建筑自然通风讲义143p-华南理工大学

1、华南理工大学 建筑学院 张宇峰 2015版,建筑自然通风,认知框架,空气流线与流动原理 室内环境与室外气候 建筑自然通风设计,认知框架,空气流线与流动原理 室内环境与室外气候 建筑自然通风设计,空气性质,基本物性：密度、压强、温度、速度 惯性：维持原有运动状态 粘性：因摩擦反抗相对运动 热胀性：温度升高，体积增大，密度减小 压缩性：压强增大，体积减小，密度增大,空 气 流 线,风在建筑外绕行,风影区,取自“Air flow around buildings”in 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals,风影区迎风之长,风影区迎风之高,风影区迎风之深,风影区风向角,立

2、面法线,来流风向,风向角,空气的惯性、粘性 开窗位置和面积设计,风在建筑内穿行,开窗高度和面积设计,风在建筑内穿行,风在建筑内穿行,计算流体力学模拟室内通风通路设计,空气流动原理,参考流体力学,流动模型,取一股流动中的空气 1、2断面处空气参数：流速、压强、面积和高度 压强朝向法线反方向,1,1,2,2,压力做功,动能变化,势能变化,时刻内发生的流动,1,1,1,1,2,2,2,2,理想流体能量守恒,时刻内发生的流动,1,1,1,1,2,2,2,2,理想流体能量守恒,伯努利原理一,动能变化+势能变化=压力做功,文丘里效应：流速增加，压强减小,伯努利原理,时刻内发生的流动,1,1,1,1,2,2

3、,2,2,粘性流体能量守恒,单位体积流体流经1-2时因流动阻力产生的能量损失,动能变化+势能变化+能量损失=压力做功,伯努利原理二,长度、直径、粗糙度，损失,弯曲角度 、弯曲半径，损失,流动阻力能量损失,风压通风原理,风压系数 屋面高度来流风速,迎风面,背风面,屋面,侧风面,建筑表面风压,风压系数 屋面高度来流风速,迎风面,背风面,屋面,侧风面,建筑表面风压,A,B,A,B,滞点,侧风面-0.55,迎风面0.6,背风面-0.38,平面图,1,1,2,2,风在建筑内穿行,风压通风原理,热压通风原理,热压与进出风口高差和室内外温度差成正比,热压通风（烟囱效应,热压通风原理,掌握基本概念：风影区、伯

4、努利原理、建筑表面风压、流动阻力 理解空气流线的形成和特点 掌握风压通风和热压通风设计依据 思考：建筑体型还有哪些类型？会形成怎样的流场？风影区如何？与方型建筑相比，流线型建筑的室内通风情况如何？有一种说法认为建筑室内通风良好时，会在建筑后面形成较大风影区，你怎么看？ 预习：人对通风有何需求？自然界的风是如何产生的？各地的通风资源有何不同,课下练习,认知框架,空气流线与流动原理 室内环境与室外气候 建筑自然通风设计,室内环境,风对人的影响和作用？ 自然通风如何改善人的不适感,人体热平衡-恒温动物,体核,皮肤,皮肤血流,体外环境,对流，辐射,呼吸，蒸发,产热量 = 体核向皮肤传热量 = 皮肤向环

5、境传热量,活动量,皮肤血流量,服装热阻 空气温度 空气湿度 风速 平均辐射温度,皮肤对流换热,皮肤与周围气流接触时，同时发生导热和对流的传热过程,驱动力与空气温度有关 换热系数与风速成正比,层流导热,湍流 对流,身体,人体蒸发换热,湿皮肤与周围气流接触时同时发生扩散和蒸发的过程 扩散： 蒸发,对流扩散系数，s-1：与对流换热系数成正比 蒸发换热热阻，(m2K)/W,饱和 蒸发,不饱和 扩散,身体,驱动力与空气湿度有关 换热系数与风速成正比 人体总蒸发换热量与皮肤湿润度成正比,参考标准,夏季（0.5clo）舒适温度范围 2427 冬季（1.0clo）舒适温度范围 2025 前提条件：50%、0.

6、2m/s、1.2met,操作温度（,含湿量,热舒适区,风速0.2m/s 1.2met,相对湿度,GB/T 5701-2008室内热环境条件,DA McINTYRE.Indoor Climate，Applied Science Published LTD，1980,风速与风感,0.8 m/s,3,GB/T 5701-2008室内热环境条件,适宜温度上升量（,风速（m/s,0.8m/s的风速可提升适宜温度3，也即2730,对于夏季着装和轻量活动,风速提升适宜温度,建筑热环境设计指标研究,七月28.8C，82%，一月13.9C，74%（广州） 夏热冬暖地区夏季漫长，建筑存量大，空调耗能多 建筑热环境

7、设计指标大多面向建筑设备 缺少面向建筑热工设计的设计指标,国家自然科学基金资助（50708038，50838003，50978102,广州,方法,2008-2012 城市（广州）：13栋自然通风+19栋分体空调建筑，92 人，3403份原始数据 农村（潮汕）：270座自然通风民宅，448人，446份原始数据 问卷+物理测试,自然通风,开窗自然通风时室内风速达0.3m/s 农村高于城市,三月，四月，十月，十一月，十二月,自然通风,80%可接受范围 城市：18.0-28.5C 农村：28.5,数据点面积代表样本量，实线为全部数据的回归线,三月，四月，十月，十一月，十二月,使用风扇,室内平均风速0.

8、45m/s 个体差异0.23m/s （标准偏差） 使用风扇达室内风速最大值0.9m/s（95%置信,六月和十月,使用风扇,80%可接受范围 城市与农村：29.5,六月和十月,室外气候,自然界的风是怎样形成的？分几种？各有什么特点？ 用什么指标来描述风的特性？ 跟建筑自然通风有关的气候参数有哪些？ 参考教材第6467页，附录5,风之分类大气环流,赤道受热，空气膨胀上升，向两极流动，形成上空气流 上空气流在极地受冷下沉，向赤道回流，形成近地气流,上空气流,近地气流,风之分类大气环流,地球自转对气流产生地转偏向力，形成： 四个气压带 三个环流 四个风带,风之分类季风,陆地升温较快，气压增高 近地季风

9、从海洋吹向大陆,陆地降温较快，气压降低 近地季风风由大陆吹向海洋,风之分类海陆风,陆地升温快，海洋升温慢 近地风从海洋吹向陆地,陆地降温快，海洋降温慢 近地风从陆地吹向海洋,风之分类山谷风,山坡升温快，山谷升温慢 近地风从山谷吹向山坡,山坡降温快，山谷降温慢 近地风从山坡吹向山谷,风之成因,广州,风由温差造成，温差由太阳辐射引起,风之特性风力等级,中国气象科学共享服务网 气象统计资料 http:/,年平均风速,风资源分布,风之特性风向（风玫瑰图,广州夏季主导风东南风，全年主导风北风 夏季风排序：东南风（16%），东风，南风,年平均风向,广州建筑气候,建筑用典型气象年,统计近30年重要气候指标的

10、平均特征 挑选与平均特征相近的年月拼接而成,取自： 中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系（著），中国建筑热环境分析专用气象数据集，中国建筑工业出版社，2005,广州月均风速,7月1.6m/s，1月1.9m/s，全年平均1.7m/s,最大4.5m/s，多数1m/s,广州日均风速,7月标准日：最大2.7m/s，最小1.0m/s，平均1.9m/s 1月标准日：最大3.2m/s，最小1.3m/s，平均2.0m/s,张晴原等（著），中国建筑用标准气象数据库，机械工业出版社，2004,广州小时风速,4月标准日：最大2.1m/s，最小1.0m/s，平均1.5m/s 10月标准日：最大2.

11、3m/s，最小1.2m/s，平均1.7m/s,张晴原等（著），中国建筑用标准气象数据库，机械工业出版社，2004,广州小时风速,广州室外综合温度,过热211天（58%），过冷31天（9%），适中123天（33%） 充分满足夏季防热，可不考虑冬季保温,广州室外综合温度,过热132天（36%），过冷31天（9%），适中123天（55%） 利用自然通风可解决夏季80天（40%）的过热问题,30,建筑热工设计要求,热环境设计,26,节能设计,热环境设计,26,节能设计,热环境设计,广州夏季晴天,注：房间333m，南北开窗，窗墙面积比0.3，外墙、屋顶、外窗传热系数1.5、0.9、6W/(m2K) ，外

12、窗综合遮阳系数0.8，气温2736，平均31,26,节能设计,广州节能设计,JGJ 75-2012 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准,广州节能设计,GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准,建筑遮阳,建筑自然通风,自然通风的气候地域性,综合考虑气温、太阳辐射、风 气温高且持续时间长、太阳辐射较强且风速较大的气候地区，建筑自然通风较为重要,北 方,南 方,严实墩厚、立面平整、封闭低矮,峻峭屋面、通透轻巧、底部架空,理解风对身体传热的影响和作用 理解自然界风形成的原因和特点 掌握热环境设计和节能设计对自然通风的要求 思考：从两个角度，即房间传热和人体传热，分析热环境设计对通风的要求？有人认

13、为南方地区夏季防热首推自然通风，其次是遮阳和围护结构隔热，你怎么看？ 预习：哪些设计与建筑的自然通风有关？先后顺序如何？如何作建筑的风压通风设计？如何作建筑的热压通风设计,课下练习,认知框架,空气流线与流动原理 室内环境与室外气候 建筑自然通风设计,群体布局,建筑群布局形式有哪些？ 从哪些方面评判建筑群布局在促进自然通风方面的优劣？ 哪种布局有利于通风，哪种不利,3134教学楼,东湖北部楼群,南秀村、红棉苑,北区教工家属楼,天一新村,电子五所,东区教工楼群,汇景新城别墅,东方新世界,芳草园,中怡城市花园,南国花园,星汇园,猎德小区,深圳住区,平面布局分类,并列式,行列式,风在建筑外绕行,风影区

14、,取自“Air flow around buildings”in 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals,空气流动形式,独立流（高宽比1/3,尾迹干扰流 （高宽比1/33/4,滑流（高宽比3/4,平面布局设计,错列式、斜列式、自由式优于并列式和周边式,汇景新城,深圳华侨城,风影区迎风之高,空间布局设计,架空通风设计,32号楼（华工院,北京：用风防风,单体设计,建筑单体设计的哪些方面会影响通风？ 优秀的建筑通风作品有哪些？各有什么特点？ 如何评价建筑单体通风设计的优劣,朝向,减少太阳辐射照射、避免西晒 利于夏季引风导风 防暴风雨,广州建筑最佳朝向 南偏西5南偏东10,

15、风影区风向投射角,立面法线,来流风向,风向投射角,风压系数 屋面高度来流风速,迎风面,背风面,屋面,侧风面,建筑表面风压,A,B,A,B,滞点,侧风面-0.55,迎风面0.6,背风面-0.38,平面图,风压系数 屋面高度来流风速,迎风面,背风面,屋面,侧风面,建筑表面风压,B,C,B,C,迎风面0.3,背风面-0.5,A,A,B,平面图,朝向,兼顾室内自然通风和室外风影区影响 建筑主立面与主导风成2030,平面体形,一”、“工”、“王”字形大部分房间朝向好，有利于防晒通风，次要功能或交通廊道可布置于东西侧 “口”字形通风互有遮挡，只适用于低层和天井较大的建筑，多依靠天井增强热压通风和采光 锯齿

16、形设计用于不利条件下防晒通风问题的缓解,文丘里效应：流速增加，压强减小,伯努利原理,管式住宅,捕风塔,UMNO大楼,翼型导风墙聚集自然风 门窗百叶交通廊道功能空间,UMNO大楼,10城规吴凯晴,吉巴欧文化中心,吉巴欧文化中心,美拉尼西亚,尊重当地文化与适应当地气候相结合 “通过减少垂直要素的高度，使垂直要素在上部更加开放，这种做法同时又增加了通风效果”（皮亚诺,露台,展览室,庭院,通道,棚屋,曲线型薄木板,吉巴欧文化中心,正面来风，610m/s,正面来风，1015m/s,台风来袭,背面来风,吉巴欧文化中心,热压与进出风口高差和室内外温度差成正比,热压通风（烟囱效应,三间两廊,三间两廊-佛山三水

17、,广府传统民居通风方法及其现代建筑应用，博士学位论文，曾志辉，华南理工大学，2010,日间,天井与厅堂温差2 热压通风为主,三间两廊-佛山三水,三间两廊-佛山东华里,日间,天井与厅堂温差2 风压通风为主,东南风,三间两廊-佛山东华里,夜间,天井与厅堂无温差 风压通风为主,广府传统民居通风方法及其现代建筑应用，博士学位论文，曾志辉，华南理工大学，2010,广府传统民居通风方法及其现代建筑应用，博士学位论文，曾志辉，华南理工大学，2010 陆琦, 施瑛. 传统民居园林与设计借鉴中山泮庐住居. 南方建筑, 2010, (3):48-50,传统经验再创造-中山泮庐,11城规王琪,11景观沙泠,11城规

18、冯煦欣,中庭热压通风,英国巴克莱卡公司总部（Fitzroy Robinson Limited,东京安田研究院（株式会社大建设计,31号楼（华工院,山东交通学院图书馆（清华设计院,英国贝丁顿零能耗住宅（Bill Dunster,汉诺威梅斯26号展厅,天然采光,自然通风,北,汉诺威梅斯26号展厅,德国林茨会展中心,11景观卢品,风之分类海陆风,长沙,陆地升温快，海洋升温慢 近地风从海洋吹向陆地,陆地降温快，海洋降温慢 近地风从陆地吹向海洋,逸夫人文馆,德国科学园（Kiessier,细部设计,房间设计中哪些因素影响通风？ 门窗等开口的通风设计要注意什么？ 房间内各空间的连接设计要注意什么？ 交通流线 风之流线是否可以类比,开口水平位置设计,进、出风口不应过分接近,进、出风口不应布置在同一侧,进、