖井高度，De为竖井当量直径，λi为摩擦阻力系数，n为总层数，i为层数；
步骤6、根据所述待调温层所需的通风量、所述若干个压力相关参数和所述待调温层的热压，利用自然通风孔口方程，获取所述待调温层出风口的面积，并根据所述待调温层出风口的面积，调整出风口的大小；
步骤7、测量每层竖井外压差，若所述竖井外压差小于零，则关闭所述待调温层出风口；
步骤8、当所述待调温层的温度差小于所述预设温度差值时，关闭所述待调温层出风口。
2.根据权利要求1所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述舒适范围具体包括夏季舒适范围和冬季舒适范围。
3.根据权利要求2所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述夏季舒适范围为24～28℃；所述冬季舒适范围为18～24℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，实时预设温度差值2℃。
5.根据权利要求1所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，
所述计算待调温层所需的通风量，该计算公式为：
Figure FDA0003711945030000021
其中，m为所述待调温层所需的通风量，所述Q为所述待调温层的室内余热，c为空气比热，c＝1.0kJ/(kg·℃)，tp为所述待调温层的室内温度，twf为所述室外温度，ρ为所述待调温层室内的空气密度。
6.根据权利要求1所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述步骤3具体为：所述待调温层的室内余热等于所述待调温层的人员发热量、照明发热量、电子设备发热量求和后与所述面积乘积。
7.根据权利要求1所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述步骤6之后还包括步骤A：实时获取待调温层的室内温度和室外温度，根据所述实时获取待调温层的室内温度和室外温度，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
8.根据权利要7所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
实时获取待调温层的室内温度和室外温度，获取实时温度差；
当所述实时温度差小于所述预设温度差值与预设变小范围值之和且大于所述预设温度差值时，建立所述实时温度差和所述待调温层出风口的面积的线性关系；
利用所述线性关系，根据所述实时温度差，获取所述待调温层出风口的面积；
根据所述待调温层出风口的面积，对所述待调温层出风口的面积进行调整。
9.根据权利要求1所述的一种利用热压的建筑竖井的自然通风方法，其特征在于，所述自然通风孔口方程，具体为：
Figure FDA0003711945030000022
其中，mi为第i层所需的通风量，C为流量系数，Ai为第i层出风口的面积，ρi为第i层每层的室内温度所对应的密度，ΔPi为所述待调温层的热压，Pi为第i层室内房间所对应的静压，Pi,a为竖井内第i层所对应的静压，Pw,i为第i层外界环境所对应的压力，h为每层楼的层高，h0为建筑物顶部出屋面高度，λi为第i层的沿程阻力损失，ζi,a为第i层支管与主管道汇合的直管的局部阻力系数，mi,a为竖井内第i层混合后的通风量，A*为竖井的横截面积，r为中和面对应的层数，g为重力加速度。
10.一种利用热压的建筑竖井的自然通风系统，其特征在于，所述系统包括：建筑通风竖井、屋顶排风百叶、风井侧壁百叶、室内外温度传感器、竖井内外压差传感器和中央处理系统；
所述建筑通风竖井设置于建筑内部，并纵向贯穿所述建筑，用于通风；
所述屋顶排风百叶设置于所述建筑通风竖井的顶部，用于通风；
所述风井侧壁百叶设置于每层对应的建筑通风竖的侧壁，用于通风；
所述竖井内外压差传感器用于获取所述若干个压力相关参数，所述压力相关参数包括：每层室内房间所对应的静压、每层对应的竖井内静压、每层外界环境所对应的压力，还用于测量每层竖井外压差；
所述室内外温度传感器用于获取每层的室内温度和室外温度；
所述中央处理系统包括处理器和存储器；
所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
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