建筑环境学第七章空气渗透课件

第七章空气渗透7.1概述7.2风压作用下建筑的压力系数分布7.3建筑门窗对室内通风的影响7.4空气渗透的网络计算方法7.5空气渗透的数值计算方法7.6空气渗透的简化计算第七章空气渗透17.1概述——引子•问题讨论：（江亿院士所提出的考研问题）新疆某地区夏季室外温度为35℃，相对温度20%，对应的露点温度为8.5℃，请问在该地区的住宅建筑能否采用冬季供暖的暖气系统进行夏季的集中供冷？不同的家庭喜欢不同的室内参数（温度和湿度），上述系统能实现吗？7.1概述——引子2空气渗透对房间热环境的影响•空气渗透对房间热环境影响很大—在常规的墙体材料下，北方冬季的采暖负荷主要来自冷风渗透—许多用户夏天靠开窗纳凉—夏天热空气渗透会大大增加房间热湿负荷—夏天的夜间通风能很好地改善房间的热环境空气渗透对房间热环境的影响3影响空气渗透的因素•两个主要因素：热压和风压•热压是由于房间内的温度与外界环境的温度不同造成的，其推动力实质是空气密度差造成的压差（相对较简单）•风压是由于建筑对风的阻挡作用形成的建筑不同部位不同压力分布，当建筑中有开口时，这种压力差就会形成空气流动，从而进入房间影响空气渗透的因素4风压•风压引起的空气渗透较复杂–室外风方向和大小随时变化（风玫瑰图）–建筑形态各异，其周围风压分布不同–微风速下空气渗透机理•自然通风是目前最具挑战性的工作之一–机理还需探索–方法还需改进–评价指标需进一步更新风压57.2风压作用下建筑的压力系数分布•为简化风压的计算，提出风压系数的概念，用以描述建筑周围的风压分布•风压系数可正可负，数值在0～1间•如果已知建筑周围的风压系数，就可以用不同的方法计算风压作用下的空气渗透量7.2风压作用下建筑的压力系6采用风压系数计算通风量所做的简化假设及适应性•风压系数通常是在恒定风速下测定的，对变风速情况下的适用性如何？•风压系数通常是在无开口情况下测得的，当开口存在时是否适用？•当存在不同的开口情况时是否还能用相同的风压系数？•此计算方法通常不考虑建筑与建筑间的相互影响采用风压系数计算通风量所做7单个建筑周围的空气流动单个建筑周围的空气流动8单个正立方体建筑风压系数单个正立方体建筑风压系数9建筑群布局的几种形式建筑群布局的几种形式10建筑群中的空气流动建筑群中的空气流动11风影区•在建筑的背后出现的与原有风向相反方向的气流所形成的区域称为风影区•风影区的大小与建筑的尺寸和建筑外形有关•风影区与风压系数相关，风影区内一般为负的风压系数风影区12风影区示意风影区示意13建筑物长度和宽度对风影区的影响长度对风影区的影响随长度增加而增加•宽度对风影区的影响受宽度影响小建筑物长度和宽度对风影区的影响14建筑物高度和屋顶坡度、坡向对风影区的影响高度对风影区的影响•屋顶坡度坡向对风影区的影响建筑物高度和屋顶坡度、坡向对风影区的影响157.3建筑门窗对室内通风的影响

开口位置对室内空气流动的影响7.3建筑门窗对室内通风的影响16开口高低对室内空气流动的影响开口高低对室内空气流动的影响17水平遮阳对室内气流组织的影响水平遮阳对室内气流组织的影响18不同窗户形式对室内气流的影响不同窗户形式对室内气流的影响19室内气流的调节室内气流的调节20绿化的导风作用绿化的导风作用21如何用CFD方法求解空气渗透？•描述好建筑的外形、开口大小和位置、内部隔断和热源，在某种室外风条件下就可求解通过各个开口的风量和房间之间的风量•可用现有的CFD计算软件进行或自行开发新的计算程序，CFD算法已比较成熟•本课程的第二部分将简要介绍CFD知识如何用CFD方法求解空气渗22CFD方法的特点•不用已知阻力系数，可直接描述结构•能处理各种复杂的情况，如隔断、开口、内热源等•能考虑建筑小区中各建筑间的相互影响•计算工作量大，需要大容量、高性能计算机，对太复杂的结构或数量较多的建筑，目前的计算机还难于处理CFD方法的特点237.6空气渗透的简化计算•若已知开口两侧的压力差（热压和风压），则可由下式计算空气渗透量•空气渗透的计算比较复杂，目前还在进行大量的研究，为便于对建筑热环境进行分析，一般采用下列简化方法进行计算–缝隙法和换气次数法7.6空气渗透的简化计算24缝隙法•根据门窗的种类，如单层、双层，木窗、钢窗、铝合金窗等，确定单位长度缝隙的漏风量。•用总的缝隙长度与单位长度缝隙漏风量的乘积得到总渗透风量•ln和a的取值见《建筑热过程》表4－8和表4－9•该方法简单，容易实现，但准确性不够缝隙法25换气次数法•根据不同类型房间，按某一换气次数确定该房间的空气渗透量•如某房间的自然空气渗透相当于0.5次换气，而房间体积为V，则空气渗透量为0.5Vm3/h。房间换气次数的取法参见《建筑热过程》表4－10•该方法简单易行，如DEST中就经常采用这种方法给出空气渗透量换气次数法26精品课件！精品课件！27精品课件！精品课件！28总结•空气渗透对建筑热环境至关重要•由于现有技术发展的限制，目前空气渗透的计算还不如人意，急待更多的有识之士投身其中•重要的工作包括–自然渗透风的作用机理及效果评价–新型空气渗透计算方法研究总结29第七章空气渗透7.1概述7.2风压作用下建筑的压力系数分布7.3建筑门窗对室内通风的影响7.4空气渗透的网络计算方法7.5空气渗透的数值计算方法7.6空气渗透的简化计算第七章空气渗透307.1概述——引子•问题讨论：（江亿院士所提出的考研问题）新疆某地区夏季室外温度为35℃，相对温度20%，对应的露点温度为8.5℃，请问在该地区的住宅建筑能否采用冬季供暖的暖气系统进行夏季的集中供冷？不同的家庭喜欢不同的室内参数（温度和湿度），上述系统能实现吗？7.1概述——引子31空气渗透对房间热环境的影响•空气渗透对房间热环境影响很大—在常规的墙体材料下，北方冬季的采暖负荷主要来自冷风渗透—许多用户夏天靠开窗纳凉—夏天热空气渗透会大大增加房间热湿负荷—夏天的夜间通风能很好地改善房间的热环境空气渗透对房间热环境的影响32影响空气渗透的因素•两个主要因素：热压和风压•热压是由于房间内的温度与外界环境的温度不同造成的，其推动力实质是空气密度差造成的压差（相对较简单）•风压是由于建筑对风的阻挡作用形成的建筑不同部位不同压力分布，当建筑中有开口时，这种压力差就会形成空气流动，从而进入房间影响空气渗透的因素33风压•风压引起的空气渗透较复杂–室外风方向和大小随时变化（风玫瑰图）–建筑形态各异，其周围风压分布不同–微风速下空气渗透机理•自然通风是目前最具挑战性的工作之一–机理还需探索–方法还需改进–评价指标需进一步更新风压347.2风压作用下建筑的压力系数分布•为简化风压的计算，提出风压系数的概念，用以描述建筑周围的风压分布•风压系数可正可负，数值在0～1间•如果已知建筑周围的风压系数，就可以用不同的方法计算风压作用下的空气渗透量7.2风压作用下建筑的压力系35采用风压系数计算通风量所做的简化假设及适应性•风压系数通常是在恒定风速下测定的，对变风速情况下的适用性如何？•风压系数通常是在无开口情况下测得的，当开口存在时是否适用？•当存在不同的开口情况时是否还能用相同的风压系数？•此计算方法通常不考虑建筑与建筑间的相互影响采用风压系数计算通风量所做36单个建筑周围的空气流动单个建筑周围的空气流动37单个正立方体建筑风压系数单个正立方体建筑风压系数38建筑群布局的几种形式建筑群布局的几种形式39建筑群中的空气流动建筑群中的空气流动40风影区•在建筑的背后出现的与原有风向相反方向的气流所形成的区域称为风影区•风影区的大小与建筑的尺寸和建筑外形有关•风影区与风压系数相关，风影区内一般为负的风压系数风影区41风影区示意风影区示意42建筑物长度和宽度对风影区的影响长度对风影区的影响随长度增加而增加•宽度对风影区的影响受宽度影响小建筑物长度和宽度对风影区的影响43建筑物高度和屋顶坡度、坡向对风影区的影响高度对风影区的影响•屋顶坡度坡向对风影区的影响建筑物高度和屋顶坡度、坡向对风影区的影响447.3建筑门窗对室内通风的影响

开口位置对室内空气流动的影响7.3建筑门窗对室内通风的影响45开口高低对室内空气流动的影响开口高低对室内空气流动的影响46水平遮阳对室内气流组织的影响水平遮阳对室内气流组织的影响47不同窗户形式对室内气流的影响不同窗户形式对室内气流的影响48室内气流的调节室内气流的调节49绿化的导风作用绿化的导风作用50如何用CFD方法求解空气渗透？•描述好建筑的外形、开口大小和位置、内部隔断和热源，在某种室外风条件下就可求解通过各个开口的风量和房间之间的风量•可用现有的CFD计算软件进行或自行开发新的计算程序，CFD算法已比较成熟•本课程的第二部分将简要介绍CFD知识如何用CFD方法求解空气渗51CFD方法的特点•不用已知阻力系数，可直接描述结构•能处理各种复杂的情况，如隔断、开口、内热源等•能考虑建筑小区中各建筑间的相互影响•计算工作量大，需要大容量、高性能计算机，对太复杂的结构或数量较多的建筑，目前的计算机还难于处理CFD方法的特点527.6空气渗透的简化计算•若已知开口两侧的压力差（热压和风压），则可由下式计算空气渗透量•空气渗透的计算比较复杂，目前还在进行大量的研究，为便于对建筑热环境进行分析，一般采用下列简化方法进行计算–缝隙法和换气次数法7.6空气渗透的简化计算53缝隙法•根据门窗的种类，如单层、双层，木窗、钢窗、铝合金窗等，确定单位长度缝隙的漏风量。•用总的缝隙长度与单位长度缝隙漏风量的乘积得到总渗透风量•ln和a的取值见《建筑热过程》表4－8和表4－9•该方法简单，容易实现，但准确性不够缝隙法54换气次数法•根据不同类型房间，按某一换气次数确定该房间的空气渗透量•如某房间的