通风天窗凭借自然高效通风、零能耗的优势,成为工业建筑中改善室内空气质量的重要设施。其核心优势的实现既依靠自然通风的物理原理,更取决通风天窗结构设计对气流的引导与控制。
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深度解析:通风天窗自然通风原理与气流引导结构设计
一、通风天窗自然通风原理
通风天窗自然通风的本质是利用自然能量推动空气流动,主要依靠温度差产生的空气浮力与风力产生的空气压差,具体体现有:
当工业厂房内产生生产热源时,室内空气受热后密度降低,产生向上浮力,形成上升气流,这时候室外温度较低的冷空气密度更高,会在重力作用下向厂房内补充,这种温度差形成的空气流动,我们称为热压通风。通风天窗安装在建筑屋顶,室内热空气自然上升至屋面,通过通风天窗出风口排出室外,同时冷空气通过天窗进风口进入室内,形成下进上排循环,达到为室内降温的效果。室内外温度差越大,通风量与通风效率会明显提升。
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通风天窗结构设计巧妙利用了风压,天窗出风口采用背风式设计,当气流经过时出风口区域形成负压,主动将室内热空气排出,进一步强化整体通风效果。值得注意的是,风压通风受风向、风速影响较大,通常与热压通风相结合,形成热压差与风压差相互作用的通风模式,保持通风稳定性。
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二、通风天窗如何精准引导气流
(一)、进风口
进风口是室外冷空气进入通风天窗内部的关口,位置、尺寸与形态直接决定通风效率。
1、位置设计:通风天窗的进风口多设置在天窗底部两侧,与屋面保持高度差,这样设计的目的是避免屋面雨水倒灌,让冷空气沿着屋面平缓进入,减少气流冲击阻力。
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2、尺寸大小设计:通风天窗进风口尺寸需满足厂房通风量需求,如果进风口过小,导致冷空气进入不足,室内热空气排出不及时,无法满足厂房通风需求。如果进风口过大,可能会出现气流短路问题,冷热空气没有得到足够的交流,导致通风效率下降、温度分布不均。
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(二)、风道
通风天窗风道是连接通风口和出风口的核心,优化气流通道,可减少流动阻力。风道内壁光滑度、截面状态和长度设计直接影响气流阻力。
1、内壁光滑度:风道内壁采用彩钢板或镀锌钢板,并对表面做平整处理,避免因凸起缝隙导致气流紊乱,增加局部阻力,也可在风道内壁加装导流板,引导气流沿固定轨迹流动。
2、截面状态:常见的风道截面有弧形和矩形两种,弧形通风天窗风道内壁为流线型,气流经过时可降15%~25%左右的风阻力,适合通风换气需求量大的厂房,薄型(矩形)通风天窗适用于屋面空间有限的场景,通过优化内壁转角,减少气流阻力。
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3、长度设计:通风天窗风道长度需与建筑跨度匹配,过长风道导致气流衰减,末端通风效率降低,对于大跨度工业厂房采用多排平行顺坡安装布置,缩短单组通风天窗的风道长度,保证厂房的通风均衡性。
(三)出风口
通风天窗出风口强化气流出口,加快热空气排出,排出效率主要受高度、朝向、形态设计影响。
1、高度设计:通风天窗出风口高度根据建筑高度调整,通常高于屋面1.5~2米,高度越高,热压作用越强,同时能减少屋面障碍物对气流的阻挡。
2、朝向优化:通风天窗出风口朝向需结合项目所在地主导风向设计,通常在侧风向或背风向,避风型通风天窗会在出风口外侧加装挡风板,不论风向方向都可在出风口形成负压,确保热空气稳定排出,适合台风多发、风向多变的地区。
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(四)排水系统
虽然通风天窗排水系统不能直接引导气流,但能够避免雨水、杂物进入天窗内部,保障通风稳定性,避免结构受损,保障通风系统长期稳定运行。排水系统中的排水槽设置在天窗底部,具有一定的坡度设计,确保雨水快速排出,避免积水渗入屋面,也可在排水槽末端加装水封装置,防止室外冷空气通过排水槽倒灌进入室内,影响通风效果。
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深度解析:通风天窗自然通风原理与气流引导结构设计
(五)导流板与分隔板
通风天窗导流板与分隔板能够细化气流分配,提升通风均衡性,导流板安装在风道内部,将进风口冷空气引入到厂房热负荷集中区域,让冷空气与热空气充分交换后排出,避免出现气流短路问题。通风天窗分隔板将风道划分为多个独立小通道,每个通道对应厂房不同区域,实现分区通风。
通风天窗自然通风是通过热压、风压原理精准运用,结合进风口、风道、出风口等结构设计,主动引导气流形成高效循环,帮助工业厂房高温排热,成为按需通风,降低能耗的绿色建筑通风系统。
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