建筑自然通风讲义华南理工大学

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“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、粘性开窗位置和面积积设计风在建筑内穿行行开窗高度和面积积设计风在建筑内穿行行风在建筑内穿行行计算流体力学模模拟~室内通风通路设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的空气1、2断面处空气参数数：流速、压强强、面积和高度度压强朝向法线反反方向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理想流体能量守守恒时刻内发生的流动111’1’2’2’22理想流体能量守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粘性流体能量守恒单位体积流体流流经1-2时因流动阻力产产生的能量损失失动能变化+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↑，损损失↑弯曲角度↑、弯曲半径↓，损失↑1122面积比↑，损失↑流动阻力能量损损失面积比↑，损失↑1122风压通风原理风压系数屋面高度来流风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理掌握基本概念念：风影区、、伯努利原理理、建筑表面面风压、流动动阻力理解空气流线线的形成和特特点掌握风压通风风和热压通风风设计依据思考：建筑体体型还有哪些些类型？会形形成怎样的流流场？风影区区如何？与方方型建筑相比比，流线型建建筑的室内通通风情况如何何？有一种说说法认为建筑筑室内通风良良好时，会在在建筑后面形形成较大风影影区，你怎么么看？预习：人对通通风有何需求求？自然界的的风是如何产产生的？各地地的通风资源源有何不同？？课下练习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室内环境风对人的影响响和作用？自然通风如何何改善人的不不适感？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=体核向皮肤传传热量=皮肤向环境传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温度度有关换热系数与风速成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流接触时同时发生生扩散和蒸发的过过程扩散：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，(m2·K)/W饱和蒸发不饱和扩散身体驱动力与空气湿度度有关换热系数与风速成成正比人体总蒸发换热量量与皮肤湿润度成成正比参考标准夏季（0.5clo）舒适温度范围24~27℃冬季（1.0clo）舒适温度范围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《《室内热环境条件》适宜温度上升量（（℃）风速（m/s）0.8m/s的风速可提升适宜宜温度3℃，也即27℃→30℃对于夏季着装和轻轻量活动风速提升适宜温度度建筑热环境设计指指标研究七月28.8ºC，82%，一月13.9ºC，74%（广州）夏热冬暖地区夏季季漫长，建筑存量量大，空调耗能多多建筑热环境设计指指标大多面向建筑筑设备缺少面向建筑热工工设计的设计指标标国家自然科学基金金资助（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室内风速达0.3m/s农村高于城市0.270.12三月，四月，十月月，十一月，十二二月自然通风80%可接受范围城市：18.0-28.5ºC农村：≤28.5℃18.028.5数据点面积代表样样本量，实线为全全部数据的回归线线三月，四月，十月月，十一月，十二二月使用风扇室内平均风速0.45m/s个体差异0.23m/s（标准偏差）使用风扇达室内风风速最大值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？分几种？各有什么么特点？用什么指标来描述述风的特性？跟建筑自然通风有有关的气候参数有有哪些？参考教材第64~67页，附录5风之分类—大气环流赤道受热，空气膨胀上升，，向两极流动，形成上空气流上空气流在极地受冷下沉沉，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，气压增高近地季风从海洋吹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，海洋洋升温慢近地风从海洋吹向向陆地陆地降温快，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，山谷谷升温慢近地风从山谷吹向向山坡山坡降温快，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差造成，温差由太阳阳辐射引起风之特性—风力等级风力等级距地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中国气象科学共享享服务网气象统计资料年平均风速风资源分布风之特性—风向（风玫瑰图））广州夏季主导风东东南风，全年主导导风北风夏季风排序：东南风（16%），东风，南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风向广州建筑气候建筑用典型气象年年统计近30年重要气候指标的的平均特征挑选与平均特征相近的的年月拼接而成取自：中国气象象局气象信息中心心气象资料室，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/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），，中国建筑用标准准气象数据库，机机械工业出版社，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/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），，中国建筑用标准准气象数据库，机机械工业出版社，2004广州小时风速广州室外综合温度度过热211天（58%），过冷31天（9%），适中123天（33%）充分满足夏季防热热，可不考虑冬季季保温广州室外综合温度度过热132天（36%），过冷31天（9%），适中123天（55%）利用自然通风可解解决夏季80天（40%）的过热问题30℃建筑热工设计要求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）广州夏季晴天注：房间3×3×3m，南北开窗，窗墙墙面积比0.3，外墙、屋顶、外外窗传热系数1.5、0.9、6W/(m2·K)，外窗综合遮阳系系数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）广州节能设计JGJ75-2012《夏热冬暖地区居住住建筑节能设计标标准》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GB50189-2005《公共建筑节能设计计标准》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地域性综合考虑气温、太阳辐射、风气温高且持续时间间长、太阳辐射较较强且风速较大的的气候地区，建筑筑自然通风较为重重要北方南方严实墩厚、立面平平整、封闭低矮峻峭屋面、通透轻巧、底部架空理解风对身体传热热的影响和作用理解自然界风形成成的原因和特点掌握热环境设计和和节能设计对自然然通风的要求思考：从两个角度度，即房间传热和和人体传热，分析析热环境设计对通通风的要求？有人人认为南方地区夏夏季防热首推自然然通风，其次是遮遮阳和围护结构隔隔热，你怎么看？？预习：哪些设计与与建筑的自然通风风有关？先后顺序序如何？如何作建建筑的风压通风设设计？如何作建筑筑的热压通风设计计？课下练习认知框架空气流线与流动原原理室内环境与室外气气候建筑自然通风设计计群体布局建筑群布局形式有哪些？从哪些方面评判建建筑群布局在促进自自然通风方面的优优劣？哪种布局有利于通通风，哪种不利？31~34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取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals空气流动形式独立流（高宽比<1/3)尾迹干扰流（高宽比1/3~3/4）滑流（高宽比>3/4）平面布局设计错列式、斜列式、自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哪些方面会影响通通风？优秀的建筑通风作作品有哪些？各有有什么特点？如何评价建筑单体体通风设计的优劣劣？朝向减少太阳辐射照射、避免西晒利于夏季引风导风风防暴风雨广州建筑最佳朝向向南偏西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平面图朝向兼顾室内自然通通风和室外风影影区影响建筑主立面与主主导风成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“一”、“工”、“王”字形大部分房间间朝向好，有利利于防晒通风，，次要功能或交交通廊道可布置置于东西侧“口”字形通风互有遮遮挡，只适用于于低层和天井较较大的建筑，多多依靠天井增强强热压通风和采光锯齿形设计用于不利条条件下防晒通风风问题的缓解文丘里效应：流流速增加，压强强减小伯努利原理+--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与适应当地气候候相结合“通过减少垂直直要素的高度，，使垂直要素在在上部更加开放放，这种做法同同时又增加了通通风效果”（皮皮亚诺）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，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--+热压与进出风口口高差和室内外外温度差成正比比热压通风（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《广府传统民居通通风方法及其现现代建筑应用》，博士学位论文文，曾志辉，华华南理工大学，，2010日间天井与厅堂温差差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温差风压通风为主《广府传统民居通通风方法及其现现代建筑应用》，博士学位论文文，曾志辉，华华南理工大学，，2010《广府传统民居通通风方法及其现现代建筑应用》，博士学位论文文，曾志辉，华华南理工大学，，2010陆琦,施瑛.传统民居园林与与设计借鉴—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英国巴克莱卡公公司总部（FitzroyR