DBJ52T-建筑自然通风设计计算导则

/FORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXX建筑自然通风设计计算导则Guidelinefordesigningnaturalventilation（征求意见稿）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXT-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXTXXXX发布前言为推动贵州省自然通风技术在建筑中的应用，根据贵州省住房和城乡建设厅黔建科通〔2015〕151号文件的要求，编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考国内外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本规范。本导则主要技术内容是：1.范围；2.规范性引用文件；3.术语和定义；4.计算方法；5.自然通风量模拟计算。本导则由贵州省住房和城乡建设厅负责管理，由东南大学、贵州中建建筑科研设计院有限公司负责具体技术内容的解释。本标准起草单位：东南大学贵州中建建筑科研设计院有限公司。本标准主要起草人：

目录1、范围 12规范性引用文件 13术语和定义 13.1术语 13.2符号 14计算方法 24.1一般规定 34.2自然通风设计基本原理 44.2.1自然通风热舒适性 44.2.2贵州省气候特征 44.2.3建筑周围微环境预测与优化 64.3自然通风的作用原理 64.3.1风压作用下的自然通风 74.3.2热压作用下的自然通风通风 74.3.3风压和热压联合通风 104.4自然通风计算 104.5自然通风策略 124.5.1单侧通风 124.5.2穿堂风 144.5.3利用热压加强通风 144.5.4太阳能诱导通风 164.5.5避风天窗及风帽 184.5.6避风天窗 185自然通风量模拟计算 195.1自然通风模型 195.2常用的气流组织计算软件 195.2.1EnergyPlus 195.2.2CFD模型 20附录一：风压系数 22附录二：有效热量法 24附录三：窗户开口流量系数 25自然通风建筑设计计算导则1、范围本标准规定了用于计算建筑自然通风的术语和定义、编制原则、计算方法。本标准适用于建筑自然通风的设计计算方法的制定。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。DBJ52-49-2008《贵州居住建筑节能设计标准》GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》JGJ/T309-2013《建筑通风效果测试与评价标准》《建筑环境模拟导则》3术语和符号下列术语和定义适用于本文件。3.1术语3.0.1自然通风naturalventilation依靠室外风力造成的风压和室内外空气温度差造成的热压等自然力，促使空气流动，使得建筑室内外空气交换的通风方式。3.0.2穿堂风（贯流式通风）crossventilation通常是指建筑物迎风一侧和背风一侧均有开口，且开口之间有顺畅的空气通路，从而使自然风能够直接穿过整个建筑。这是一种主要依靠风压进行的通风。3.0.3单面通风singlesideventilation当自然风的入口和出口在建筑物的同一个外表面上，这种通风方式被称为单面通风。3.0.4风井或者中庭通风chimneyoratriumventilation主要利用热压进行自然通风的一种方法，通过风井或者中庭中热空气上升的烟囱效应作为驱动力，把室内热空气通过风井和中庭顶部的排气口排向室外。3.0.5热压stackpressure由建筑开口两端得温度差引起的密度差造成压力差异。3.0.6热压通风stackventilation利用室内外热压引起的压差来进行室内外空气交换。3.0.7风压windpressure由于建筑物的阻挡，使四周空气受阻，动压下降，静压升高·侧面和背面产生局部涡流静压下降和远处受干扰的气流相比，这种静压的升高和降低统称为风压。3.0.8风压通风windventilation利用室内外风压引起的压差来进行室内外空气交换。3.2符号建筑开口两侧压差，重力加速度，取9.8高度z处建筑开口两侧压差，空气的比热容，风压作用下建筑开口两侧压差，自由来流的速度，热压作用下建筑开口的两侧压差，参考点高度的时均风速值，该参考点通常取平坦地面以上10基准高度处的压力，入口处的修正风速，开口的局部阻力系数烟囱里面的平均速度，风压系数通过窗户开口的有效速度，；开口1和开口2处的风压系数垂直高度，热压系数基准高度，空气流过开口时的流速，两开口的高度差，室外空气温度，窗户高度，区域室内空气温度，烟囱在与屋顶的最高交点以上的最小高度，；建筑内部平均温度，出口中心与屋顶最高点之间的水平距离，工作区空气温度，根据卫生标准规定，第一层高度，建筑上部开口的排气温度，开口宽度，温度随高度z的变化值；每个区域的开口高度，基准高度QUOTEz0处的温度，烟囱水力直径，平均温差，烟囱宽度，空气集热器出口温度，烟囱深度，通过开口的温差，有效开口面积，区域i的温度，建筑开口面积，空气自由来流密度，窗户的有效开口面积，高度为z处的空气密度，建筑顶部和底部的开口面积，空气的密度，;入口和出口的面积，穿过开口的空气的密度差，通风道横截面积，参考室外温度下的空气密度，入口、风阀（假设存在）以及出口面积，参考室外温度下的空气密度，沿高度方向的温度梯度，通过建筑开口的质量流量,地形通过开口的体积流量，烟囱穿过的屋顶部分的倾斜角度，°建筑余热（显热），压力损失系数由窗户开度决定的无量纲系数烟囱壁的摩擦因数浮升力常数开口流量系数，一般小于1风湍流系数

4计算方法4.1一般规定1、通风时应优先考虑采用自然通风消除建筑物余热、余湿和进行室内污染物浓度控制。对于室外空气污染和噪声污染严重的地区，不宜采用自然通风。当自然通风不能满足要求时，应采用机械通风，或自然通风和机械通风结合的复合通风。2、利用自然通风的建筑在设计时应满足：（1）利用穿堂风进行自然通风的建筑，其迎风面与夏季主导风向宜成60°~90°，且不应小于45°，同时应考虑可利用的春秋季风向以充分利用自然通风；（2）建筑群宜采用错列式、斜列式平面布置形式以替代行列式、周边式平面布置形式。3、自然通风区域与外墙开口或屋顶天窗的距离宜较近。通畅的通风开口面积不应小于房间地板面积的5%，其中：生活、工作的房间的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的5%；厨房的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的10%，并不得小于0.60m2。建筑内区房间若通过邻接房间进行自然通风，其通风开口面积与房间地板面积的比例应在上述基础上提高。各地具体情况应按当地相关标准执行。4、采用自然通风的建筑，应先对建筑进行自然通风潜力分析，并依据气候条件设计自然通风策略。5、宜结合建筑设计，合理利用各种被动通风技术强化自然通风，如捕风装置、屋顶无动力风帽装置、太阳能诱导通风等方式。6、自然通风的空气从上游流向下游时会导致下游的区域的空气质量和舒适性下降。所以上游的空气应尽量排到室外或者洗手间。7、自然通风的空气应该避免流入空气不流通区域，因为空气不流通会导致空气质量和舒适性变差。8、夏季自然通风应采用阻力系数小、易于操作和维修的进排风口或窗扇。9、夏季自然通风用的进风口，其下缘距室内地面的高度不应大于1.2m；冬季自然通风用的进风口，当其下缘距室内地面的高度小于4m时，应采取防止冷风吹向人员活动区的措施。4.2自然通风设计基本原理4.2.1自然通风热舒适性ASHAREStandard55-2010根据对21000个主要办公大楼的数据库测量得来的一个热舒适度适应模型，得到如图6.1所示。这个图包含两个温度上限—一个是满足80%可接受需求的上限，一个是满足90%的。当其他要求都未知时80%的可接受度可作为典型的限度。90%适用于需要满足更高要求的情况。对于图6.1中显示的温度上下限，不能使用外插法对室外温度在限度以外的情况进行求解。图4.1自然通风条件下可接受的操作温度4.2.2贵州省气候特征贵州省冬季多偏北或东北风，相反，夏季多偏南或东南风（见表4.1）。这种具有规律性的季风特点对于建筑中采用自然通风时非常有利的。表4.1设计用室外气象参数市海拔高度（）室外平均风速（）冬季主导风向夏季主导风向室外计算干球温度（）冬季夏季冬季通风夏季通风威宁2北风转东北风南风转东南风-1.220.8桐梓972.01.72.1东风南风转东南风0.828.1毕节15东北风东南风-0.625.7遵义843.91.01.3东风南风1.028.9贵阳1东北风南风0.727.0三穗6北风南风转东南风0.229兴义13东北风南风1.925.4注：数据来源：《实用供热空调设计手册》室外气象条件是影响自然通风的主要因素，也是建筑物自然通风潜力评价的必要输入条件，选取由清华大学和中国气象信息中心气象资料室合作开发的逐时气象资料（CSWD），其基础数据来源于全国270个地面气象台站1971-2003年的气象观测数据。根据贵州省各市典型气象年（CSWD）数据计算贵州各城市的月平均温度如表4.2所示：表4.2各城市月平均温度（）城市月份咸宁桐梓毕节遵义贵阳三穗兴义12.974.932.064.335.664.767.1124.956.893.956.157.066.489.5838.2010.578.7210.5011.3710.4113.39411.1016.0313.7615.0816.2416.3317.67514.6418.0916.6219.9919.4619.3019.76616.2421.9819.6223.0322.6022.8821.03717.4124.5421.4225.2124.0325.2422.31817.4924.2521.2423.7023.1024.9921.84914.7920.1118.0921.0520.8421.3119.961011.6716.0014.2816.5616.2115.8416.19117.2511.7510.2612.3212.2810.6712.70123.296.184.786.546.946.078.13当室外温度过低时，自然通风很难保证热舒适性。根据实际工程情况，需要加设供暖设备，或自行调节窗户等开口以满足热舒适。本导则设定的自然通风的最低室外温度为12℃。根据上表以及图6.1中自然通风建筑的舒适性标准，在90%满意率的情况下得到各地区不同月份的室内舒适温度范围如下表所示，在绝大多数时间内，自然通风可以满足热舒适性表4.3各城市自然通风室内舒适温度范围（）月份地点123456789101112威宁下———18.519.820.120.92119.918.8——上———23.524.825.225.92624.923.9——桐梓下——18.620.120.6222322.921.420.418.9—上——27.127.927.626.525.523.9—毕节下———19.420.52121.921.720.719.718.6—上———24.925.726.426.926.725.824.823.6—遵义下——18.519.922.726.920.319—上——23.525.126.627.428.227.721.625.524—贵阳下——18.820.22122.222.822.221.620.219—上——23.825.326.327.327.827.426.925.324—三穗下——18.520.220.921.123.22321.72018.6—上——23.525.326.326.528.22826.72323.2—兴义下——19.220.721.126.92222.4—上24.725.726.421.62727.326.625.324.3—4.2.3建筑周围微环境预测与优化贵州地区夏季主导风向为偏南或东南风，建筑采用坐北朝南更有利于风压通风。建筑群错列、斜列的平面布局形式相对行列式更有利于自然通风。建筑周围的树木等植被的布置对气流会产生一定的遮挡、导流与缓和作用；其次，植被本身对空气质量与热舒适性有较强的改善作用。进风口附近的绿化，在夏季有明显的降温效果，水体有降温与加湿作用。通过实验或者软件模拟建筑周围风环境如压力场、温度场和速度场等，为自然通风的风压和热压具体应用方案提供依据（参见6.2节）。4.3自然通风的作用原理建筑开口的内外存在的压力差计算公式为：（1）上式可改为：（2）开口面积和通过开口的空气流量的关系为：（3）或（4）为开口的流量系数，在边缘比较明显的洞口流动中，流量系数的取值是0.61，基本与雷诺数的取值无关。4.3.1风压作用下的自然通风建筑物周围的风压分布与建筑物的几何形状和室外风向有关。风向一定时，建筑物外围护结构上某一点的风压值为：（Pa）（5）风压系数可通过CFD或者风洞实验计算，见附录一。4.3.2热压作用下的自然通风通风位于不同高度开口的热压差为：（Pa）（6）常见建筑形式热压通风计算公式：多区建筑，相邻两垂直区域之间无渗透图4.2展示了具有该特征的建筑，每个区域有自己的中和面，两个开口之间的高度差以最低的开口（或者地面）作为基准来计算区域内两开口的高度。图4.2垂直区域之间不连通的多区域建筑物内的热压分布开口1与开口2之间的压差计算如下：（Pa）（7）多区域建筑，相邻两垂直区域之间相互连通图4.3具有相互连通的垂直区域的建筑物内热压分布图4.3所示，空气从下层区域（区域1）流入，通过两个区域之间的开口，最后从上层区域（区域2）的开口流出。区域1与2的温度不相等（这里QUOTET2>T1）高度分别为h1和h2的两个外部开口之间的压差为：（Pa）（8）多区建筑，相邻两水平区域之间相互连通图4.4所示，建筑物内部相邻两水平区域之间具有不同的温度，而且区域之间有开口相通。图5.4具有相互连通的水平区域的建筑物内热压分布假定包括楼梯间这样的较高的区域在内的每个区域都具有均匀的“平均”温度，则区域1与4之间的热压差定义如下：（Pa）（9）温度分层的单区域建筑图4.5所示，在具有高屋顶的大型开放式空间内（如大工厂或仓库）热压表示成垂直空气密度图4.5具有内部温度梯度的单区域建筑内热压分布梯度的形式，如下式：（Pa）（10）由于密度是热力学温度的函数，则压力为：（Pa）（11）当温度分布函数QUOTET（z）已知，通过上式可求得热压。可以用于求解大多数实际情况的线性温度分布函数：（Pa）（12）将公式（12）代入公式（11）得到：（Pa）（13）积分得到：（Pa）（14）对于k=0，即均匀的维护结构内部温度，则有：（Pa）（15）利用这些压力就可求出通过开口的空气流量。4.3.3风压和热压联合通风当风压和热压同时作用于建筑时，它们将联合起来决定通过建筑物开口的空气流动。如果两种压力的正负一致，它们将增加空气流量，但是如果正负相反，将减少空气流量，并且在一定的条件下，这两种压力会相互抵消，从而使得没有气体流过开口。研究表明，正交法是计算两种压力因素引起流动的自然通风量的最简单也是最令人满意的方法：(16)4.4自然通风计算自然通风的计算分为两类，第一类为设计计算；第二类为校核计算。设计计算时根据已确定工艺条件（建筑余热等）和工作区的卫生条件（温度、有害物浓度等）求出必要的通风量，根据通风量，确定进排风口的位置和所需的开口面积。校核计算是在工艺条件已知、建筑开口位置、面积已经确定的条件下，计算所能达到的通风换气量。校核其能否满足保持工作区必需的卫生条件。需要注意的是影响建筑内部气流和温度分布的因素是很复杂的。对于这些因素的详细研究必须针对具体对象进行模拟试验，或者在类似建筑中进行实地观测。一般自然通风计算过程假定：（1）空气流动过程是温度的即假定所有引起自然通风的因素不随时间变化。（2）真个建筑内的空气温度可以看作都等于其平均温度。平均温度取值为：（17）（3）室内空气流动没有任何阻碍。（4）不考虑局部气流影响，热射流及其他进气通风射流在达到排气开口前已经撤销。（5）利用风力作用的空气动力系数，不考虑开窗孔面积大小对它的影响。自然通风设计计算一般步骤（1）确定通风量及排气温度。排除余热所需的通风换气量计算公式为：（18）排气温度的确定方法有很多种，通常采用的有两种：=1\*GB3①温度梯度法：即根据温度梯度确定排气温度。（19）为沿车间高度方向的温度梯度，见表5.4，其数值在0.3QUOTE~～1.5℃之间。表5.4建筑的温度梯度建筑散热强度()建筑高度/m5678910111213141512～431.00.224～471.00.448～700.80.571QUOTE~～93-0.994QUOTE~～1160.5对于室内热源比较分散的房间，如冷加工车间和一般民用建筑，室内空气温度高度大致是一直线关系，可以采用此方法。对于有强大热源的建筑其排风温度计算方法见附录二。（2）确定窗孔的位置，分配各窗孔的进、排风量。（3）确定各窗孔内外压差和窗孔面积。下面以一个有两个开口建筑为例，给出风压驱动自然通风、热压驱动自然通风已经风压联合热压驱动自然通风的一般计算步骤。（1）风压通风不考虑热压作用，仅仅风压驱动自然通风。Step1:计算室内外压差（20）Step2：计算有效开口面积，（21）（23）（23）Step3：计算每个开口的面积（24）（25）（2）热压通风不考虑风压作用，仅仅靠热压驱动自然通风。Step1:计算室内外压差（26）Step2：计算有效开口面积，（27）（28）Step3：计算每个开口的面积（29）（30）（3）风压和热压联合通风Step1:计算室内外压差（31）Step2：计算有效开口面积，（32）（33）Step3：计算每个开口的面积（34）（35）4.5自然通风策略4.5.1单侧通风图4.6所示，单侧通风通过使用一扇窗户或其他通风装置（如安装在墙上的微流通风器）来使室外空气进入建筑物，同时室内空气从同一开口流出，或从同一面墙上的另一个开口流出。单一的通风开口，主要驱动力是风压，特别是小开口的情况。当有多个开口设置在同一立面的不同高度时，除风压作用外，热压作用也可增加通风量。单侧通风除启停通风器外，空气的流动通常是不可控的，而且流动只在离通风口2.5H的距离范围内有效（H为顶棚高度）。此外，有些单侧开口如窗户，仅适用于适宜的气候条件下。除进入的空气被加热情况外，这种开口对于冬季通风是不太合适的。通过开口的浮升力驱动流动方程为：（36）因为，因此,从而：（37）图4.6单侧自然通风（Wmax≈2.5H）图4.7，通过高度为H的开口的平均速度（QUOTEv）为：（38）图4.7沿大开口高度的速度图4.8穿堂风（）通过开口的体积流量为：（39）然而，在浮升力引起的流动中，相等质量的空气进入和离开同一个开口。如果为开口的总高度，那么流入或流出的量为：（40）从式可知：（41）式（41）可以用于对仅有浮升力引起的通过单侧开口的风量进行估算。在开口较大情况下，例如窗户或者门，空气通过一部分进入，通过另一部分离开。据针对多种不同的窗户研究了热压和风压对流动的影响。从现场测得的换气量数据中，得到了通过开着的窗户的有效风速表达式：（42）使用上式给出的有效速度，可以得到通过窗户的空气流量：（43）从变化的风速和温差的测量中，得出：4.5.2穿堂风图4.8所示，空气从房间的一侧的一个或者多个开口流入房间或建筑物，而从另一侧的一个或多个开口流出房间或建筑物时，就会发生双侧通风或者穿堂风，。用于穿堂风的开口可以是小开口，如微流通风器和格栅，或者是大开口，如窗户和门。这种方式适用于进深大的房间。建筑应在迎风面和背风面设置开口，这样能够在入流开口和出流开口之间维持良好的风压差。内部的分隔物或者其他的障碍会影响或干扰房间内的空气流动形式以及空气的渗透深度。穿堂风引起的空气流量计算公式为：（44）有效面积计算方法如表5.5。流量系数Cd依赖于开口的类型。穿堂风对于进深大于2.5，小于5的空间是比较适合的，其中是顶棚高度。它比单面通风有效更实用于得热量大的地方。由于风流过建筑物的时候流向发生改变，所以计算所得的QUOTEV可能会比实际值大。在穿堂风情况下通过两个相对的窗户开口的关系式：（45）对于矩形开口，修正因子E为：（46）4.5.3利用热压加强通风当建筑需要的通风量大于使用单侧通风或穿堂风能够满足要求的风量时，可以使用烟囱进行通风。这时，通风的主要驱动力是浮升力，因此烟囱的高度很重要的。热压由内部和外部的温差以及烟囱的高度决定。如下式所示：（47）表5.5穿堂风计算公式已知条件图例公式（a）仅风压（b）仅温差（c）风压与温差联合作用当QUOTEV∆T<0.26AbA当QUOTEV∆T>0.26AbA（1）烟囱通风图4.9所示，对于简单的烟囱，驱动力是风压和热压。有效地利用风压，确定建筑物上处于高位的烟囱出口的准备位置。图4.9烟囱屋顶烟囱高度最小值（AIVCTN44中的经验公式）：（48）烟囱中的压力损失为：（49）对于非圆形界面的烟囱，水力直径由下式给出：（50）对于狭窄通道（）:（51）设计合理时，一套含有可控的空气入口的通风烟囱的系统可以在建筑物特定区域内（如高湿或污染集中区）提供较大的通风量。(2)高大空间通风如图4.10所示，高大空间如中庭，具有大的温度分层，可利用该特征进行自然通风。在计算屋顶通风口尺寸时，结合了浮升力（屋顶高度处计算得到）和风压的作用来产生想要的中庭换气量。换气量的值取决于太阳得热、内部得热、外部温度以及当地风速。然而，当对换气量进行保守估算时，只需用浮力来确定屋顶风口尺寸。图4.10中庭4.5.4太阳能诱导通风依靠太阳辐射给建筑结构的一部分加热，从而产生大的温差，因此与传统的有内外温差引起流动的浮升力驱动策略相比，能获得更大的风量。基于这种目的的设备通常有三种：=1\*GB3①特隆布墙=2\*GB3②太阳能烟囱=3\*GB3③太阳能屋顶。特隆布墙是在墙上安装了玻璃构件从而将太阳辐射吸入到壁面结构中。太阳能烟囱和太阳能屋顶通常依靠烟囱壁和屋顶瓦片来分别吸收和存储太阳能。太阳能诱导通风开口的流量和热压为（52）（53）(1)特隆布墙通风器一个特隆布墙集热器由一面中等厚度的墙（热质体）以及外面包裹的一面玻璃组成，墙上开着一高一低两个开口。玻璃和墙壁之间有50～100mm的空隙使得加热后的空气在这个空间内上升。特隆布墙集热器传统上用于空间加热，采用的方式是空气从房间进入墙壁底部，被集热器加热，然后从高处返回房间，如图4.11。图4.11（a）的布置方式是用于冬季的，这时特隆布墙被用于加热房间空气。如图4.11(b)所示，通过在玻璃上设置一个位于高处的外部开口，关闭通向房间顶部开口，则这个装置就可以通过从另一开口将室外空气引入房间，将热空气通过特隆布墙抽走，从而用于冷却房间。在贵州地区，需要将这种墙置于南向或者西南向的位置。(2)太阳能烟囱贴在南向或西南向墙上的太阳能烟囱通过太阳辐射被加热，蓄存在该结构中的热可被用于通风，如图4.12。被加热的烟囱外表面通过将建筑物内部的空气引出，并将其从顶部排走的方式实现自然通风的流动。室外的空气进入建筑物以更换内部热的，滞留的空气。设计太阳能烟囱时应该特别注意烟囱截面的深度。随着间隙增加，空气流量增加，但是当间隙超过a）用于冬季加热的集热器b)用于夏季通风的集热器图图4.11特隆布墙通风器某个值之后，气流量将开始略微减小。在一个烟囱两面被加热的实验设备中，最优间隙为200mm。图4.12太阳能烟囱示意图图4.13太阳能屋顶通风器示意图(3)太阳能屋顶通风器在太阳高度角大的地方，特隆布墙或太阳能烟囱不是有效地太阳集热器，使用这些设备可实现的通风量是有限的。这时倾斜的屋顶集热器会更有效地收集太阳能，但是由于倾斜表面，所以集热器的高度是比较小的。如图4.13展示了一个太阳能屋顶通风器。屋顶集热器的优点在于可以利用一个大的表面积来收集太阳能，因此与特隆布墙和太阳能烟囱相比能达到更高的空气出口温度。因此，根据设计形式以及室外气候，屋顶通风器可以获得接近太阳能烟囱的通风量甚至更高。使用以前介绍的方法可以对其进行风量计算。这里的高度H是屋顶通风器入口和出口的垂直距离而不是屋顶通风器的长度。4.5.5避风天窗及风帽为保证自然通风的效果，除了准确的设计计算，还应合理选用自然通风装置，注意建筑和工艺设计与自然通风的配合。图4.14带挡风板的矩形避风天窗4.5.6避风天窗在有天窗的自然通风建筑中，建筑的余热及某些有害气体是依靠天窗排至室外的。这就要求天窗必须具有良好的排风性能，即不管室外风速、风向发生任何变化，都不能使风从天窗倒灌进来。普通的天窗往往在迎风面发生倒灌现象。出现倒灌现象就会使建筑的气流组织受到不同程度的破坏，不能满足室内卫生要求。要排除这种干扰，就得经常随风向改变去调整天窗。因此，为了使天窗不发生倒灌，排风性能稳定，常在天窗上增设挡风板，如图4.14所示。或采取其他结构形式，使天窗排气口无论风向如何变化，都处于负压区。这种天窗通常称为避风天窗。挡风板与天窗窗扇间距采用天窗高度的1.0QUOTE~QUOTE~～1.5倍。挡风板下缘与屋顶之间留有50QUOTE~～100mm的间隙，以便排泄雨水。为了防止风沿厂房纵轴方向吹来时产生倒灌，挡风板两端应当封闭，每隔一定距离用横隔板隔开。热压作用下，几种常用天窗外形如图4.15所示。（a）纵向下沉式天窗（b）横向下沉式（c）天井式天窗图4.15避风天窗示意图

5自然通风量模拟计算方法5.1自然通风模型模拟通风过程的计算模型主要有经验公式模型（empiricalequationsmodel）、多区域模型（multi-zone）、单元模型（zonalmodel）、CFD模型和混合模型。这些模型都是根据现实的物理现象进行了不同程度的简化，其中多区域模型和CFD模型是最常用的通风模型。(1)经验公式模型预测自然通风或渗透风时采用经验公式是一种简单有效的方法，如ASHRAE中计算建筑渗透通风量的公式为：（53）(2)多区模型多区域模型源自单一区域模型，单一区域模型将整栋建筑假定为单一的控制体（singlecontrolvolume）。单区域模型中认为建筑内部是的单一、充分混合的区域，压力、温度分布是统一的，即只有一个节点。这个内部压力点与一个外部压力点相连，或与多个压力不同的外部节点相连。与多区域模型相比，单区域模型所要求的条件较少，但无法提供建筑外墙上空气渗透量的分布趋势。多区模型（multi-zonemodel）假设每个房间的特征参数分布均匀，则可将建筑的一个房间看作一个节点，通过窗户、门、缝隙等与其他房间连接。其优点是简单，可以预测通过整个建筑的风量，但不能提供房间的温度与气流分布信息。该方法是利用伯努利方程求解开口两侧的压差，根据压差与流量的关系就可求出流量。它只适用于预测每个房间参数分布较均匀的多区建筑的通风量，不适合预测建筑内的气流分布。常用有适用于多区的大开口建筑的MIX（Multi-cellInfiltrationandeXfiltration）模型和适用于大开口建筑的多区域渗风专家联合（ConjunctionofMultizoneInfiltrationSpecialists，COMIS）模型。5.2常用的气流组织计算软件目前可应用于分析自然通风系统的通风特性和热特性的常见软件分别有：CONTAMW、COMIS、CFD、MIX、TRNSYS、BLAST、EnergyPlus、DOE-2。5.2.1EnergyPlus计算一般步骤：（1）建模：建筑模型的建立，常用的建模软件有：DesignBuilder、SketchUp（加Openstudio插件）。（2）将建好的建筑模型导入EnergyPlus中，在EnergyPlus中设置参数进行模拟计算。（3）输出计算结果。5.2.2CFD模型CFD模型就是我们常说的计算流体力学在建筑通风上的应用，CFD模型采用数值的方法求解动量、能量和质量的偏微分方程。CFD模型的求解得到的是空间中空气温度、压力、流速、水蒸气分压力、污染物的浓度和室内外的紊流系数。使用CFD模型模拟通风过程对使用者的能力提出了更高的要求，对计算机的性能要求也更高。CFD模型被广泛地应用于研究室内空气品质、热舒适性、防火和空调系统中。相比于其他模型，CFD模型是最常用的分析方法，也存在很多CFD分析风环境的软件。建筑能耗分析软件中很少采用CFD模型进行通风模拟分析。CFD计算一般步骤：(1）了解项目需求，确定模拟目的。(2）确定计算域。(3）确定建模域。(4）建立物理模型。(5）确定湍流模型。(6）划分网格。(7）输入合理的边界条件和其他物性参数。如采用非稳态模拟，还应输入合理的初始条件。(8）设定其他必要的计算控制参数。(9）对结果进行展示和分析。1、建模及简化通用原则。（1）物理模型的几何模型尺寸应按照实际建筑尺寸1:1构建，应包含重点组件；（2）物理模型宜按需简化，按需简化的原则应依据3.1~3.3分章节的规定，同时以对象物理量不受显著影响为前提；（3）可根据模型和边界条件的对称性设置对称面。2、计算域的确定：（1）基于CFD软件采用室内外联合模拟的方法时，水平方向的长和宽应大于5H、垂直方向的计算区域应大于2H。（2）基于CFD软件采用室外、室内分步模拟法时，室外模拟的设定和流程需依据风环境模拟相关规定。3、建模域的确定：目标建筑（群）东南西北各1H应予以建模。4、物理模型构建参照如下原则：（1）建筑门窗等其他通风口均应根据常见的开闭情况进行建模。（2）自然通风的开口面积应按照实际的可开启面积进行设置。（3）目标建筑的室内空间的建模范围应构建所有室内隔断，宜包含大型橱柜类家具，可不包含桌、椅等不显著阻隔通风的家具。5、网格优化：（1）采用室内外联合模拟的方法时宜采用多尺度网格，室内的网格应能反映所有显著阻隔通风的室内设施，网格过渡比不宜大于2。（2）采用室内、室外分步模拟的方法时，室内的网格应能反映所有显著阻隔通风的室内设施，通风口上宜有9个（3x3）以上的网格。6、湍流模型的选取。根据计算对象的特征和计算目的，选取合适的湍流模型。常用的湍流模型有：k-ε模型、RNGk-ε模型、LES模型等7、室外边界条件：统一设定基础边界条件。温热环境模拟的基础边界条件为室外风速、风向，室外气温。应当根据项目地的实测值以及模拟目的确定基础边界条件。8、室内边界条件：对于空间高度≤5m或空间体量≤10000m3的空间，自然通风模拟时，可不考虑室内热边界条件；以分析室内热环境作为模拟目标的，或中庭空间大于上述标准时，应合理设定热边界条件。

附录一：风压系数1、风压