自然通风讲义

风在建筑物内穿行之流线
风在建筑物室内穿行 之流速压强
p1
p2 室外来流风越大，建筑物前后的
正负压差越大，房间的气流通路
阻力越小，那么，室内风速越大，
自然通风效果越好。
网络节点法
通风网络：
➢房间为内节点，室外为外节点，门窗（局部）、走廊（沿 程）、房与房间的门窗（局部）为支路； ➢通风网络~电网、水网，各支路和节点应用能量守恒方程 求解，得到各处风速和压强； ➢理解之工具：大阻力，小流量，小阻力，大流量。
建筑自然通风
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
体形
➢ “一”、“工”、“王” 字形大部分房间朝向好， 有利于防晒通风，次要 功能或交通廊道可布置 于东西侧；
➢ “口”字形通风互有遮 挡，只适用于低层和天 井较大的建筑，多依靠 天井增强热压通风和采 光；
风之分类—大气环流
➢地球自转对空气
长沙
流动产生地转偏向
力，速度越大，科
里奥利力越大；
➢四个气压带 ➢三个环流 ➢四个风带
风之分类—季风
长沙
➢冬季大陆强烈冷却，气压增高，季风从大陆吹向海洋； ➢夏季大陆强烈增温，气压降低，季风由海洋吹向大陆； ➢我国季风大部分来自热带海洋，呈东南风和南风。
风之分类—地方风~海陆风
底层或部分架空，以缓解建筑物风影区的影响。
北京建筑群：用风与防风之转换
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
自然通风设计之建筑单体设计
➢ 建筑单体设计的哪些方面会影响通风？ ➢ 优秀的建筑通风作品有哪些？各有什么特点？ ➢ 如何评价建筑单体通风设计的优劣？
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
空气流动的原理
➢空气是如何流动起来的？ ➢空气的流动有什么规律可循？ ➢空气的流动和水的流动相似吗？
空气的性质
➢ 密度、压强、温度 ➢ 惯性：维持原有运动状态的性质，密度大惯性大
自然通风设计之建筑群布局
➢ 建筑群的布局形式有哪些？ ➢ 从哪些方面判断（定位）建筑群布局在促进自然
通风方面的优劣？ ➢ 哪种布局有利于通风，哪种不利？ ➢ 如何从通风的角度协调待设计建筑与周边场地和
已有建筑的位置关系？
华工校园建筑群
31~34教学楼群 南秀村~红棉苑楼群 东湖北楼群 北区教工楼群
7 13.9~17.1
8 17.2~20.7
9 20.8~24.4
10 24.5~28.4
11 28.5~32.6
12 32.7~36.9
风之特性—垂直分布
a=0.3
a=0.16
a=0.12
近地风速为0，沿高度幂函数分布：
vz
z
a
vref zref
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
热压通风
pt hg(e - i )
中和面
➢室内温度 > 室外温度时，较轻的热空气上升，较沉的冷空气 下降，形成风的循环； ➢压差（风速）与进出风口高差和室内外空气密度（温度）差 成正比； ➢中和面以下进风，以上出风。
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
室外气候
➢风分几种？各有什么特点？ ➢风是怎样形成的？ ➢用什么指标来描述风？ ➢早晚、冬夏的风有什么分别？ ➢不同地形地貌和气候地区呢？
参考教材第64~67页，附录5
风之分类—大气环流
➢地球各纬度接收到的太阳辐射强度不同； ➢赤道附近地面受热，空气膨胀上升，向两极流动，在极地 冷却下沉，向赤道回流； ➢风的流动促进了各地能量的均衡。
➢ 通风评价之“外”：建筑群室外休闲活动区域的夏季通风 顺畅，周边区域不受建筑群挡风影响；
➢ 通风评价之“内”：建筑群内各建筑物间少挡风，以利于 各自的室内通风；
➢ 错列式、斜列式、自由式优于并列式、周边式。
空间布局
➢ 高大建筑的大 面积风影区；
➢ 沿主导风方向 依次升高；
➢ 高低错落。
架空设计
风影区—平面体形之“L”形
风影区—平面体形之“U”形
风影区—平面体形之“T”形
风在建筑物外穿行 之流速压强
流速压强之守 恒关系
K：风压系数
（142页）
风在建筑物外穿行 之流速压强
风在建筑物外穿行 之流速压强
➢两个迎风面，两个背风面 ➢与正面来风相比，正负压减小
风在建筑物内穿行之流线
惯性、粘性
人体热平衡
环境表 面温度
环境空气
皮肤蒸 发散热E
呼吸散热Res
人体 产热 M
辐射散热R 对流散热C
人体 皮肤
汗液
衣服 暴露在外的 皮肤
产热量 = 对流散热量+辐射散热量+蒸发散热量+呼吸散热量 M=C+R+E+Res
影响热感觉的6个因素——以传热视角
• 空气温度：对流 • 空气湿度：蒸发，闷热vs湿冷 • 风速：对流与蒸发，凉风席席vs热风 • 环境表面温度：辐射，屋顶，大玻璃幕墙
朝向
➢ 减少太阳辐射照射、避免西晒、防暴风雨、有利于 夏季引风导风
➢ 广州：推荐朝向为南偏西5°到南偏东10°
朝向
➢ 建筑物朝向，不单要考虑自身（内）通风效果，还要兼 顾其后（外）建筑的用风；
➢ 建筑正对主导风，风向投射角最小，室内通风效果最好， 同时，风影区也最长；
➢ 宜使建筑物主立面与主导风成一定角度（如20~30°）。
l
d
v
1
2
1
pl
k
l d
v 2 2
长度、直径、粗糙度
2
pl
(1-
A1 A2
)2
v12 2
面积比
1 2
2
1
pl
0.5(1-
A2 A1
)
v2 2 2
面积比
v 2 pl 2 弯曲角度、半径
认知框架
➢室外气候 ➢室内环境 ➢空气流动的原理 ➢空气在建筑中的流动 ➢自然通风设计之建筑群布局 ➢自然通风设计之建筑单体设计 ➢自然通风设计之房间设计 ➢小结
Speed of natural over the head
convective
flow
0.25-0.5
Gentle movement
Movement noticeable. Curtains move slightly
0.5-1.0
Fresh
Hair blows
1.0-2.0
Light breeze
室内环境
➢何时需要防风，何时需要用风？或者说： ➢怎样的风要防，怎样的风要用？ ➢人对风有怎样的感觉和需求？ ➢风对室内环境的作用具体体现在哪里？
风之用与防
用风：
➢ 通风换气，排除异味 ➢ 对流散热，帮助房间快速降温 ➢ 风吹到身上，改善舒适程度 ➢ 与自然和室外建立有机联系
防风：
➢ 冷风渗透，散失房间热量 ➢ 台风侵袭，造成损害 ➢ 室外污染严重，传入室内
长沙
➢白天陆地受热升温比海洋快，近地的风从海洋吹向陆地， 上空的风从陆地吹向海洋； ➢夜晚陆地散热降温比海洋快，近地的风从陆地吹向海洋， 上空的风从海洋吹向陆地。（江河湖海）
风之分类—地方风~山谷风
长沙
➢白天山坡受太阳照射，温度升高，山谷受热少，温度低， 近地的风从山谷吹向山坡，上空的风从山坡吹向山谷； ➢夜晚山坡向天空散热迅速，温度降低，山谷散热慢，温度 高，近地的风从山坡吹向山谷，上空的风从山谷吹向山坡。
u12 2g
)
能量守恒
p1
Z1
u12 2g
p2
Z2
u22 2g
压力做功+位能+动能 = 常数 静压+位压+动压 = 常数
压强、流速和高度的恒定关系
能量守恒
考虑空气粘性，有流动阻力时：
p1
Z1
u12 2g
p2
Z2
u22 2g
压力做功变化+位能变化+动能变化 = 流动阻力损失
流动阻力 = 沿程阻力+局部阻力
dQdt (u22 u12 ) dQdt( u22 u12 )
g 22
2g 2g
u1dt 1 1'
p1
dA1
Z1
0
u2dt 2 2' dA2
p2 Z2
0
位能变化
dQdt(Z2 Z1 )
机械能守恒
p1
Z1
u12 2g
p2
Z2
u22 2g
(
p1
p2 )dQdt
dQdt (Z 2
Z1 )
dQdt( u22 2g
风之成因
➢大气环流：造成全球各地差异
广州
长沙
赤道和两极的温差造成
➢季风：造成季节差异，以年为周期
海陆间季节温差造成
➢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
地方性地貌条件不同引起温差造成
风 ~ 温差
风之特性—风向（风玫瑰图）
广州
长沙
➢广州主导风：夏季东南风，全年北风； ➢夏季频率较高的风：东南风（16%），南风，东风。
空气在建筑中的流动
➢室外来风时，风是如何绕过建筑物穿行的？ 又是如何进入建筑物室内空间的？
➢风在建筑物内、外穿行时，流速和压强有 什么变化？
➢什么样的房间风速大，什么样的风速小， 为什么？
风在建筑物外穿行 之流线
风影区—迎风之长度
➢规整立方体建筑，风影区长 度为2倍的建筑高度； ➢建筑迎风面长度每增加一个 单位，风影区长度增加约0.5 个单位。
华工周边住宅小区
天一新村 东区教工楼群
电子五所
汇景新城
高层住宅小区
东方新世界 中怡城市花园
芳草园
高层住宅小区
南国花园 星汇园
猎德小区
汇景新城建筑群
深圳华侨城
光华街小区 锦绣花园
东区组团
深圳华侨城 纯水岸、天鹅堡
深圳住宅群
地图 ~ 建筑群之 平面布局
平面布局
并列式
平面布局风影区源自风影区对流θ对流：流动的流体（液体或气体）因相 互掺混而传递热量。 对流换热：流动的流体与固体表面接触， 同时发生对流和导热的传热过程。
qc
c
(
t)
t
Rc
t
qc
αc：对流换热系数，单位W/（m2·K）， 表征固体与流体接触面的对流换热能力。
θ
Rc
t
固体表面？流体流动？
qc
Rc：对流换热热阻， Rc＝1/ αc
• 服装热阻：各种散热，有效的自我调节 • 新陈代谢率：产热，体育场馆vs图书馆
风之身体感受
Air speed (m/s)Description
Remarks
<0.1
Still air
Rarely encountered in occupied room
0.2
Threshold
of
detectability
我国风向分区图
主导风向区
全年西风
无主导 季
主导风向区
冬季西风
风向区
节
夏季东风
准静风区 变
主导风向区
化
全年西南风
区
风之特性—风速（风力等级）
风力 等级
距地10m 高处的风 速（m/s）
0 0~0.2
1 0.3~1.5
2 1.6~3.3
3 3.4~5.4
4 5.5~7.9
5 8.0~10.7
6 10.8~13.8
（空气的密度1.293kg/m3） ➢ 粘性：相互摩擦以反抗相对运动的性质 ➢ 热胀性：温度增加，体积增大，密度减小 ➢ 压缩性：压强增加，体积减小，密度增大
u1dt 1 1'
p1
dA1
Z1
0
流动模型
u2dt 2 2' dA2
p2 Z2
0
➢ 取一股流动中的空气
➢ 这股空气只在划定流 线范围内流动，内外 空气不流通
➢ 1、2断面标识其流动 速度（u）、压强 （p） 、面积（dA） 和所在高度（Z）
质量守恒
➢断面1的流量 = 断面2的流量（进 = 出） ➢断面面积小者，流速大（流量 = 面积*流速*密度）
u1dt 1 1'
p1
dA1
Z1
0
u2dt 2 2' dA2
p2 Z2
0
质量守恒
能量守恒
压力做功
动能变化
Light papers blow from desk. Normal walking speed
室内风速的舒适范围大致为：0.5～1m/s。
空气流速（m/s）
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
10
风之身体感受
新安学院宿舍和教室调研结果
15
20
25
30
35
温度（℃）
风之身体感受 华工宿舍和教室调研结果
联排建筑带来的通风问题？
风影区—迎风之高度
➢建筑迎风面高度每增 加一个单位，风影区 长度增加约4个单位。
城市高大建筑与周边 建筑的位置关系？
风影区—迎风之深度
建筑迎风方向深度每增加 一个单位，风影区长度减 少约0.5个单位。
风影区—风向投射角
➢迎风之长与深之变化~风影区 ➢迎风长度渐短，深度渐深，风影区渐小