建筑自然通风教学课件

1、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风影区迎风之长现象正方体建筑风影区长=2倍建筑高迎风面长+1，风影区长+0.40.5分析侧面绕行的气流增多，绕行更远应用建筑间距2倍高度无通风遮挡

2、联排建筑较单栋建筑风影区大风影区迎风之高现象迎风面高+1，风影区长+35分析上部绕行的气流增多，且上部风速（动能）大，绕行距离更远应用高层建筑的风影区远大于低层风影区迎风之深现象迎风深+1，风影区长-0.30.8分析绕行气流贴附壁面流动，绕行距离缩短应用大进深建筑的风影区小于小进深风影区风向角立面法线来流风向风向角现象风向角越大，风影区越小分析迎风之长渐短，高不变，深渐深，故风影区渐小应用建筑朝向主导风方向形成较大风影区，反之形成较小风影区风影区平面体形L 风影区平面体形U 风影区平面体形T 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

3、力学模拟室内通风通路设计风在建筑内穿行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11221-2质量 = 1-2 质量面积*流速 = 常量面积小（大），流速大（小）时刻内发生的流动质量守恒11112222压力做功动能变化势能变化时刻内发生的流动11112222理想流体能量守恒时刻内发生的流动11112222理想流体能量守恒伯努利原理1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11112222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

4、力做功伯努利原理2弯曲角度 、弯曲半径，损失长度、直径、粗糙度，损失面积比，损失1122面积比，损失流动阻力能量损失1122风压通风原理风影区112233风在建筑外穿行流场渐宽，流速渐缓压强渐强，抵抗流动流场渐窄，流速渐快压强渐弱，推动流动消耗动能以克服抗力，出现回流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ABAB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平面图水平屋面-0.71122风在建筑内穿行+室外来流风速越大建筑物前后压差越大房间流动阻力系数

5、越小室内风速越大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）持续冷却持续加热室内外温差越大进出风口高差越大房间的流动阻力系数越小室内风速越大热压通风原理通风网络电网，联立求解各节点平衡方程得各处风压、风速大阻力，小流速；小阻力，大流速流体网络内节点外节点局部阻力多区域通风和污染物扩散分析软件美国国家标准技术委员会开发风压通风、热压通风另配有：自然通风气候分析工具自然通风开口尺寸设计工具免费下载地址：/IAQanalysis/software/index.htm流体网络CONTAM掌握基本概念：风影区、伯努利原理、建筑表面风压、流动阻力理解空气流线的形成和特

6、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参考标准夏季（0.5clo

7、）舒适温度范围 2427冬季（1.0clo）舒适温度范围 2025前提条件：50%、0.2m/s、1.2met操作温度（）含湿量热舒适区风速0.2m/s1.2met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（m/s）风感情景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/s1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

8、2.1m/s，最小1.0m/s，平均1.5m/s10月标准日：最大2.3m/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目标房间室内热环境处于舒适范围工况房间自然调节，由热平衡形成房间环境关系房间温度是各围护结构的室外综合温度按传热系数和面积乘积的加权

9、平均气候建筑人室外气温越高，太阳辐射越强的地区，夏季热环境设计越重要设计要点：降低室外综合温度；减小室外综合温度较高的围护结构权重热环境设计目标房间室内热环境处于舒适范围工况房间自然调节，由热平衡形成房间环境关系房间温度是各围护结构的室外综合温度和外窗太阳辐射得热的加权平均气候建筑人室外气温越高，太阳辐射越强的地区，夏季热环境设计越重要设计要点：降低室外综合温度；减小室外综合温度较高的围护结构权重；减少外窗太阳辐射得热热环境设计目标房间室内热环境处于舒适范围工况房间自然调节，由热平衡形成房间环境关系房间温度是室外综合温度、外窗太阳辐射得热和室外气温的加权平均气候建筑人室外气温越高，太阳辐射越强

10、的地区，夏季热环境设计越重要设计要点：降低室外综合温度；减小室外综合温度较高的围护结构权重；减少外窗太阳辐射得热；增大室内通风量广州夏季晴天注：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) ，外窗综合遮阳系数0.8，气温2736，平均3126节能设计目标建筑（空调）能耗较低工况房间开启空调，室温26，传入室内的热量形成空调能耗关系空调能耗与各围护结构总传热量成正比气候建筑人室外气温越高，太阳辐射越强的地区，夏季节能设计越重要设计要点：降低室外综合温度；减小室外综合温度较高的围护结构权重26节能设计目标建筑（空调）能耗较低工况房间开启空调，室

11、温26，传入室内的热量形成空调能耗关系空调能耗与各围护结构总传热量和外窗太阳辐射得热成正比气候建筑人室外气温越高，太阳辐射越强的地区，夏季节能设计越重要设计要点：降低室外综合温度；减小室外综合温度较高的围护结构权重；减少外窗太阳辐射得热26节能设计目标建筑（空调）能耗较低工况房间开启空调，室温26，传入室内的热量形成空调能耗关系空调能耗与围护结构总传热量、外窗太阳辐射得热和通风换热成正比气候建筑人室外气温越高，太阳辐射越强的地区，夏季节能设计越重要设计要点：降低室外综合温度；减小室外综合温度较高的围护结构权重；减少外窗太阳辐射得热；减少门窗通风换热量广州节能设计JGJ 75-2012 夏热冬暖

12、地区居住建筑节能设计标准群体布局建筑群的总体规划应有利于自然通风单体设计建筑的平面、立面设计应有利于自然通风细部设计每户至少应有一个居住房间通风开口和通风路径的设计满足自然通风要求细部设计外窗（包括阳台门）的通风开口面积不应小于房间地面面积的10%或外窗面积的45%广州节能设计GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准群体布局建筑总平面的布置和设计宜利用夏季自然通风细部设计建筑中庭夏季应利用通风降温细部设计外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%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

13、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

14、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取自“Air flow around buildings”in 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals空气流动形式独立流尾迹干扰流滑流平面布局设计错列式、斜列式、自由式优于并列式和周边式平面布局设计汇景新城深圳华侨城风影区迎风之高现象迎风面高加1，风影区长加35分析上部绕行的气流增多且风速较大，绕行距离更远应用高层建筑的风影区远大于低层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

15、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风影区风向投射角立面法线来流风向风向投射角现象风向投射角越大，风影区越小分析迎风之长渐短，高不变，深渐深，故风影区渐小应用建筑朝向主导风方向形成较大风影区，反之形成较小风影区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ABAB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BCBC迎风面0.3背风面-0.5AAB平面图朝向兼

16、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风向投射角室内风速降低（%）风影区长度003.75H30133H45301.5H60501.5H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+-+-屋面引风设计11城规林伟鸿11城规周撷阳+-屋面引风设计11城规周撷阳屋面引风设计

17、屋面引风设计11景观卢品+-+-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城规吴凯晴建筑形体导风设计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-+风受阻，风速下降，风压增大，从而产生压差驱动室内通风因受阻在先，气流能量损失增加，与顺畅通风的有利情况相比，风速较弱，通风效果较差不利情况之改善树因遮阳和蒸发作用，树荫下

18、气温较低利用绿化导风引风，可将冷空气引入室内，增强通风冷却效果树之利用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）持续冷却持续加热三间两廊日间夜间三间两廊-佛山三水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热压通风为主空间风速天井0.2m/s厅堂0.07m/s房0.04m/s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空间风速（日）风速（夜）天井0.4m/s0.4m/s厅堂0.12m/s0.13m/s房0.07m/s0.15m/s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

19、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-中山泮庐竹筒屋广州宝源路民居取自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天井1.5*2.6*9，上覆雨棚风压通风为主日间东南风空间风速天井0.24m/s冷巷0.33m/s厅堂0.32m/s房0.19m/s竹筒屋广州宝源路民居取自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天井2.4*2.0*13，2.8*4.4*13风压通风为主日间东南风空间风速天井1m/s冷巷0.68m/s厅堂0.48m/s房0.5m/s11城规王琪11景观沙泠庭院热压通风设计11城规冯煦欣中庭热压通风英国巴克莱卡公司总部（Fitzroy Robinson Limited）