自然通风基础培训.ppt

1、 13.2 3.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算3.2.1 设计性计算的步骤 3.2.2 校核性计算的步骤3.1 3.1 自然通风作用原理自然通风作用原理3.1.1 热压作用下的自然通风 3.1.2 室外风压作用下的自然通风3.1.3 热压与风压联合作用下的自然通风 第第3章章 自自 然然 通通 风风 23.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计3.3.1 建筑总平面规划 3.3.2 建筑形式的选择 3.3.3 工艺布置 3.3.4 避风天窗及风帽的设计 3.3.5 生态建筑的自然通风(不作要求)第第3章章 自自 然然 通通 风风 3熟练掌握熟练掌握：热压、风压作用下的及热压

2、与：热压、风压作用下的及热压与风压共同作用下的自然通风原理。风压共同作用下的自然通风原理。掌握：掌握：工业厂房自然通风的设计性计计算工业厂房自然通风的设计性计计算和校核性计算。和校核性计算。理解理解：自然通风与建筑设计。：自然通风与建筑设计。第第3章章 自自 然然 通通 风风 4自然通风定义什么是自然通风?利用自然的手段(风压、热压等)将室外空气不经过空调处理就引入室内以达到维持室内空气舒适性的方法目的 带走热湿量（保持室内热舒适性）带入新风 (保持室内空气品质）第第3章章 自自 然然 通通 风风 5 优点 无能耗 建筑能耗占总能耗30 空气品质好 机械通风空调：“病态建筑”缺点 难控制 有时

3、风量不足 解决办法：自然通风和机械通风相结合，机械辅助自然通风 自然通风的特点第第3章章 自自 然然 通通 风风 6 只要建筑开口两侧存在压力差只要建筑开口两侧存在压力差 P P，就会有空气流过开口。，就会有空气流过开口。3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 7建筑不同高度（高差h）上有窗孔a、b设：tntw,则：wn由水静力学公式得：b窗内外的作用压差（规定以室内向室外流动为正）即热压热压的定义：由室内外空气温差在不同高度通风口间造成的空气流动作用压头3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理3.1.1 热压作用下的自然通风热压作用下的自然通风 8注意：注意：热压和余压的区别热

4、压和余压的区别 热压热压两窗孔之间的压差，两窗孔之间的压差，PPb b-P-Pa a 在仅有热压作用时，窗孔内外的压差即等于该水平在仅有热压作用时，窗孔内外的压差即等于该水平面的余压面的余压 PPa a=P Pxaxa，PPb b=P=Pxbxb定义：用 Px 表示 室内某一点的压力与室外同标高未受干扰的空气压力的差值2.2.余压余压3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 9可知仅有热压作用时，可知仅有热压作用时，窗孔内外的压差（即余压）窗孔内外的压差（即余压）是随高度是随高度 h h 成线性增加的成线性增加的室内向室外流动为正室内向室外流动为正由于由于a 窗进风，所以窗进风，所以 P

5、 Pxaxa 0 0 0在某一高度上，有在某一高度上，有 P Pxhxh =0=0中和面中和面定义：定义：室内外压力差为零的水平面室内外压力差为零的水平面中和面以上的窗孔排风，距中和面越远，余压绝对值越大中和面以上的窗孔排风，距中和面越远，余压绝对值越大（+）中和面以下的窗孔进风，距中和面越远，余压值绝对越大（中和面以下的窗孔进风，距中和面越远，余压值绝对越大（-）3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 10根据根据质量守恒定律：质量守恒定律：3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 112 2 多层建筑多层建筑多层建筑多层建筑 如果是一多层建筑物，仍设室如果是一多层建筑物，仍设

6、室内温度高于室外温度，则室外空内温度高于室外温度，则室外空气从下层房间的外门窗缝隙或开气从下层房间的外门窗缝隙或开启的洞口进入室内，经内门窗缝启的洞口进入室内，经内门窗缝隙或开启的洞口进入楼内的垂直隙或开启的洞口进入楼内的垂直通道向上流动，最后经上层的内通道向上流动，最后经上层的内门窗缝隙或开启的洞口和外墙的门窗缝隙或开启的洞口和外墙的窗、阳台门缝或开启的洞口排至窗、阳台门缝或开启的洞口排至室外。这就形成了多层建筑物在室外。这就形成了多层建筑物在热压作用下的自然通风也就是所热压作用下的自然通风也就是所谓的谓的“烟囱效应烟囱效应”。3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 12多多层层建建

7、筑筑的的热热压压引引起起的的自自然然通通风风大中和面大中和面小中和面小中和面H Hh h3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 13热压作用模拟的建筑模型热压作用模拟的建筑模型每层有上下两个开口每层有上下两个开口3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 14室室室室内内内内空空空空气气气气速速速速度度度度分分分分布布布布 15室内空气温度分布室内空气温度分布 16外廊式多层建筑在热压作用下的自然通风外廊式多层建筑在热压作用下的自然通风 如果建筑物内没有如果建筑物内没有“烟囱烟囱”（与室外有联系的竖向通（与室外有联系的竖向通道），也就没有相应的道），也就没有相应的“烟囱效应烟囱效应

8、”。3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 17 在建筑物迎风面，气流在建筑物迎风面，气流受阻，部分动压转化为静压，受阻，部分动压转化为静压，静压值升高，风压为正，称静压值升高，风压为正，称为正压；在建筑物的侧面和为正压；在建筑物的侧面和背面由于产生局部涡流，形背面由于产生局部涡流，形成负压区，静压降低，风压成负压区，静压降低，风压为负，称为负压。为负，称为负压。风压系数风压系数3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理3.1.2 风压作用下的自然通风风压作用下的自然通风 18 往往采用往往采用往往采用往往采用CFDCFDCFDCFD或风洞模型实验的方法求取或风洞模型实验的方法求取

9、或风洞模型实验的方法求取或风洞模型实验的方法求取K K K K值。值。值。值。19 由于气流的撞击作用，在迎风面形成一个滞流区，该由于气流的撞击作用，在迎风面形成一个滞流区，该处的静压力高于大气压力，处于正压状态。在正压区内气处的静压力高于大气压力，处于正压状态。在正压区内气流呈循环流动，在地面附近气流方向与主导风向相反。在流呈循环流动，在地面附近气流方向与主导风向相反。在一般情况下，风向与该平面的夹角一般情况下，风向与该平面的夹角大于大于3030时，会形成时，会形成正正压压区。区。室外气流发生建筑绕流时，在建筑物的顶部和后侧形室外气流发生建筑绕流时，在建筑物的顶部和后侧形成弯曲循环气流。屋顶

10、上部的涡流区称为回流空腔，建筑成弯曲循环气流。屋顶上部的涡流区称为回流空腔，建筑物背风面的涡流区称为回旋气流区。这两个区域的静压力物背风面的涡流区称为回旋气流区。这两个区域的静压力均低于大气压力，形成均低于大气压力，形成负压区负压区，我们把它们统称为，我们把它们统称为空气动空气动力阴影区。力阴影区。3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 20建建筑筑物物在在风风力力作作用用下下的的压压力力分分布布a a）平屋顶建筑（立剖面）平屋顶建筑（立剖面）b b）倾角）倾角3030坡屋顶建筑（立剖面）坡屋顶建筑（立剖面）c c）倾角）倾角4545坡屋顶建筑（立剖面）坡屋顶建筑（立剖面）d d）建筑

11、平面图）建筑平面图3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 213.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理热压作用下的自然通风热压作用下的自然通风 22室外风压作用下的自然通风室外风压作用下的自然通风3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 23 hbKbxbPawtwrrtnnxaPKaw3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理3.1.3 热压与风压联合作用下的自然通风热压与风压联合作用下的自然通风 窗孔内外的压差窗孔内外的压差 2424风压和热压共同作用，有时互相加强，有时相互抵消风压和热压共同作用，有时互相加强，有时相互抵消两者相互作用下的通风机理还待研究，目前将两

12、者的两者相互作用下的通风机理还待研究，目前将两者的相互作用简单考虑为线性叠加相互作用简单考虑为线性叠加一般来说建筑进深小的部位多利用风压直接通风，进一般来说建筑进深小的部位多利用风压直接通风，进深大的部位利用热压通风深大的部位利用热压通风风压热压同时作用时的孔口内外压差风压热压同时作用时的孔口内外压差3.13.1 自然通风作用原理自然通风作用原理 25热压与风压热压与风压究竟谁起主导作用呢？究竟谁起主导作用呢？采暖通风与空气调节设计规范采暖通风与空气调节设计规范规定：在实际工程设规定：在实际工程设计计算时仅考虑热压的作用，风压一般不予考虑。计计算时仅考虑热压的作用，风压一般不予考虑。3.13.

13、1 自然通风作用原理自然通风作用原理 26自然通风设计性计算通常按下列步骤进行：自然通风设计性计算通常按下列步骤进行：1.1.计算全面换气量及排风温度计算全面换气量及排风温度 排除车间余热量所需的全面换气量排除车间余热量所需的全面换气量 车间上部排风温度的确定方法有几种，目前常用车间上部排风温度的确定方法有几种，目前常用的有温度梯度法和有效热量法。的有温度梯度法和有效热量法。2.2.确定窗孔的位置，分配各窗孔的进、排风量确定窗孔的位置，分配各窗孔的进、排风量3.3.确定各窗孔内外压差和窗孔面积确定各窗孔内外压差和窗孔面积3.23.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算3.2.1 设计

14、性计算的步骤设计性计算的步骤 271.1.温度梯度法温度梯度法：对于散热较为均匀，散热量不大的车间，：对于散热较为均匀，散热量不大的车间，室内空气温度沿高度方向的分布规律大致是一直线关系。室内空气温度沿高度方向的分布规律大致是一直线关系。3.23.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算车间排风温度计算车间排风温度计算t tw、t tn是已知的，但是已知的，但t tp未知未知求解方法：求解方法：283.23.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算 2.2.有效热量法有效热量法（m m值法）值法）：有效热量系数：有效热量系数m 的定义：的定义：室内总余热量中直接进入室内总余热量

15、中直接进入工作区的热量比例工作区的热量比例有效热量有效热量 29QmQ（1-m）Qtwtntp从全室的热平衡分析：从工作区热平衡分析：从工作区热平衡分析：两式联立，有：两式联立，有：室内平均温度：室内平均温度：3.23.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算 302 2）确定窗孔位置确定窗孔位置可以先假设中和面位置h2h1定性分析：简化计算，若：则有：离中和面越远，余压越大，同样离中和面越远，余压越大，同样的通风量要求的窗孔面积越小的通风量要求的窗孔面积越小中和面位置要适当中和面位置要适当）确定窗孔面积）确定窗孔面积3.23.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算 31 当

16、进行校核性计算时，可按已知的进、排风窗孔面当进行校核性计算时，可按已知的进、排风窗孔面积估算出中和面的位置。积估算出中和面的位置。根据估算出的中和面位置，确定进风窗的进风量与根据估算出的中和面位置，确定进风窗的进风量与排风窗的排风量是否与房间所需要的全面换气量相等。排风窗的排风量是否与房间所需要的全面换气量相等。3.23.2 工业厂房自然通风的计算工业厂房自然通风的计算3.2.2 校核性计算的步骤校核性计算的步骤 32（1 1）建筑群的布局可从平面和空间两个方面考虑。建）建筑群的布局可从平面和空间两个方面考虑。建筑群平面布局可分为：筑群平面布局可分为：行列式、错列式、斜列式及周边行列式、错列式

17、、斜列式及周边式，式，从通风的角度来看，错列式和斜列式较行列式和周从通风的角度来看，错列式和斜列式较行列式和周边式好。边式好。（2 2）为了保证建筑的自然通风效果，建筑主要进风面）为了保证建筑的自然通风效果，建筑主要进风面一般应与夏季主导风向成一般应与夏季主导风向成60609090角，不宜小于角，不宜小于4545，同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计3.3.1 建筑总平面规划建筑总平面规划 33（3 3）室外风吹过建筑物时，迎风面的正压区和背风）室外风吹过建筑物时，迎风面的正压区和背风面的负压区都会延伸一

18、定的距离，在这个距离内的低面的负压区都会延伸一定的距离，在这个距离内的低矮建筑物会受高大建筑所形成的正压区或负压区的影矮建筑物会受高大建筑所形成的正压区或负压区的影响。为了保证较低矮的建筑物能正常进风和排风，各响。为了保证较低矮的建筑物能正常进风和排风，各建筑之间有关的尺寸应保持适当的比例。建筑之间有关的尺寸应保持适当的比例。3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 1.1.建筑高度对自然通风的影响建筑高度对自然通风的影响2.2.穿堂风穿堂风3.3.多层车间多层车间4.4.热车间热车间 1.1.建筑高度对自然通风的影响建筑高度对自然通风的影响建筑高度对自然通风的影响建筑高度对自然通风

19、的影响 自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物的高度的自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物的高度的增加而增强。这对高层建筑物的室内通风是有利的。增加而增强。这对高层建筑物的室内通风是有利的。但是，高层建筑能把城市上空的高速风引向地面，产生但是，高层建筑能把城市上空的高速风引向地面，产生“楼房风楼房风”的危害，这对周边地区自然通风的稳定性和控的危害，这对周边地区自然通风的稳定性和控制是不利的。制是不利的。3.3.2 建筑形式的选择建筑形式的选择3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 如果迎风面和背风面的外墙开孔面积占外墙总面积如果迎风面和背风面的外墙开孔面积占外墙总面积1/41

20、/4以上，且建筑内部阻挡较少时，室外气流横贯整个车间，以上，且建筑内部阻挡较少时，室外气流横贯整个车间，形成所谓的形成所谓的“穿堂风穿堂风”。应用穿堂风时，应将主要热源布置在夏季主导风向的应用穿堂风时，应将主要热源布置在夏季主导风向的下风侧。下风侧。2.2.穿堂风穿堂风穿堂风穿堂风3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 373.3.多层车间多层车间多层车间多层车间 多层车间，在工艺条件允许下热源尽量安设在上层，多层车间，在工艺条件允许下热源尽量安设在上层，下层用于进风。下层用于进风。4.4.热车间热车间热车间热车间 为了增大进风面积，以自然通风为主的热车间应尽量采为了增大进风面积，

21、以自然通风为主的热车间应尽量采用单跨厂房。用单跨厂房。在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置，尽量避免热跨相在多跨厂房中应将冷、热跨间隔布置，尽量避免热跨相邻。邻。3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 38 某铝电解车间，为了某铝电解车间，为了降低工作区温度，冲淡有降低工作区温度，冲淡有害物浓度，厂房采用双层害物浓度，厂房采用双层结构。车间的主要放热设结构。车间的主要放热设备电解槽布置在二层，电备电解槽布置在二层，电解槽两侧的地板上，设置解槽两侧的地板上，设置四排连续的进风格子板。四排连续的进风格子板。室外新鲜空气由侧窗和地室外新鲜空气由侧窗和地板的送风格子板直接进入板的送风格子板直接

22、进入工作区。这种双层建筑自工作区。这种双层建筑自然通风量大，工作区温升然通风量大，工作区温升小，能较好的改善车间中小，能较好的改善车间中部的劳动条件。部的劳动条件。3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 39冷冷热热跨跨间间隔隔布布置置时时气气流流运运动动示示意意图图 40均均为为热热跨跨的的多多跨跨厂厂房房气气流流运运动动示示意意图图 41 以热压为主进行自然通风的厂房，应尽量将散热设备布以热压为主进行自然通风的厂房，应尽量将散热设备布置在天窗下方。置在天窗下方。散热量大的热源应尽量布置在厂房外面，夏季主导风向散热量大的热源应尽量布置在厂房外面，夏季主导风向的下风侧。布置在室内的

23、热源，应采取有效的隔热措施。的下风侧。布置在室内的热源，应采取有效的隔热措施。当热源靠近生产厂房一侧的外墙布置，而且外墙与热源当热源靠近生产厂房一侧的外墙布置，而且外墙与热源间无工作点时，热源应尽量布置在该侧外墙的两个进风口间无工作点时，热源应尽量布置在该侧外墙的两个进风口之间。之间。热车间的热源布置热车间的热源布置3.3.3 工艺布置工艺布置3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 42定义：定义：为了不发生倒灌，可以在天窗上增设挡风板，或者为了不发生倒灌，可以在天窗上增设挡风板，或者采取其它措施，保证天窗排风口在任何风向下都处于负压采取其它措施，保证天窗排风口在任何风向下都处于负

24、压区，这种天窗称为避风天窗。区，这种天窗称为避风天窗。类型：类型：1 1、避风天窗、避风天窗:目前常用的避风天窗有以下几种形式目前常用的避风天窗有以下几种形式:矩形天窗矩形天窗 下沉式天窗下沉式天窗 曲（折）线型天窗曲（折）线型天窗2 2、避风风帽、避风风帽:在普通风帽的外围增设一周挡风圈。风帽的在普通风帽的外围增设一周挡风圈。风帽的作用在于使排风口处和风道内产生负压，防止室外倒灌和作用在于使排风口处和风道内产生负压，防止室外倒灌和防止雨水或污物进入风道或室内。防止雨水或污物进入风道或室内。3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计3.3.4 避风天窗及风帽的设计避风天窗及风帽的设计

25、43天窗的做法天窗的做法纵向下沉式天窗纵向下沉式天窗 横向下沉式天窗横向下沉式天窗3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 44矩形避风天窗矩形避风天窗3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 45 天井式天窗天井式天窗3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 463.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 47风压作用自然通风热压作用自然通风风压、热压联合作用自然通风roomroomroomroomroomroomshaft依靠屋顶风机进行的自然进风机械排风 3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计3.3.5 生态建筑的自然通风生态建筑的自然通

26、风 4848风压自然通风风压自然通风新卡里多尼亚新卡里多尼亚Tjibaou文化中心全景文化中心全景新卡里多尼亚气候炎热，常年多风；文化中心新卡里多尼亚气候炎热，常年多风；文化中心10个棚屋组成，最高个棚屋组成，最高28m,造型是经过多次造型是经过多次CFD模拟分析和风洞实验后确定的模拟分析和风洞实验后确定的3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 49风压通风原理风压通风原理棚屋背面指向主导风向棚屋背面指向主导风向棚屋背面为正压区，下棚屋背面为正压区，下风处为负压区风处为负压区压差产生空气流动压差产生空气流动针对不同风速（从微风针对不同风速（从微风到飓风），调节百叶开到飓风），调节百

27、叶开合及方向，控制室内流合及方向，控制室内流动动3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 50热压自然通风Costozza别墅由别墅由6座别墅组成，建座别墅组成，建立在山坡上，通立在山坡上，通过热压拔风原理，过热压拔风原理，利用地下洞穴作利用地下洞穴作为天热冷源，获为天热冷源，获得很好的制冷效得很好的制冷效果果3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 51热压通风热压通风在室内热压的作用下热空气上升，洞穴中在室内热压的作用下热空气上升，洞穴中12度的风通过度的风通过的地板上的通气孔进入室内的地板上的通气孔进入室内3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 52热压和

28、风压结合通风英国蒙特福德大学机械馆机械馆一般为矩形平面，进深大，双面走廊，两侧为机械馆一般为矩形平面，进深大，双面走廊，两侧为实验室和办公室，人工产热多，一般需要采用大规模实验室和办公室，人工产热多，一般需要采用大规模空调系统空调系统3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 53热压和风压结合通风办公室、实验室报告厅、大厅位于分支部分的办公室、实验室进深小，采用风压通风位于中央部分的报告厅、大厅采用“烟囱效应”进行热压通风3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 54充分利用烟囱效应进行通风充分利用烟囱效应进行通风采用顶帽可以升降的圆柱形玻璃通风塔，作为建筑的入口和采用顶帽

29、可以升降的圆柱形玻璃通风塔，作为建筑的入口和楼梯间，最大吸收太阳能量，提高塔内温度，加强烟囱效应；楼梯间，最大吸收太阳能量，提高塔内温度，加强烟囱效应；冬季顶帽降下以封闭排气口，形成玻璃暖房，节省采暖能耗冬季顶帽降下以封闭排气口，形成玻璃暖房，节省采暖能耗3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 55超高层建筑的自然通风法兰克福商业银行60层高的塔楼中庭全球首座生态型高层塔楼针对60层高的塔楼中庭的自然通风状况进行计算机模拟和风洞实验，防止内部风速过大，产生无法忍受的紊流3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 56超高层建筑的自然通风超高层建筑的自然通风经过模拟分析，将每

30、经过模拟分析，将每12层作为一个单元分隔，层作为一个单元分隔，利用热压进行自然通风，利用热压进行自然通风，各个单元通过透明玻璃各个单元通过透明玻璃相分隔，以避免风压和相分隔，以避免风压和热压过强产生紊流热压过强产生紊流3.33.3 自然通风与建筑设计自然通风与建筑设计 57OSAKA 市 立 体 育 馆机械辅助自然通风 58 OSAKA 市 立 体 育 馆 59OSAKA 市 立 体 育 馆 自 然 通 风 的 通 道 60空调、机械通风与自然通风的运行情况自 然 通 风机 械 通 风空 调OSAKA 市 立 体 育 馆 6161天井通风 6262三、建筑通风的应用建筑细部构件通风檐下风口通风屋脊 6363竹楼竹楼架空利于通风