建筑自然通風(fēng)教學(xué)課件

1、建筑自然通風(fēng)認(rèn)知框架空氣流線與流動原理室內(nèi)環(huán)境與室外氣候建筑自然通風(fēng)設(shè)計認(rèn)知框架空氣流線與流動原理室內(nèi)環(huán)境與室外氣候建筑自然通風(fēng)設(shè)計空氣性質(zhì)基本物性：密度、壓強(qiáng)、溫度、速度慣性：維持原有運動狀態(tài)粘性：因摩擦反抗相對運動熱脹性：溫度升高，體積增大，密度減小壓縮性：壓強(qiáng)增大，體積減小，密度增大空 氣 流 線風(fēng)在建筑外繞行風(fēng)影區(qū)取自“Air flow around buildings”in 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals風(fēng)影區(qū)迎風(fēng)之長現(xiàn)象正方體建筑風(fēng)影區(qū)長=2倍建筑高迎風(fēng)面長+1，風(fēng)影區(qū)長+0.40.5分析側(cè)面繞行的氣流增多，繞行更遠(yuǎn)應(yīng)用建筑間距2倍高度無通風(fēng)遮擋

2、聯(lián)排建筑較單棟建筑風(fēng)影區(qū)大風(fēng)影區(qū)迎風(fēng)之高現(xiàn)象迎風(fēng)面高+1，風(fēng)影區(qū)長+35分析上部繞行的氣流增多，且上部風(fēng)速（動能）大，繞行距離更遠(yuǎn)應(yīng)用高層建筑的風(fēng)影區(qū)遠(yuǎn)大于低層風(fēng)影區(qū)迎風(fēng)之深現(xiàn)象迎風(fēng)深+1，風(fēng)影區(qū)長-0.30.8分析繞行氣流貼附壁面流動，繞行距離縮短應(yīng)用大進(jìn)深建筑的風(fēng)影區(qū)小于小進(jìn)深風(fēng)影區(qū)風(fēng)向角立面法線來流風(fēng)向風(fēng)向角現(xiàn)象風(fēng)向角越大，風(fēng)影區(qū)越小分析迎風(fēng)之長漸短，高不變，深漸深，故風(fēng)影區(qū)漸小應(yīng)用建筑朝向主導(dǎo)風(fēng)方向形成較大風(fēng)影區(qū)，反之形成較小風(fēng)影區(qū)風(fēng)影區(qū)平面體形L 風(fēng)影區(qū)平面體形U 風(fēng)影區(qū)平面體形T 空氣的慣性、粘性開窗位置和面積設(shè)計風(fēng)在建筑內(nèi)穿行開窗高度和面積設(shè)計風(fēng)在建筑內(nèi)穿行風(fēng)在建筑內(nèi)穿行計算流體

3、力學(xué)模擬室內(nèi)通風(fēng)通路設(shè)計風(fēng)在建筑內(nèi)穿行空氣流動原理參考流體力學(xué)流動模型取一股流動中的空氣1、2斷面處空氣參數(shù)：流速、壓強(qiáng)、面積和高度壓強(qiáng)朝向法線反方向11221-2質(zhì)量 = 1-2 質(zhì)量面積*流速 = 常量面積?。ù螅?，流速大（?。r刻內(nèi)發(fā)生的流動質(zhì)量守恒11112222壓力做功動能變化勢能變化時刻內(nèi)發(fā)生的流動11112222理想流體能量守恒時刻內(nèi)發(fā)生的流動11112222理想流體能量守恒伯努利原理1動能變化+勢能變化=壓力做功文丘里效應(yīng)：流速增加，壓強(qiáng)減小伯努利原理時刻內(nèi)發(fā)生的流動11112222粘性流體能量守恒單位體積流體流經(jīng)1-2時因流動阻力產(chǎn)生的能量損失動能變化+勢能變化+能量損失=壓

4、力做功伯努利原理2彎曲角度 、彎曲半徑，損失長度、直徑、粗糙度，損失面積比，損失1122面積比，損失流動阻力能量損失1122風(fēng)壓通風(fēng)原理風(fēng)影區(qū)112233風(fēng)在建筑外穿行流場漸寬，流速漸緩壓強(qiáng)漸強(qiáng)，抵抗流動流場漸窄，流速漸快壓強(qiáng)漸弱，推動流動消耗動能以克服抗力，出現(xiàn)回流風(fēng)壓系數(shù)屋面高度來流風(fēng)速迎風(fēng)面背風(fēng)面屋面?zhèn)蕊L(fēng)面建筑表面風(fēng)壓風(fēng)壓系數(shù)屋面高度來流風(fēng)速迎風(fēng)面背風(fēng)面屋面?zhèn)蕊L(fēng)面建筑表面風(fēng)壓ABAB滯點側(cè)風(fēng)面-0.55迎風(fēng)面0.6背風(fēng)面-0.38平面圖風(fēng)壓系數(shù)屋面高度來流風(fēng)速迎風(fēng)面背風(fēng)面屋面?zhèn)蕊L(fēng)面建筑表面風(fēng)壓平面圖水平屋面-0.71122風(fēng)在建筑內(nèi)穿行+室外來流風(fēng)速越大建筑物前后壓差越大房間流動阻力系數(shù)

5、越小室內(nèi)風(fēng)速越大風(fēng)壓通風(fēng)原理熱壓通風(fēng)原理熱壓與進(jìn)出風(fēng)口高差和室內(nèi)外溫度差成正比熱壓通風(fēng)（煙囪效應(yīng)）持續(xù)冷卻持續(xù)加熱室內(nèi)外溫差越大進(jìn)出風(fēng)口高差越大房間的流動阻力系數(shù)越小室內(nèi)風(fēng)速越大熱壓通風(fēng)原理通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)，聯(lián)立求解各節(jié)點平衡方程得各處風(fēng)壓、風(fēng)速大阻力，小流速；小阻力，大流速流體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點外節(jié)點局部阻力多區(qū)域通風(fēng)和污染物擴(kuò)散分析軟件美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會開發(fā)風(fēng)壓通風(fēng)、熱壓通風(fēng)另配有：自然通風(fēng)氣候分析工具自然通風(fēng)開口尺寸設(shè)計工具免費下載地址：/IAQanalysis/software/index.htm流體網(wǎng)絡(luò)CONTAM掌握基本概念：風(fēng)影區(qū)、伯努利原理、建筑表面風(fēng)壓、流動阻力理解空氣流線的形成和特

6、點掌握風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)設(shè)計依據(jù)思考：建筑體型還有哪些類型？會形成怎樣的流場？風(fēng)影區(qū)如何？與方型建筑相比，流線型建筑的室內(nèi)通風(fēng)情況如何？有一種說法認(rèn)為建筑室內(nèi)通風(fēng)良好時，會在建筑后面形成較大風(fēng)影區(qū)，你怎么看？預(yù)習(xí)：人對通風(fēng)有何需求？自然界的風(fēng)是如何產(chǎn)生的？各地的通風(fēng)資源有何不同？課下練習(xí)認(rèn)知框架空氣流線與流動原理室內(nèi)環(huán)境與室外氣候建筑自然通風(fēng)設(shè)計室內(nèi)環(huán)境風(fēng)對人的影響和作用？自然通風(fēng)如何改善人的不適感？人體熱平衡-恒溫動物體核皮膚皮膚血流體外環(huán)境對流，輻射呼吸，蒸發(fā)產(chǎn)熱量 = 體核向皮膚傳熱量 = 皮膚向環(huán)境傳熱量活動量皮膚血流量服裝熱阻空氣溫度空氣濕度風(fēng)速平均輻射溫度參考標(biāo)準(zhǔn)夏季（0.5clo

7、）舒適溫度范圍 2427冬季（1.0clo）舒適溫度范圍 2025前提條件：50%、0.2m/s、1.2met操作溫度（）含濕量熱舒適區(qū)風(fēng)速0.2m/s1.2met相對濕度GB/T 5701-2008室內(nèi)熱環(huán)境條件DA McINTYRE.Indoor Climate，Applied Science Published LTD，1980風(fēng)速（m/s）風(fēng)感情景1m/s廣州日均風(fēng)速7月標(biāo)準(zhǔn)日：最大2.7m/s，最小1.0m/s，平均1.9m/s1月標(biāo)準(zhǔn)日：最大3.2m/s，最小1.3m/s，平均2.0m/s張晴原等（著），中國建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)庫，機(jī)械工業(yè)出版社，2004廣州小時風(fēng)速4月標(biāo)準(zhǔn)日：最大

8、2.1m/s，最小1.0m/s，平均1.5m/s10月標(biāo)準(zhǔn)日：最大2.3m/s，最小1.2m/s，平均1.7m/s張晴原等（著），中國建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)庫，機(jī)械工業(yè)出版社，2004廣州小時風(fēng)速廣州室外綜合溫度過熱211天（58%），過冷31天（9%），適中123天（33%）充分滿足夏季防熱，可不考慮冬季保溫廣州室外綜合溫度過熱132天（36%），過冷31天（9%），適中123天（55%）利用自然通風(fēng)可解決夏季80天（40%）的過熱問題30建筑熱工設(shè)計要求熱環(huán)境設(shè)計目標(biāo)房間室內(nèi)熱環(huán)境處于舒適范圍工況房間自然調(diào)節(jié)，由熱平衡形成房間環(huán)境關(guān)系房間溫度是各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的室外綜合溫度按傳熱系數(shù)和面積乘積的加權(quán)

9、平均氣候建筑人室外氣溫越高，太陽輻射越強(qiáng)的地區(qū)，夏季熱環(huán)境設(shè)計越重要設(shè)計要點：降低室外綜合溫度；減小室外綜合溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)權(quán)重?zé)岘h(huán)境設(shè)計目標(biāo)房間室內(nèi)熱環(huán)境處于舒適范圍工況房間自然調(diào)節(jié)，由熱平衡形成房間環(huán)境關(guān)系房間溫度是各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的室外綜合溫度和外窗太陽輻射得熱的加權(quán)平均氣候建筑人室外氣溫越高，太陽輻射越強(qiáng)的地區(qū)，夏季熱環(huán)境設(shè)計越重要設(shè)計要點：降低室外綜合溫度；減小室外綜合溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)權(quán)重；減少外窗太陽輻射得熱熱環(huán)境設(shè)計目標(biāo)房間室內(nèi)熱環(huán)境處于舒適范圍工況房間自然調(diào)節(jié)，由熱平衡形成房間環(huán)境關(guān)系房間溫度是室外綜合溫度、外窗太陽輻射得熱和室外氣溫的加權(quán)平均氣候建筑人室外氣溫越高，太陽輻射越強(qiáng)

10、的地區(qū)，夏季熱環(huán)境設(shè)計越重要設(shè)計要點：降低室外綜合溫度；減小室外綜合溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)權(quán)重；減少外窗太陽輻射得熱；增大室內(nèi)通風(fēng)量廣州夏季晴天注：房間333m，南北開窗，窗墻面積比0.3，外墻、屋頂、外窗傳熱系數(shù)1.5、0.9、6W/(m2K) ，外窗綜合遮陽系數(shù)0.8，氣溫2736，平均3126節(jié)能設(shè)計目標(biāo)建筑（空調(diào)）能耗較低工況房間開啟空調(diào)，室溫26，傳入室內(nèi)的熱量形成空調(diào)能耗關(guān)系空調(diào)能耗與各圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱量成正比氣候建筑人室外氣溫越高，太陽輻射越強(qiáng)的地區(qū)，夏季節(jié)能設(shè)計越重要設(shè)計要點：降低室外綜合溫度；減小室外綜合溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)權(quán)重26節(jié)能設(shè)計目標(biāo)建筑（空調(diào)）能耗較低工況房間開啟空調(diào)，室

11、溫26，傳入室內(nèi)的熱量形成空調(diào)能耗關(guān)系空調(diào)能耗與各圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱量和外窗太陽輻射得熱成正比氣候建筑人室外氣溫越高，太陽輻射越強(qiáng)的地區(qū)，夏季節(jié)能設(shè)計越重要設(shè)計要點：降低室外綜合溫度；減小室外綜合溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)權(quán)重；減少外窗太陽輻射得熱26節(jié)能設(shè)計目標(biāo)建筑（空調(diào)）能耗較低工況房間開啟空調(diào)，室溫26，傳入室內(nèi)的熱量形成空調(diào)能耗關(guān)系空調(diào)能耗與圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱量、外窗太陽輻射得熱和通風(fēng)換熱成正比氣候建筑人室外氣溫越高，太陽輻射越強(qiáng)的地區(qū)，夏季節(jié)能設(shè)計越重要設(shè)計要點：降低室外綜合溫度；減小室外綜合溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)權(quán)重；減少外窗太陽輻射得熱；減少門窗通風(fēng)換熱量廣州節(jié)能設(shè)計JGJ 75-2012 夏熱冬暖

12、地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)群體布局建筑群的總體規(guī)劃應(yīng)有利于自然通風(fēng)單體設(shè)計建筑的平面、立面設(shè)計應(yīng)有利于自然通風(fēng)細(xì)部設(shè)計每戶至少應(yīng)有一個居住房間通風(fēng)開口和通風(fēng)路徑的設(shè)計滿足自然通風(fēng)要求細(xì)部設(shè)計外窗（包括陽臺門）的通風(fēng)開口面積不應(yīng)小于房間地面面積的10%或外窗面積的45%廣州節(jié)能設(shè)計GB 50189-2005 公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)群體布局建筑總平面的布置和設(shè)計宜利用夏季自然通風(fēng)細(xì)部設(shè)計建筑中庭夏季應(yīng)利用通風(fēng)降溫細(xì)部設(shè)計外窗的可開啟面積不應(yīng)小于窗面積的30%建筑遮陽建筑自然通風(fēng)自然通風(fēng)的氣候地域性綜合考慮氣溫、太陽輻射、風(fēng)氣溫高且持續(xù)時間長、太陽輻射較強(qiáng)且風(fēng)速較大的氣候地區(qū)，建筑自然通風(fēng)較為重要北方南

13、方嚴(yán)實墩厚、立面平整、封閉低矮峻峭屋面、通透輕巧、底部架空理解風(fēng)對身體傳熱的影響和作用理解自然界風(fēng)形成的原因和特點掌握熱環(huán)境設(shè)計和節(jié)能設(shè)計對自然通風(fēng)的要求思考：從兩個角度，即房間傳熱和人體傳熱，分析熱環(huán)境設(shè)計對通風(fēng)的要求？有人認(rèn)為南方地區(qū)夏季防熱首推自然通風(fēng)，其次是遮陽和圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱，你怎么看？預(yù)習(xí)：哪些設(shè)計與建筑的自然通風(fēng)有關(guān)？先后順序如何？如何作建筑的風(fēng)壓通風(fēng)設(shè)計？如何作建筑的熱壓通風(fēng)設(shè)計？課下練習(xí)認(rèn)知框架空氣流線與流動原理室內(nèi)環(huán)境與室外氣候建筑自然通風(fēng)設(shè)計群體布局建筑群布局形式有哪些？從哪些方面評判建筑群布局在促進(jìn)自然通風(fēng)方面的優(yōu)劣？哪種布局有利于通風(fēng)，哪種不利？3134教學(xué)樓東湖北部樓

14、群南秀村、紅棉苑北區(qū)教工家屬樓天一新村電子五所東區(qū)教工樓群匯景新城別墅東方新世界芳草園中怡城市花園南國花園星匯園獵德小區(qū)深圳住區(qū)平面布局分類并列式行列式風(fēng)在建筑外繞行風(fēng)影區(qū)取自“Air flow around buildings”in 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals空氣流動形式獨立流尾跡干擾流滑流平面布局設(shè)計錯列式、斜列式、自由式優(yōu)于并列式和周邊式平面布局設(shè)計匯景新城深圳華僑城風(fēng)影區(qū)迎風(fēng)之高現(xiàn)象迎風(fēng)面高加1，風(fēng)影區(qū)長加35分析上部繞行的氣流增多且風(fēng)速較大，繞行距離更遠(yuǎn)應(yīng)用高層建筑的風(fēng)影區(qū)遠(yuǎn)大于低層空間布局設(shè)計架空通風(fēng)設(shè)計32號樓（華工院）北京：用風(fēng)防風(fēng)單體設(shè)

15、計建筑單體設(shè)計的哪些方面會影響通風(fēng)？優(yōu)秀的建筑通風(fēng)作品有哪些？各有什么特點？如何評價建筑單體通風(fēng)設(shè)計的優(yōu)劣？朝向減少太陽輻射照射、避免西曬利于夏季引風(fēng)導(dǎo)風(fēng)防暴風(fēng)雨廣州建筑最佳朝向南偏西5南偏東10風(fēng)影區(qū)風(fēng)向投射角立面法線來流風(fēng)向風(fēng)向投射角現(xiàn)象風(fēng)向投射角越大，風(fēng)影區(qū)越小分析迎風(fēng)之長漸短，高不變，深漸深，故風(fēng)影區(qū)漸小應(yīng)用建筑朝向主導(dǎo)風(fēng)方向形成較大風(fēng)影區(qū)，反之形成較小風(fēng)影區(qū)風(fēng)壓系數(shù)屋面高度來流風(fēng)速迎風(fēng)面背風(fēng)面屋面?zhèn)蕊L(fēng)面建筑表面風(fēng)壓ABAB滯點側(cè)風(fēng)面-0.55迎風(fēng)面0.6背風(fēng)面-0.38平面圖風(fēng)壓系數(shù)屋面高度來流風(fēng)速迎風(fēng)面背風(fēng)面屋面?zhèn)蕊L(fēng)面建筑表面風(fēng)壓BCBC迎風(fēng)面0.3背風(fēng)面-0.5AAB平面圖朝向兼

16、顧室內(nèi)自然通風(fēng)和室外風(fēng)影區(qū)影響建筑主立面與主導(dǎo)風(fēng)成2030風(fēng)向投射角室內(nèi)風(fēng)速降低（%）風(fēng)影區(qū)長度003.75H30133H45301.5H60501.5H平面體形“一”、“工”、“王”字形大部分房間朝向好，有利于防曬通風(fēng)，次要功能或交通廊道可布置于東西側(cè)“口”字形通風(fēng)互有遮擋，只適用于低層和天井較大的建筑，多依靠天井增強(qiáng)熱壓通風(fēng)和采光鋸齒形設(shè)計用于不利條件下防曬通風(fēng)問題的緩解文丘里效應(yīng)：流速增加，壓強(qiáng)減小伯努利原理+-管式住宅漢諾威梅斯26號展廳天然采光自然通風(fēng)+-北漢諾威梅斯26號展廳-德國林茨會展中心+-+-屋面引風(fēng)設(shè)計11城規(guī)林偉鴻11城規(guī)周擷陽+-屋面引風(fēng)設(shè)計11城規(guī)周擷陽屋面引風(fēng)設(shè)計

17、屋面引風(fēng)設(shè)計11景觀盧品+-+-捕風(fēng)塔UMNO大樓翼型導(dǎo)風(fēng)墻聚集自然風(fēng)門窗百葉交通廊道功能空間UMNO大樓10城規(guī)吳凱晴建筑形體導(dǎo)風(fēng)設(shè)計吉巴歐文化中心吉巴歐文化中心美拉尼西亞尊重當(dāng)?shù)匚幕c適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛳嘟Y(jié)合“通過減少垂直要素的高度，使垂直要素在上部更加開放，這種做法同時又增加了通風(fēng)效果”（皮亞諾）露臺展覽室庭院通道棚屋曲線型薄木板吉巴歐文化中心正面來風(fēng)，610m/s正面來風(fēng)，1015m/s臺風(fēng)來襲背面來風(fēng)+-吉巴歐文化中心-+風(fēng)受阻，風(fēng)速下降，風(fēng)壓增大，從而產(chǎn)生壓差驅(qū)動室內(nèi)通風(fēng)因受阻在先，氣流能量損失增加，與順暢通風(fēng)的有利情況相比，風(fēng)速較弱，通風(fēng)效果較差不利情況之改善樹因遮陽和蒸發(fā)作用，樹蔭下

18、氣溫較低利用綠化導(dǎo)風(fēng)引風(fēng)，可將冷空氣引入室內(nèi)，增強(qiáng)通風(fēng)冷卻效果樹之利用熱壓與進(jìn)出風(fēng)口高差和室內(nèi)外溫度差成正比熱壓通風(fēng)（煙囪效應(yīng)）持續(xù)冷卻持續(xù)加熱三間兩廊日間夜間三間兩廊-佛山三水廣府傳統(tǒng)民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用，博士學(xué)位論文，曾志輝，華南理工大學(xué)，2010日間天井與廳堂溫差2熱壓通風(fēng)為主空間風(fēng)速天井0.2m/s廳堂0.07m/s房0.04m/s三間兩廊-佛山三水三間兩廊-佛山東華里日間天井與廳堂溫差2風(fēng)壓通風(fēng)為主東南風(fēng)空間風(fēng)速（日）風(fēng)速（夜）天井0.4m/s0.4m/s廳堂0.12m/s0.13m/s房0.07m/s0.15m/s三間兩廊-佛山東華里夜間天井與廳堂無溫差風(fēng)壓通風(fēng)為主廣府傳統(tǒng)

19、民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用，博士學(xué)位論文，曾志輝，華南理工大學(xué)，2010廣府傳統(tǒng)民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用，博士學(xué)位論文，曾志輝，華南理工大學(xué)，2010陸琦, 施瑛. 傳統(tǒng)民居園林與設(shè)計借鑒中山泮廬住居. 南方建筑, 2010, (3):48-50傳統(tǒng)經(jīng)驗再創(chuàng)造-中山泮廬竹筒屋廣州寶源路民居取自廣府傳統(tǒng)民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用，博士學(xué)位論文，曾志輝，華南理工大學(xué)，2010天井1.5*2.6*9，上覆雨棚風(fēng)壓通風(fēng)為主日間東南風(fēng)空間風(fēng)速天井0.24m/s冷巷0.33m/s廳堂0.32m/s房0.19m/s竹筒屋廣州寶源路民居取自廣府傳統(tǒng)民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用，博士學(xué)位論文，曾志輝，華南理工大學(xué)，2010天井2.4*2.0*13，2.8*4.4*13風(fēng)壓通風(fēng)為主日間東南風(fēng)空間風(fēng)速天井1m/s冷巷0.68m/s廳堂0.48m/s房0.5m/s11城規(guī)王琪11景觀沙泠庭院熱壓通風(fēng)設(shè)計11城規(guī)馮煦欣中庭熱壓通風(fēng)英國巴克萊卡公司總部（Fitzroy Robinson Limited）