建筑自然通风讲义143p-华南理工大学

华南理工工大学建建筑筑学院张宇峰2015版建筑自然通风风认知框架空气流线与流流动原理室内环境与室外气候建筑自然通风风设计认知框架空气流线与流流动原理室内环境与室外气候建筑自然通风风设计空气性质基本物性：密密度、压强、、温度、速度度惯性：维持原有运运动状态粘性：因摩擦反抗抗相对运动热胀性：温度升高，，体积增大，，密度减小压缩性：压强增大，，体积减小，，密度增大空气流线线风在建筑外绕绕行风影区取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals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+0.4~0.5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+3~5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-0.3~0.8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空气的惯性、粘性开窗位置和面面积设计风在建筑内穿穿行开窗高度和面面积设计风在建筑内穿穿行风在建筑内穿穿行计算流体力学学模拟~室内通风通路路设计空气流动原理理参考《流体力学》流动模型取一股流动中中的空气1、2断面处空气参参数：流速、、压强、面积积和高度压强朝向法线线反方向1122压力做功动能变化势能变化时刻内发生的流动111’1’2’2’22理想流体能量量守恒时刻内发生的流动111’1’2’2’22理想流体能量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111’1’2’2’22粘性流体能量量守恒单位体积流体体流经1-2时因流动阻力力产生的能量量损失动能变化+势能变化+能量损失=压力做功伯努利原理二二长度↑、直径径↓、粗糙度↑，，损失↑弯曲角度↑、弯曲半径↓，损失↑1122面积比↑，损失↑流动阻力能量量损失面积比↑，损失↑1122风压通风原理理风压系数屋面高度来流流风速迎风面背风面屋面侧风面建筑表面风压压风压系数屋面高度来流流风速迎风面背风面屋面侧风面建筑表面风压压ABAB滞点侧风面-0.55迎风面0.6背风面-0.38平面图1122风在建筑内穿穿行+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越小室内风速越大风压通风原理理热压通风原理理热压与进出风风口高差和室室内外温度差差成正比热压压通通风风（烟烟囱囱效效应应））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压通通风风原原理理掌握握基基本本概概念念：：风风影影区区、、伯伯努努利利原原理理、、建建筑筑表表面面风风压压、、流流动动阻阻力力理解解空空气气流流线线的的形形成成和和特特点点掌握握风风压压通通风风和和热热压压通通风风设设计计依依据据思考考：：建建筑筑体体型型还还有有哪哪些些类类型型？？会会形形成成怎怎样样的的流流场场？？风风影影区区如如何何？？与与方方型型建建筑筑相相比比，，流流线线型型建建筑筑的的室室内内通通风风情情况况如如何何？？有有一一种种说说法法认认为为建建筑筑室室内内通通风风良良好好时时，，会会在在建建筑筑后后面面形形成成较较大大风风影影区区，，你你怎怎么么看看？？预习习：：人人对对通通风风有有何何需需求求？？自自然然界界的的风风是是如如何何产产生生的的？？各各地地的的通通风风资资源源有有何何不不同同？？课下下练练习习认知知框框架架空气气流流线线与与流流动动原原理理室内内环境境与室外外气候候建筑筑自自然然通通风风设设计计室内内环环境境风对对人人的的影影响响和和作作用用？？自然然通通风风如如何何改改善善人人的的不不适适感感？？人体体热热平平衡衡-恒温温动动物物体核核皮肤肤皮肤肤血血流流体外外环环境境对流流，，辐辐射射呼吸吸，蒸蒸发发产热热量量=体核核向向皮皮肤肤传传热热量量=皮肤肤向向环环境境传传热热量量活动动量量皮肤肤血血流流量量服装装热热阻阻空气气温温度度空气气湿湿度度风速平均辐射温度度皮肤对流换热热皮肤与周围气气流接触时，，同时发生导热和对对流的传热过程驱动力与空气气温度有关换热系数与风风速成正比层流导热湍流对流身体人体蒸发换热热湿皮肤与周围围气流接触时时同时发生扩扩散和蒸发的的过程扩散：蒸发：对流扩散系数数，s-1：与对流换热系数成正比蒸发换热热阻阻，(m2·K)/W饱和蒸发不饱和扩散身体驱动力与空气气湿度有关换热系数与风风速成正比人体总蒸发换换热量与皮肤肤湿润度成正正比参考标准夏季（0.5clo）舒适温度范范围24~27℃冬季（1.0clo）舒适温度范范围20~25℃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/T5701-2008《室内热环境条条件》DAMcINTYRE.《IndoorClimate》，AppliedSciencePublishedLTD，1980风速（m/s）风感情景<0.1静风建筑中少有遇到0.2有感阈值头顶处人体自然对流风速0.25~0.5微风窗帘轻微摆动0.5~1.0有风头发飘动1.0~2.0轻风纸张在桌面上掀起，散步的相对风速风速与风感0.8m/s3℃GB/T5701-2008《室内热环境条条件》适宜温度上升升量（℃）风速（m/s）0.8m/s的风速可提升升适宜温度3℃，也即27℃→30℃对于夏季着装装和轻量活动动风速提升适宜宜温度建筑热环境设设计指标研究究七月28.8ºC，82%，一月13.9ºC，74%（广州）夏热冬暖地区区夏季漫长，，建筑存量大大，空调耗能能多建筑热环境设设计指标大多多面向建筑设设备缺少面向建筑筑热工设计的的设计指标国家自然科学学基金资助（（50708038，50838003，50978102）广州方法2008-2012城市（广州））：13栋自然通风+19栋分体空调建建筑，92人，3403份原始数据农村（潮汕））：270座自然通风民民宅，448人，446份原始数据问卷+物理测试自然通风开窗自然通风风时室内风速速达0.3m/s农村高于城市市0.270.12三月，四月，，十月，十一一月，十二月月自然通风80%可接受范围城市：18.0-28.5ºC农村：≤28.5℃18.028.5数据点面积代代表样本量，，实线为全部部数据的回归归线三月，四月，，十月，十一一月，十二月月使用风扇室内平均风速速0.45m/s个体差异0.23m/s（标准偏差））使用风扇达室室内风速最大大值0.9m/s（95%置信）0.45六月和十月使用风扇80%可接受范围城市与农村：：≤29.5℃29.5六月和十月室外气候自然界的风是怎样形成的的？分几种？各有有什么特点？？用什么指标来来描述风的特特性？跟建筑自然通通风有关的气气候参数有哪哪些？参考教材第64~67页，附录5风之分类—大气环流赤道受热，空气膨胀上上升，向两极极流动，形成上上空气气流上空气气流在极极地受受冷下下沉，，向赤赤道回回流，，形成近近地气气流上空气气流近地气气流风之分分类—大气环环流地球自自转对对气流流产生生地转转偏向向力，，形成成：四个气气压带带三个环环流四个风风带风之分分类—季风陆地升升温较较快，气压增增高近地季季风从从海洋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分类—海陆风风陆地升升温快快，海海洋升升温慢慢近地风风从海海洋吹吹向陆陆地陆地降温快，海洋降温慢近地风从陆地吹向海洋风之分分类—山谷风风山坡升升温快快，山山谷升升温慢慢近地风风从山山谷吹吹向山山坡山坡降温快，山谷降温慢近地风从山坡吹向山谷风之成成因广州大气环流造成全球各地的差异由赤道和两极的温差和地转偏向力造成季风造成季节性差异，以年为周期由海洋和陆地的温差造成地方风造成局部差异，以一昼夜为周期如海陆风、山谷风、庭院风、巷道风等由地方性地貌条件不同引起的温差造成风由温温差造成，，温差差由太太阳辐辐射引引起风之特特性—风力等等级风力等级距地10m高处的风速（m/s）00~0.210.3~1.521.6~3.333.4~5.445.5~7.958.0~10.7610.8~13.8713.9~17.1817.2~20.7920.8~24.41024.5~28.41128.5~32.61232.7~36.9中国气气象科科学共共享服服务网气气象象统计资料年平均均风速速风资源源分布布风之特特性—风向（（风玫玫瑰图图）广州夏夏季主主导风风东南南风，，全年年主导导风北北风夏季风风排序序：东南风风（16%），东东风，，南风风季节变化区主导风向区（全年西风）主导风向区（冬季西风，夏季东风）主导风向区（全年西南风）无主导风向区准静风区年平均均风向向广州建建筑气气候建筑用用典型型气象象年统计近30年重要要气候候指标标的平平均特特征挑选与平均均特征征相近近的年年月拼拼接而而成取自：：中中国气气象局局气象象信息息中心心气象象资料料室，清清华大大学建筑技技术科科学系（著著），，中国国建筑热热环境境分析析专用用气象象数据据集，中中国建筑工工业出出版社社，2005广州月月均风风速7月1.6m/s，1月1.9m/s，全年平平均1.7m/s最大4.5m/s，多数数>1m/s广州日日均风风速7月标准准日：最大2.7m/s，最小小1.0m/s，平均均1.9m/s1月标准准日：：最大大3.2m/s，最小小1.3m/s，平均均2.0m/s张晴原原等（（著）），中中国建建筑用用标准准气象象数据据库，，机械械工业业出版社社，2004广州小小时风风速4月标准准日：最大2.1m/s，最小小1.0m/s，平均均1.5m/s10月标准准日：：最大大2.3m/s，最小小1.2m/s，平均均1.7m/s张晴原原等（（著）），中中国建建筑用用标准准气象象数据据库，，机械械工业业出版社社，2004广州小小时风风速广州室室外综综合温温度过热211天（58%），过过冷31天（9%），适中123天（33%）充分满足夏夏季防热，，可不考虑虑冬季保温温广州室外综综合温度过热132天（36%），过冷31天（9%），适中123天（55%）利用自然通通风可解决决夏季80天（40%）的过热问问题30℃建筑热工设设计要求热环境设计目标室内热环境处于舒适范围工况自然调节，由热平衡形成室内环境关系室内气温为各围护结构的室外综合温度按其传热系数与面积乘积的加权平均设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数气候建筑人26℃节能设计目标建筑（空调）能耗较低工况开启空调，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设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数气候建筑人热环境设计气候建筑人目标室内热环境处于舒适范围工况自然调节，由热平衡形成室内环境关系室内气温为各围护结构室外综合温度和外窗太阳辐射得热的加权平均设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数26℃节能设计气候建筑人目标建筑（空调）能耗较低工况开启空调，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和外窗太阳辐射得热成正比设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数热环境设计气候建筑人目标室内热环境处于舒适范围工况自然调节，由热平衡形成室内环境关系室内气温为各围护结构室外综合温度、外窗太阳辐射得热和室外气温加权平均设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数；④增大室内通风量（室外气温适宜时）广州夏季晴晴天注：房间3×3×3m，南北开窗窗，窗墙面面积比0.3，外墙、屋屋顶、外窗窗传热系数数1.5、0.9、6W/(m2·K)，外窗综合合遮阳系数数0.8，气温27℃~36℃，平均31℃26℃节能设计气候建筑人目标建筑（空调）能耗较低工况开启空调，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、外窗太阳辐射得热和通风换热成正比设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数；④增大室内通风量（室外气温适宜时）广州节能设设计JGJ75-2012《夏热冬暖地地区居住建建筑节能设设计标准》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%广州节能设设计GB50189-2005《公共建筑节节能设计标标准》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通风自然通风的的气候地域域性综合考虑气气温、太阳辐射、、风气温高且持持续时间长长、太阳辐辐射较强且且风速较大大的气候地地区，建筑筑自然通风风较为重要要北方南方严实墩厚、、立面平整整、封闭低矮峻峭屋面、通透轻巧、底部架空理解风对身身体传热的的影响和作作用理解自然界界风形成的的原因和特特点掌握热环境境设计和节节能设计对对自然通风风的要求思考：从两两个角度，，即房间传传热和人体体传热，分分析热环境境设计对通通风的要求求？有人认认为南方地地区夏季防防热首推自自然通风，，其次是遮遮阳和围护护结构隔热热，你怎么么看？预习：哪些些设计与建建筑的自然然通风有关关？先后顺顺序如何？？如何作建建筑的风压压通风设计计？如何作作建筑的热热压通风设设计？课下练习认知框架空气流线与与流动原理理室内环境与与室外气候候建筑自然通通风设计群体布局建筑群布局形式有哪些些？从哪些方面面评判建筑群布局在在促进自然然通风方面面的优劣？？哪种布局有有利于通风风，哪种不不利？31~34教学楼东湖北部楼群群南秀村、红棉苑北区教工家家属楼天一新村电子五所东区教工楼楼群汇景新城别别墅东方新世界界芳草园中怡城市花花园南国花园星汇园猎德小区深圳住区平面布局分分类并列式行列式风在建筑外外绕行风影区取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals空气流动形形式独立流（高高宽比<1/3)尾迹干扰流流（高宽比1/3~3/4）滑流（高宽比>3/4）平面布局设设计错列式、斜列列式、自由由式优于并列式和周周边式汇景新城深圳华侨城城风影区—迎风之高现象迎风面高加1，风影区长加3~5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设计架空通风设设计32号楼（华工工院）北京：用风→防风风单体设计建筑单体设设计的哪些些方面会影影响通风？？优秀的建筑筑通风作品品有哪些？？各有什么么特点？如何评价建建筑单体通通风设计的的优劣？朝向减少太阳阳辐射照射、避避免西晒晒利于夏季季引风导导风防暴风雨雨广州建筑筑最佳朝朝向南偏西5°~南偏东东10°风影区—风向投射射角立面法线线来流风向向风向投射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数屋面高度度来流风风速迎风面背风面屋面侧风面建筑表面面风压ABAB滞点侧风面-0.55迎风面0.6背风面-0.38平面图风压系数数屋面高度度来流风风速迎风面背风面屋面侧风面建筑表面面风压BCBC迎风面0.3背风面-0.5AAB平面图朝向兼顾室内内自然通通风和室室外风影影区影响响建筑主立立面与主主导风成成20°~30°风向投射角室内风速降低（%）风影区长度0°03.75H30°133H45°301.5H60°501.5H平面体形形“一”、“工”、“王”字形大部部分房间间朝向好好，有利利于防晒晒通风，，次要功功能或交交通廊道道可布置置于东西西侧“口”字形通风风互有遮遮挡，只只适用于于低层和和天井较较大的建建筑，多多依靠天天井增强强热压通通风和采光锯齿形设计用于于不利条条件下防防晒通风风问题的的缓解文丘里效效应：流流速增加加，压强强减小伯努利原原理+--管式住宅宅++-+-捕风塔UMNO大楼翼型导风风墙聚集集自然风风门窗百叶叶→交通廊道道→功能空间间UMNO大楼10城规吴凯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西亚尊重当地地文化与与适应当当地气候候相结合合“通过减少垂垂直要素的高高度，使垂直直要素在上部部更加开放，，这种做法同同时又增加了了通风效果””（皮亚诺））露台展览室庭院通道棚屋曲线型薄木板板吉巴欧文化中心正面来风，6~10m/s正面来风，10~15m/s台风来袭背面来风++---吉巴欧文化中心--+热压与进出风风口高差和室室内外温度差差成正比热压通风（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《广府传统民居居通风方法及及其现代建筑筑应用》，博士学位论论文，曾志辉辉，华南理工工大学，2010日间天井与厅堂温温差2℃热压通风为主主空间风速天井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温差2℃风压通风为主主东南风空间风速（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无温差风压通风为主主《广府传统民居居通风方法及及其现代建筑筑应用》，博士学位论论文，曾志辉辉，华南理工工大学，2010《广府传统民居居通风方法及及其现代建筑筑应用》，博士学位论论文，曾志辉辉，华南理工工大学，2010陆琦,施瑛.传统民居园林林与设计借鉴鉴—中山泮庐住居居.南方建筑,2010,(3):48-50传统经验再创创造-中山泮庐11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风英国巴克莱卡卡公司总部（（FitzroyRobinsonLim东京安田研究究院（株式会会社大建设计计）31号楼（华工院院）山东交通学院图书馆（（清华设计院院）