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大气压力对自然通风排气的影响分析

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大气压力对自然通风排气的影响分析

发布时间:2022-12-5

一、大气压力与什么有关?

气压的大小与海拔高度、大气温度、大气湿度等有关。一般地说,晴天的大气压比阴天高,冬天的大气压比夏天高。大气压随空气湿度的增大而减小,大气压随温度的升高而减小,大气压随海拔的升高而减小。

1. 海拔高度:气压随高度增加而降低

2. 海陆分布:因海陆存在热力性质差异,所以海陆间气温与气压随季节发生变化。北半球夏季,陆地上形成低压,海洋上形成高压;冬季相反。

3. 气温:同一水平面上,气温高则气压低,反之气温低则气压高。

4. 空气垂直运动:上升气流处往往气压比同一水平面略低;下沉气流处相反。

5. 湿度:湿度增加说明干空气占比减小,水蒸气增加,空气的混合比重减小,大气压随空气湿度的增大而减小。

6. 开放系统的空气密度、温度与气压的关系p=ρRT/M=n*RT/V=m*RT/M/V
其中M为气体的摩尔质量,ρ为气体密度,R为比例常数,对任意理想气体而言,R是一定的。
    其方程为pV=nRT。这个方程有4个变量:p是指理想气体的压强,V为理想气体的体积,n表示气体物质的量,而T则表示理想气体的热力学温度。R为理想气体常数。m为气体的质量。

7. 垂直方向的空气压力,P=ρgh,h为高度。

8. 我们通常所称的大气,就是包围在地球周围的整个空气层。它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外,还含有水蒸汽和尘埃。我们把含水蒸汽很少(即湿度小)的空气称“干空气”,而把含水蒸汽较多(即湿度大)的空气称“湿空气”。干空气的分子量是28.966,而水蒸汽的分子量是18.016,故干空气分子要比水蒸汽分子重。在相同状况下,干空气的密度也比水蒸汽的密度大。水蒸汽的密度仅为干空气密度62%左右。

一般地说,晴天的大气压比阴天高,冬天的大气压比夏天高。大气压随空气湿度的增大而减小,大气压随温度的升高而减小,大气压随海拔的升高而减小。

  P=n*RT/V=m*RT/M/V=ρRT/M

  温度升高,体积膨胀,密度降低,n降低

8.1大气压随温度的升高而减小

  P=ρRT/M,温度增加,体积变大,空气密度减小,P∝ρ*T=T/V

  因为V=V0*(1+kt),有T/V=T/V0/(1+kt)=(273+t)/V0/(1+kt)=273/V0*(1+t/273-kt)。当k>1/273.15=0.00366,T增加,P减小。体积膨胀系数,氧气0.00367,空气0.003676

8.2 大气压随海拔的升高而减小

  海拔增加,温度降低,空气密度减小,P∝ρ*T

8.3大气压随空气湿度的增大而减小

  ρ=ρ1+ρ2=(Pa*Ma/RT+Pv*Mv/RT)∝(Pa*Ma+Pv*Mv)=ρa*(1-0.378*Pv/P),假设体积不变

  M=Ma*n1+Mv*n2=Ma*(1-0.378*Pv/P)

  ρ/M=ρa/Ma

但是因为空气密度减少,体积变大,产生扩散运动,导致气压变低。

8.4大气压与温度、湿度的关系(空气密度决定一切)

  晴天温度高(相对于阴天),大气压高(水汽少,空气密度大);

  阴天温度低,大气压低(水汽多,空气密度小);

  冬天(相对于夏天)温度低,大气压高(温度低,空气密度大,ρ*T增加);

  夏天温度高,大气压低(温度高,空气密度小,ρ*T降低)

  温度增加,大气压降低; 湿度增加,大气压降低

  湿度增加,如果温度降低,大气压降低。

  湿度增加,如果温度增加,大气压不确定

9.大气压日变化

  一天中,气压有一个最高值、一个最低值,分别出现在9~10时和15~16时,还有一个次高值和一个次低值,分别出现在21~22时和3~4时。气压日变化幅度较小,一般为0.1~0.4kPa。

  导致大气压日变化的原因主要有三点。一是大气的运动;二是大气温度;三是大气湿度。日出以后,地面升温,同时地面将部分热量输送给大气,大气也不断地积累热量,其温度升高湿度增大。

  当温度升高后,大气逐渐向高空上升,在下午15~16时,大气上升运动的速度达最大值,同时大气的湿度也达较大值,由于此二因素的影响,导致一天中此时的大气压最低。

  16时以后,大气温度逐渐降低,其湿度减小,大气向上的辐散运动减弱,大气压值开始升高;进入夜晚;大气变冷开始向地面下沉,在上午9~10时,空气密度最大,此时的大气压是一天中的最高值。

上升气流对应低气压,下沉气流对应高气压。

10.大气压的年变化

  夏天,大陆中的气温比海洋上高,大气的湿度也比较大(相对冬天而言),这样大陆上的空气不断向海洋上扩散,导致其压强减小。

  冬天,大陆上气温比海洋上低,大陆上的空气湿度也较夏天小,这样海洋上的空气就向大陆上扩散,使大陆上的气压升高。

  冬天的大气压比夏天高。在这里决定大气压变化的因素是大气的流动及大气的温度。

二、大气压力如何影响自然通风换气效果?

1. 首先要明确地的是:

1)空气的流动是由于两个空间或两个区域之间存在压力差或密度差时才会产生。

2)我们生活的空间存在两个区域,如:厕所与大厅,大厅与室外空间;厕所与室外空间;厨房与室外空间等。

3)空气的流动分为水平扩散(包括单向和双向)流动和垂直流动。当存在障碍物时会阻止流动。将化粪池和其管道作为一个空间,将与室外连通的室内和大气作为另一个空间。

2. 几种场景:

(1)公厕类:

A.室外气压低,且无风,管道内和化粪池气压高时,如果化粪池没有通风管,室内与大气连通,室内气压也低,化粪池内的气体会通过下水漏或坐便器进入室内,再通过厕所的门窗向外排出臭气。所以,外部气压低时会感觉到室内臭气熏天。当设有排气管时,会有部分臭气通过排气管排出,大部分臭气通过下水漏或坐便器进入室内,再通过厕所的门窗向外排出。这种自然排气速度是缓慢的,而且化粪池还会不断产生臭气。如果门窗封闭,室内臭气浓度更大。

B.室外气压高,且无风,管道内和化粪池气压低时,室内与大气连通,室内气压也高,如果化粪池没有通风管,化粪池内的气体也很少会通过下水漏或坐便器进入室内,很难通过厕所的门窗向外排出臭气。当设有排气管(排气管越高,排气口处压力越低)时,会有大部分臭气在室内高压的作用下(室内地面压力相对于排气管出口高),通过排气管的排气口产生扩散对流排出,很少一部分臭气在外部气压和内部气压的共同作用下,通过下水漏或坐便器进入室内,再通过厕所的门窗产生扩散对流向外排出。

C.当外部气压低,且有风时,风水平掠过门窗通气口或排气口,室内与大气连通,室内气压也低,来风可能在通气口或排气口处产生负压区,带动室内或化粪池内的臭气排出,即有部分臭气经过室内从门窗口排出,室内会感觉到臭气;另一部分臭气经排气管排出。当来风是切向风时,有可能出现在排气口处风的动能转换成压力能进入室内或排气管内,阻止室内臭气在此排气口处的排出。切变风有时也有利于室内臭气的排出,这要看风向与出风口的结构和相互方向、位置的关系。如果门窗开启有穿堂风,大部分臭气会通过室内经门窗排出。

D.当外部气压高,且有风时,室内与大气连通,室内气压也高,风水平掠过门窗通气口或排气口,都可能在通气口或排气口处产生负压区,带动室内或化粪池内的臭气排出,即有大部分臭气从排气管排出,室内会感觉不到臭气;当来风是切向风时,有可能出现在排气口处风的动能转换成压力能进入室内或排气管内,阻止室内臭气在此排气口处的排出。切变风有时也有利于室内臭气的排出,这要看风向与出风口的结构和相互方向、位置的关系。如果门窗开启有穿堂风时,会有部分臭气会通过室内经门窗排出。

(2)多层或高层住宅类:这种类型一般楼顶上都设有共用通风管口。

多家地漏的的通气口面积总和远大于总排气管的面积。

A.室外气压低,且无风,管道内和化粪池气压高时,室内与大气连通,气压也低,管道内或化粪池内部分臭气通过排气管排出,另一部分臭气通过下水漏或坐便器进入各家室内,再通过各层门窗向外排出。这种自然排气速度是缓慢的,而且化粪池和管道内还会不断产生臭气。

如果某层门窗关闭且无透风处,即屋内与大气不连通,此时,如果屋内气压高,则不会出现臭气;如果屋内气压低,就会出现臭气。

B.室外气压高,且无风,管道内和化粪池气压低时,室内与大气连通,室内气压也高,如果化粪池没有通风管,化粪池内的气体也很少会通过下水漏或坐便器进入室内,很难通过室内的门窗向外排出臭气。当设有排气管(排气管越高,排气口处压力越低)时,会有大部分臭气在室内高压的作用下(室内地面压力相对于排气管出口高),通过排气管的排气口产生扩散对流排出,很少一部分臭气在外部气压和内部气压的共同作用下,通过下水漏或坐便器进入室内,再通过门窗产生扩散对流向外排出。

C.当外部气压低,且有风时,风水平掠过排气口,室内与大气连通,室内气压也低,来风可能排气口处产生负压区,带动管内或化粪池内的臭气排出,大部分臭气经排气管排出。当来风是切向风时,有可能出现在排气口处风的动能转换成压力能进入室内或排气管内,阻止管内臭气在此排气口处的排出。切变风有时也有利于室内臭气的排出,这要看风向与出风口的结构和相互方向、位置的关系。如果门窗开启有穿堂风,有部分臭气会通过室内经门窗排出。

D.当外部气压高,且有风时,室内与大气连通,室内气压也高,风水平掠过排气口,在排气口处产生负压区,带动室内、管内或化粪池内的臭气排出,即有大部分臭气从排气管排出,室内会感觉不到臭气;当来风是切向风时,有可能出现在排气口处风的动能转换成压力能进入室内或排气管内,阻止室内臭气在此排气口处的排出。切变风有时也有利于室内臭气的排出,这要看风向与出风口的结构和相互方向、位置的关系。如果门窗开启有穿堂风时,会有部分臭气会通过室内经门窗排出。

    从以上各种工况分析的结果可以看出:无论外部气压高低,有风还是无风,都有可能在室内出现臭气。这关键取决于排气口处与室内之间的压差,室内压力高于排气管出口的压力,室内就不易出现臭气;室内压力低于排气管出口压力,室内就会出现臭气。关键是如何实现排气管出口的压力永远保持相对低压,这是问题的根本!

三、空气能排气帽如何影响通风换气效果?

空气能排气帽安装在建筑物顶部。有高度差影响压差,排气管越高排气效果越好,当然管的阻力越大。

1、外部气压低,室内与大气连通,室内气压也低,管道内气压高,由于排气管高度远高于地面,排气管出口气压低于地面。

无风时,一部分臭气也会从排气管口排出,另一部分从各家地漏等处排向室内。

当有风时或无风时排气帽出气口有电动排气扇时,空气能排气帽出口会产生相对于此处大气更低的负压,抽吸管道内的臭气排出,室内不会出现臭气。当有切变风时,我们的空气能排气帽也不会在管口产生由动压变成静压的状况,即不会出现倒灌风现象。

当外部气压低时,通过室内排气扇向外抽气,如果排气扇安装的位置不合理,会增加经过室内臭气的流量,采用此种方法要科学选择安装排气扇的位置!

2、外部气压高,室内与大气连通,室内气压也高,管道内气压低,由于排气管高度远高于地面,排气管出口气压低于地面。

无风时,臭气也会从排气管口排出,不会从各家地漏等处排向室内。

当有时,空气能排气帽出口会产生相对于此处大气的负压,加速抽吸管道内的臭气排出,室内不会出现臭气。

当有切变风时,我们的空气能排气帽也不会在管口产生由动压变成静压的状况,即不会出现倒灌风现象。

对下沉气流对应高气压,排气效果更好!

当外部气压高时,通过室内排气扇向外抽气,如果排气扇安装的位置不合理,会出现经过室内抽吸臭气的现象,采用此种方法也要科学选择安装排气扇的位置!

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