建筑环境学_06通风与气流组织
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建筑环境学(6)
1. 热压作用下的自然通风
假设窗孔外的静压 力分别为Pa、Pb， 窗孔内的静压力分 别为P’a、P’b，室 内外的空气温度和 密度分别为tn、ρn 和tw、ρw。由于tn ＞tw，所以ρn＜ ρw。
图6-1 热压作用下自然 通风
如果我们首先关闭窗孔b，仅开启窗孔a，不管最初 窗孔a两侧的压差如何，由于空气的流动，Pa将会等 于P’a。当窗孔a的内外压差ΔP＝（P’a－Pa）=0时， 空气停止流动。 根据流体静力学原理，这时窗孔b的内外压差 ΔPb=( P’b- Pb)= ( P’a-ghρn)-(Pa-ghρw) = ( P’a- Pa)+gh(ρw-ρn) =ΔPa+ gh(ρw-ρn) (6-5) 式中ΔPa 、ΔPb ——窗孔a和b的内外压差， ΔP＞0，该窗孔排风，ΔP ＜0，该窗孔进风； g——重力加速度，m／s2。
一般来说，进、出口间的距离应该是屋顶高度的2.5-5倍（大概是6m)
（2）单面通风
（3）被动风井通风
（4）中庭通风
自然通风的缺陷
（1）通风量往往难以控制，因此可能会导 致室内空气品质达不到预期的要求和过量 的热损失； （2）在大而深的多房间建筑中，自然通风 难以保证新风的充分输人和平衡分配； （3）在噪声和污染比较严重的地区，自然 通风不适用； （4）一些自然通风的设计可能会带来安全 隐患，应预先采取措施；
第一节 通风（空调）的目的与方法
一、通风（空调）的目的
所谓通风，是指把建筑物室内污浊的空气 直接或净化后排至室外，再把新鲜的空气补 充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生 标准。空调和通风有类似的作用，没有严格 的区分，但是一般来说，空调还要考虑到控 制房间的热环境，因此送风要经过较为复杂 的处理过程，空调对效果的要求也更为严格。
哈工大-建筑环境学-第6章1
Clean air
Indoor air quality
10
通风的目的
Indoor air quality
Removes contaminants generated by processes such as cooking, burning.
Clean air
11
通风的目的
Creates some degree of air movement which is essential for occupant’s feelings of freshness and comfort.
P’b Pxb
Kb b
Pb
gh( w n )
热压
tw w
Pa
tn n
P’a Pxa
25
a Ka
h
2.余压的概念（p185）
• 室内某一点的压力 和室外同标高未受 扰动的空气压力的 差值。 • 余压为正，风口排 风；余压为负，风 口进风。
b
o
h2
中和面
o
h1
a
Px Pxa gh( w n )
• 定义：利用机械手段（风机、 风扇等）产生压力差来实现空 气流动的方式。 • 分类：1）机械送风-自然排风 系统；2）机械排风-自然送风 系统；3）机械送排风系统
自然通风的作用原理及可提供的通风量
• 基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有 空气流过开口。流过的风速为：
• • 流过的体积风量为： Q F＝F 2P • 流过的质量风量？ • 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压 差。 • 风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分布的不同形 成开口处的压差。 24 ＝
第六章 通风与气流组织(wlf)第二节
0
f ( )d F ( ) F (0) 0 F () 1
13
空气龄的概率分布f(τ)：年龄为τ的空气微团 在某点空气中所占的比例。
空气龄的累计分布F(τ):年龄比τ短的空气微 团所占的比例。
某点的空气龄tp指该点所有微团的的空气龄的 平均值：
p f ( )d p [1 F ( )]d
38
第六章 通风与气流组织
§6.2 室内空气分布的 描述参数
1
气流组织：在一定的送回风形式下，建筑内部 空间会形成某个具体的风速分布、温度分布、 湿度分布、污染物浓度分布。 如何评价气流组织？
② 描述污染物排除有效性的参数：污染物到达程度，到 达的时间； ③ 与热舒适有关的参数； ④ 若充分混合，用一个集总的参数对房间通风效果进行 总体评价。
非完全混合（实际情况）：入口处空气最新 鲜，出口处空气龄要高于房间平均空气龄， 死角处最陈旧。
17
2. 换气效率(Air exchange efficiency
对于理想“活塞流”的通风条件，房间 的换气效率最高。此时，房间的平均空 气龄最小，它和出口处的空气龄、房间 的名义时间常数存在以下的关系 ：
Ce Cs C Cs
Ce Cs p Cp Cs
30
排污效率的意义：
衡量稳态通风性能的指标，表示送风排除污染物的 能力。
对相同的污染物，在相同的送风量时，能维持较低 的室内稳态浓度，或者能较快的将室内初始浓度降 下来的气流组织，排污效率高。
主要影响ε的因素：
7
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
8
1. 空气龄(Air Age)
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
通风（空调）的目的与方法 室内气流分布的描述参数 气流组织的测量与计算方法
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 3
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
4
通风
基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等
空气调节
多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、 空气成分、气味等
污染严重：直流式系统（即机械通风系统） 污染不很严重：部分回风系统
特点 可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 需要消耗 能源 初投资和运行费都比较高 建筑环境学理论第六章通风与气流组织 6
基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会
有空气流过开口。流过的风速为： P
＝ 2P＝ 2P
驱动力压差
热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差
风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的 压差
自然通风的分类
热压通风 风压通风 风压和热压的联合作用下的自然通风
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 7
P b ( P a ) P b P a g (w h n )来自bwn h
a
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 8
建筑环境学理论第六章通风与气流组织 24
室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境
通风气流组织评价的三类参数
描述送风有效性的参数，主要反映送风能否有效到达考察 区域以及到达该区域的空气新鲜程度，如：空气龄、换气 效率、送风可及性
建筑环境学理论第六章通风与气流组织
1
气流组织的定义
狭义：机械通风的送回风的搭配形式 广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的
室内气流分布(Air Distribution)
送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、 湿度、污染物浓度等
第六章_通风与气流组织第一--三节
通风和空调的区别
通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不 （或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才 能排除； 空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不 需处理。
4
二、自然通风（Natural Ventilation）
定义：指利用自然的手段（热压、风 压等）来促使空气流动而进行 的通风换气方式。
洁区
29
常见风口类型---置换通风
30
3、个性化送风（Personalized Ventilation）
原理：将处理好的新鲜空 气直接送至人员主要活动 区，同时人可调节送风参 数，实现有限区域个性化。
特点：个性化调节；直接 控制呼吸区，无需全部区 域的控制；通风效率高， 通风量、能耗小。
42
根据通风气流的目的，气流分布的 评价分为三个方面 通风有效性 排污有效性 能量利用有效性与热舒适
43
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
44
1、空气龄(Air Age)
最早于20世纪80 年代由Sandberg 提出。
定义：指送风到 达房间某点的时 间。
实际意义：旧空 气被新空气代替 的速度。
输入和平衡分配； 在噪声和污染严重地区，不适用； 安全隐患，应预先采取措施； 不适用恶劣气候地区； 需要居住者自己调节，麻烦； 未对进口空气过滤、净化； 所需空间较大，受到建筑形式的限制。
24
三、机械通风（Mechanical Ventilation）
定义：指利用机械手段（风机、风扇等）产 生压力差来实现空气流动的方式。
＝ 2P＝ 2P
通过的空气量：
G F＝F 2P
关键因素： F、P
通风：不采用回风，空气不循环使用，进风不 （或简单）处理，排风需处理至满足排放标准才 能排除； 空调：采用回风，进风需处理至设计值，排风不 需处理。
4
二、自然通风（Natural Ventilation）
定义：指利用自然的手段（热压、风 压等）来促使空气流动而进行 的通风换气方式。
洁区
29
常见风口类型---置换通风
30
3、个性化送风（Personalized Ventilation）
原理：将处理好的新鲜空 气直接送至人员主要活动 区，同时人可调节送风参 数，实现有限区域个性化。
特点：个性化调节；直接 控制呼吸区，无需全部区 域的控制；通风效率高， 通风量、能耗小。
42
根据通风气流的目的，气流分布的 评价分为三个方面 通风有效性 排污有效性 能量利用有效性与热舒适
43
二、通风有效性描述参数
空气龄 换气效率 可及性
44
1、空气龄(Air Age)
最早于20世纪80 年代由Sandberg 提出。
定义：指送风到 达房间某点的时 间。
实际意义：旧空 气被新空气代替 的速度。
输入和平衡分配； 在噪声和污染严重地区，不适用； 安全隐患，应预先采取措施； 不适用恶劣气候地区； 需要居住者自己调节，麻烦； 未对进口空气过滤、净化； 所需空间较大，受到建筑形式的限制。
24
三、机械通风（Mechanical Ventilation）
定义：指利用机械手段（风机、风扇等）产 生压力差来实现空气流动的方式。
＝ 2P＝ 2P
通过的空气量：
G F＝F 2P
关键因素： F、P
第六章通风与气流组织
仅有热压作用时，余压仅沿高度变化，且变化的规律如图 所示，余压值从窗孔ａ的负值逐渐增大到排风窗孔ｂ的正值。 其中在o-o平面上，余压等于零，我们通常将其称为中和面， 因中和面的余压△Pxo=0，于是ａ、ｂ窗孔的余压分别为：
△Pxa =△Pxo-h1g（w-n） = -h1g（w-n） Pa
△Pxb =△Pxo+h2g（w-n） = h2g（w-n） Pa 不难理解，对于中和面
从式中可以看出， △P是自然通风的直接推动力！
第一节 通风（空调）的目的与方法
二、自然通风
2.热压作用下的自然通风 窗孔a和b，两者高差为h，窗 外空气的静压力分别为Pa、Pb， 窗内为Pa/、Pb/，室内外空气温 度及密度分别为tn、ρ n和tw、ρ w。 设tn>tw，则ρ n<ρ w。 先开启下a，关闭b，由于空气 先由流动到静止，最后使得 △ Pa=0 ， 此 时 据 流 体 静 力 学 原 理窗孔ｂ内外压差为：
1.不均匀系数
算术平均值为：
t
ti
n
i
n
均方根偏差为： t
2P
式中： 为1 门窗的流量系数，μ值大小与门窗的 构造有关，其值一般小于1。
第一节 通风（空调）的目的与方法
二、自然通风
1.自然通风的作用原理 通过门窗的空气量为：
L F F
2P
m3 / s
G L F 2P kg / s
式中：F---窗孔的面积，m2；L---空气体积换气量，m3/s； G---空气质量换气量，kg/s
空气离开房间时空气龄 r
也称作“换气时间” 置换室内全部现存
空气的时间
△Pxa =△Pxo-h1g（w-n） = -h1g（w-n） Pa
△Pxb =△Pxo+h2g（w-n） = h2g（w-n） Pa 不难理解，对于中和面
从式中可以看出， △P是自然通风的直接推动力！
第一节 通风（空调）的目的与方法
二、自然通风
2.热压作用下的自然通风 窗孔a和b，两者高差为h，窗 外空气的静压力分别为Pa、Pb， 窗内为Pa/、Pb/，室内外空气温 度及密度分别为tn、ρ n和tw、ρ w。 设tn>tw，则ρ n<ρ w。 先开启下a，关闭b，由于空气 先由流动到静止，最后使得 △ Pa=0 ， 此 时 据 流 体 静 力 学 原 理窗孔ｂ内外压差为：
1.不均匀系数
算术平均值为：
t
ti
n
i
n
均方根偏差为： t
2P
式中： 为1 门窗的流量系数，μ值大小与门窗的 构造有关，其值一般小于1。
第一节 通风（空调）的目的与方法
二、自然通风
1.自然通风的作用原理 通过门窗的空气量为：
L F F
2P
m3 / s
G L F 2P kg / s
式中：F---窗孔的面积，m2；L---空气体积换气量，m3/s； G---空气质量换气量，kg/s
空气离开房间时空气龄 r
也称作“换气时间” 置换室内全部现存
空气的时间
建筑环境学通风与气流组织培训
将绿色建筑理念融入通风与气 流组织的设计中，降低能耗和 环境影响。
多目标优化
研究如何实现通风、节能和室 内环境等多目标的优化。
跨学科合作
加强与其他学科领域的合作， 共同推进建筑环境学通风与气
流组织的研究和应用。
06
结论
总结培训内容
• 通风与气流组织在建筑环境中的重要性：通风与气流组织是影响室内环
• 实际案例分析：培训通过分析实际案例，让学员了解如何在不同建筑环境中实现有效的通风与气流组织。
对学员的期望
掌握通风与气流组织的基本原理和优 化方法；
培养学员解决实际问题的能力，提高 对建筑环境质量的关注和责任感。
能够根据实际需求制定合理的通风与 气流组织方案；
THANK YOU
感谢各位观看
建筑环境学基础
建筑环境学的定义与重要性
定义
建筑环境学是一门研究建筑物及其周围环境的科学，它关注建筑物的物理特性 、环境因素以及人类活动对室内环境和室外环境的影响。
重要性
随着城市化进程的加速和人们对居住环境要求的提高，建筑环境学在改善室内 环境和室外环境质量、提高建筑能源效率等方面发挥着越来越重要的作用。
建筑环境学通风与气流 组织涉及多个学科领域
，需要跨学科合作。
实践应用
如何将研究成果应用到 实际建筑工程中，实现
理论与实践的结合。
政策法规
遵守相关建筑规范和环 保法规，确保通风与气 流组织的合法性和安全
性。
对未来研究的展望
智能化技术应用
利用物联网、人工智能等技术 提高通风与气流组织的智能化
水平。
绿色建筑理念
气流组织的技术
气流组织的技术包括送风口和回风口 的位置、大小、形状等设计，以及风 机的选择和运行控制等。
多目标优化
研究如何实现通风、节能和室 内环境等多目标的优化。
跨学科合作
加强与其他学科领域的合作， 共同推进建筑环境学通风与气
流组织的研究和应用。
06
结论
总结培训内容
• 通风与气流组织在建筑环境中的重要性：通风与气流组织是影响室内环
• 实际案例分析：培训通过分析实际案例，让学员了解如何在不同建筑环境中实现有效的通风与气流组织。
对学员的期望
掌握通风与气流组织的基本原理和优 化方法；
培养学员解决实际问题的能力，提高 对建筑环境质量的关注和责任感。
能够根据实际需求制定合理的通风与 气流组织方案；
THANK YOU
感谢各位观看
建筑环境学基础
建筑环境学的定义与重要性
定义
建筑环境学是一门研究建筑物及其周围环境的科学，它关注建筑物的物理特性 、环境因素以及人类活动对室内环境和室外环境的影响。
重要性
随着城市化进程的加速和人们对居住环境要求的提高，建筑环境学在改善室内 环境和室外环境质量、提高建筑能源效率等方面发挥着越来越重要的作用。
建筑环境学通风与气流 组织涉及多个学科领域
，需要跨学科合作。
实践应用
如何将研究成果应用到 实际建筑工程中，实现
理论与实践的结合。
政策法规
遵守相关建筑规范和环 保法规，确保通风与气 流组织的合法性和安全
性。
对未来研究的展望
智能化技术应用
利用物联网、人工智能等技术 提高通风与气流组织的智能化
水平。
绿色建筑理念
气流组织的技术
气流组织的技术包括送风口和回风口 的位置、大小、形状等设计，以及风 机的选择和运行控制等。
第六章 通风与气流组织(wlf)第三节
τ
M ' (τ ) = QCe (τ ) M (τ ) = ∫ C p (τ )dV = M (0) Q ∫ Ce (τ )dτ
V 0
∞
1 1 τCe (τ )dτ = ∫ τ [ Q M ' (τ )]dτ = Q ∫ τd ( M (τ )) ∫ 0 1 Q 0 ∞ 0 ∞ ∞ 0
∞
∞
1 1 = τM (τ ) + Q ∫ M (τ )dτ = Q ∫ M (τ )dτ 0 0
21
以下降法为例证明平均 空气龄公式( 空气龄公式(2)
∞ 1 τ p = V ∫ τ p dV = V ∞
∫ ∫C
0V ∞
p
(τ )dVdτ =
∞
∫ M (τ )dτ
0
VC (0)
M ( 0)
=
Q ∫ τCe (τ )dτ
0
M ( 0)
=
∫ τC (τ )dτ
e 0 ∞
∫ C (τ )dτ
e 0
13
释放点在房间内部,测量点在出风口处 释放点在房间内部, ——污染物驻留时间 ——污染物驻留时间 脉冲法 上升法 下降法
14
脉冲法测污染物驻留时间
在通风房间的入口释放 少量示踪气体, 少量示踪气体,记录被 测点的浓度变化过程 频率分布函数
c (τ ) = c (τ ) A(τ ) = (τ )dτ m Q ∫c
p p
污染物年龄公式
τ
p
=∫
∞
0
c p (τ ) 1 dτ c p (∞ )
12
下降法测污染物年龄
待通风房间各点浓度平 衡后, 衡后,停止示踪气体加 入,测量被测点的浓度 变化过程 累积分布函数 污染物年龄公式
M ' (τ ) = QCe (τ ) M (τ ) = ∫ C p (τ )dV = M (0) Q ∫ Ce (τ )dτ
V 0
∞
1 1 τCe (τ )dτ = ∫ τ [ Q M ' (τ )]dτ = Q ∫ τd ( M (τ )) ∫ 0 1 Q 0 ∞ 0 ∞ ∞ 0
∞
∞
1 1 = τM (τ ) + Q ∫ M (τ )dτ = Q ∫ M (τ )dτ 0 0
21
以下降法为例证明平均 空气龄公式( 空气龄公式(2)
∞ 1 τ p = V ∫ τ p dV = V ∞
∫ ∫C
0V ∞
p
(τ )dVdτ =
∞
∫ M (τ )dτ
0
VC (0)
M ( 0)
=
Q ∫ τCe (τ )dτ
0
M ( 0)
=
∫ τC (τ )dτ
e 0 ∞
∫ C (τ )dτ
e 0
13
释放点在房间内部,测量点在出风口处 释放点在房间内部, ——污染物驻留时间 ——污染物驻留时间 脉冲法 上升法 下降法
14
脉冲法测污染物驻留时间
在通风房间的入口释放 少量示踪气体, 少量示踪气体,记录被 测点的浓度变化过程 频率分布函数
c (τ ) = c (τ ) A(τ ) = (τ )dτ m Q ∫c
p p
污染物年龄公式
τ
p
=∫
∞
0
c p (τ ) 1 dτ c p (∞ )
12
下降法测污染物年龄
待通风房间各点浓度平 衡后, 衡后,停止示踪气体加 入,测量被测点的浓度 变化过程 累积分布函数 污染物年龄公式
06第6章室通风与气流组织
4
热压通风
Pb (Pa ) Pb Pa gh( w n )
b
w
n
h
a
5
热压通风的基本概念
b
h2
余压
o
h1
中和面
o
a
6
余压
i ( out li ) H i g 1 / 1.5 Lia ( total) Fdi [ ] 1 (1 1.5 ) m
置换通风的空气年龄场
置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上 方。年龄单位：秒
24
如何描述和评价气流组织
描述送风有效性的参数
送风能否有效到达,空气新鲜程度如何
描述污染物排除有效性的参数
污染物到达考察区域的程度及所需时间
与热舒适关系密切的有关参数
25
均匀混合气流组织的描述参 数
对于一个均与混合的房间，换气次数或名义 时间常数就可以反映房间的通风情况。 换气次数 n=Q/V 次/h
第六章 通风与 气流组织
1
通风（空调）的目的与方法
通风（空调）的目的 1. 保证排除室内污染物。 2. 保证室内人员热舒适。 3. 满足室内人员对新鲜空气的需要。 通风（空调）系统要配以合理的气流组织形 式 方法分自然通风和机械通风两种。
2
自然通风
特点：
自然通风是指利用自然的手段（热压、风压 等）来促使空气流动而进行的通风换气方式。
气流分布的研究方法
数值求解法 半经验公式法 示踪气体实验法
置换通风数值求解 方法的空间模型
1-壁橱，2-桌子 ，3-计算机，4人，5-灯，6-送 风口，7-回风口
20
置换通风的速度场
21
置换通风的温度场
热压通风
Pb (Pa ) Pb Pa gh( w n )
b
w
n
h
a
5
热压通风的基本概念
b
h2
余压
o
h1
中和面
o
a
6
余压
i ( out li ) H i g 1 / 1.5 Lia ( total) Fdi [ ] 1 (1 1.5 ) m
置换通风的空气年龄场
置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上 方。年龄单位：秒
24
如何描述和评价气流组织
描述送风有效性的参数
送风能否有效到达,空气新鲜程度如何
描述污染物排除有效性的参数
污染物到达考察区域的程度及所需时间
与热舒适关系密切的有关参数
25
均匀混合气流组织的描述参 数
对于一个均与混合的房间，换气次数或名义 时间常数就可以反映房间的通风情况。 换气次数 n=Q/V 次/h
第六章 通风与 气流组织
1
通风（空调）的目的与方法
通风（空调）的目的 1. 保证排除室内污染物。 2. 保证室内人员热舒适。 3. 满足室内人员对新鲜空气的需要。 通风（空调）系统要配以合理的气流组织形 式 方法分自然通风和机械通风两种。
2
自然通风
特点：
自然通风是指利用自然的手段（热压、风压 等）来促使空气流动而进行的通风换气方式。
气流分布的研究方法
数值求解法 半经验公式法 示踪气体实验法
置换通风数值求解 方法的空间模型
1-壁橱，2-桌子 ，3-计算机，4人，5-灯，6-送 风口，7-回风口
20
置换通风的速度场
21
置换通风的温度场
第六章通风与气流组织wlf第二节
关。 污染源越靠近排风口，排空时间越小。
28
2.排污效率与余热排除效率
对整个房间来说，排污效率：
n Ce Ce Cs
t C
C Cs
对房间任一点来说，
p Ce Cs
Cp Cs
29
排污效率的意义：
衡量稳态通风性能的指标，表示送风排除污染物的 能力。
对相同的污染物，在相同的送风量时，能维持较低 的室内稳态浓度，或者能较快的将室内初始浓度降 下来的气流组织，排污效率高。
36
小结
可以用空气龄、换气效率和送风可及性三种 指标评价某种通风形式的通风效率
用污染物含量、排空时间；排污效率、污染 物年龄、污染源可及性对污染物排除有效性进 行评价。
评价热舒适性的指标有不均匀系数、ADPI 换气次数、名义时间常数也是评价室内气流
组织好坏的重要指标。
37
23
稳态送风可及性
稳态时的送风可及性反映了空间各点的 空气有多少来自这个风口，有多少来自 那个风口
根据送风可及性的大小，可以确定各风 口对空间各处的影响程度，从而可更有 针对性地调节各送风口的参数来改变空 间各处的值
24
三、污染物排除有效性的描 述参数
污染物含量、排空时间 排污效率 污染物年龄 污染源可及性
均温度， ηt>1
31
3.污染物年龄
定义：污染物从产生到当前时刻的时间。 污染物驻留时间：污染物从产生到离开房间
的时间。 与空气龄相同：概率分布函数、累计分布函
数。 与空气龄不同：某点的污染物年龄越短，污
染物越容易来到该点，IAQ差。
32
4.污染源可及性（Accessibility of
25
1.污染物含量和排空时间
28
2.排污效率与余热排除效率
对整个房间来说，排污效率：
n Ce Ce Cs
t C
C Cs
对房间任一点来说，
p Ce Cs
Cp Cs
29
排污效率的意义：
衡量稳态通风性能的指标，表示送风排除污染物的 能力。
对相同的污染物，在相同的送风量时，能维持较低 的室内稳态浓度，或者能较快的将室内初始浓度降 下来的气流组织，排污效率高。
36
小结
可以用空气龄、换气效率和送风可及性三种 指标评价某种通风形式的通风效率
用污染物含量、排空时间；排污效率、污染 物年龄、污染源可及性对污染物排除有效性进 行评价。
评价热舒适性的指标有不均匀系数、ADPI 换气次数、名义时间常数也是评价室内气流
组织好坏的重要指标。
37
23
稳态送风可及性
稳态时的送风可及性反映了空间各点的 空气有多少来自这个风口，有多少来自 那个风口
根据送风可及性的大小，可以确定各风 口对空间各处的影响程度，从而可更有 针对性地调节各送风口的参数来改变空 间各处的值
24
三、污染物排除有效性的描 述参数
污染物含量、排空时间 排污效率 污染物年龄 污染源可及性
均温度， ηt>1
31
3.污染物年龄
定义：污染物从产生到当前时刻的时间。 污染物驻留时间：污染物从产生到离开房间
的时间。 与空气龄相同：概率分布函数、累计分布函
数。 与空气龄不同：某点的污染物年龄越短，污
染物越容易来到该点，IAQ差。
32
4.污染源可及性（Accessibility of
25
1.污染物含量和排空时间
建筑环境学通风与气流组织
建筑环境学通风与气流组织建筑环境学涉及建筑物内外的所有环境要素。
通风和气流组织是其中两个重要的组成部分，它们对建筑物内部的空气调节、保持舒适室内环境、控制室内污染物和减少病原体传播等方面都起着至关重要的作用。
本文将介绍通风和气流组织的概念、原理、分类和特点，以及其在建筑环境学中的应用。
一、通风的概念、原理和分类1.1 通风的概念通风是指通过人工或自然的方式，将新鲜空气引入室内，将污浊空气排出室外，保持室内空气的新鲜、净化、循环和调节。
1.2 通风的原理通风的原理包括以下几个方面：•自然风：因为地球旋转，大气层会形成气压系统。
当地表气压高时，空气会流向气压低的地方，形成自然风。
•气流差异：由于室内外温度、湿度、气压等因素的差异，形成气流，促进新鲜空气的引入和污浊空气的排出。
•机械通风：通过风机、空调等机械设备，人工引入新鲜空气，带走污浊空气，实现空气的循环和调节。
1.3 通风的分类通风根据其方式分为以下几种类型：•自然通风：未使用任何机械设备，仅通过自然因素实现空气的循环和调节。
•强制通风：通过机械系统驱动，强制引入新鲜空气和排出污浊空气。
•混合通风：将自然风和机械通风相结合，使得空气的循环和调节更加详细。
•正压通风：通过增加室内空气压力，使得污浊空气自然流向室外。
•负压通风：通过减少室内空气压力，使得新鲜空气自然流向室内。
二、气流组织的概念、原理和特点2.1 气流组织的概念气流组织是指通过人工或自然的方式，调节和优化室内气流，确保空气的质量、温度、湿度和速度符合人体舒适所需。
2.2 气流组织的原理气流组织的原理包括以下几个方面：•气流方向：根据空气的密度和温度等物理因素，形成升温气流和下降气流，以促进空气的循环和调节。
•气流速度：适度的气流速度可以确保空气的质量和舒适度，过大或过小则可能对人体健康产生影响。
•气流质量：气流中应不含有有害物质和过高或过低的湿度和温度等因素。
•气流分布：气流应合理地分布到整个室内，使得室内空气质量的不均匀性减少。
第六章-通风与气流组织
2、空气扩散性能指标（ADPI）
（1）定义：
• 满足规定风速和温度要求的测点数与总测点比。
（2）实际： • 考虑空气温度与风速对人体的综合作用：
⊿ET=（ti-tn）—7.66（ui-0.15） 式中，⊿ET~有效温度差， ti、tn、ui~工作区某点的空
气温度、设计室内温度、空气流速。 • 符合多数人舒适要求的⊿ET在-1.7~+1.1之间。 （3）实用式、数值：
• CFD法：“在计算机上虚拟地做实验”~依据室内空 气流动的数学物理模型，将房间划分为许多小的控制 体，把控制空气流动的连续的微分方程组离散为非连 续的代数方程组。再结合实际的初始、边界条件，在 计算机上求解离散所得代数方程组，作为房间内空气 分布情况。
• 高层次、知识密集度较高的商业产品：PHOENICS （FLAIRE）、CFX、FLUENT（Airpak）、STAR-D
有利于自然通风。 • 主房间应布置在夏季的迎风面，辅助房间则
布置在背风面；改进门、窗结构和内开口。 • 房间进气口不能正对夏季风向时，可设置导
流板、采用绿化或台阶式平面组合等方法。 • 布置建筑内部的开口位置，应是室内流场分
布均匀。 • 努力引风、导风、透风—利用天井、楼梯间、
屋顶开天窗等。
2）建筑群的布局
2、按照实现机理或流动动力分
（1）自然通风（空调） • 利用自然的手段（热压和风压等）来促
使空气流动而进行的通风方式。 1）优点： • 无需耗能或消耗很少的动力， • 系统简单、占地面积小， • 经济~投资少，运行费用低， • 通风效果好； 2）局限： • 受气象条件、建筑结构和布局的限制；德国议会大厦自然通风 • 注意城市大气质量、涡流风的影响； • 可控性低，风量可能不足。
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在通风量Q一定、室内初始浓度为C1的时候， 求C2与通风时间的关系：
Q， C s C
Q M Q C 2 C1 exp C s 1 exp V Q V
M
C
V
M M 稳定状态的关系式： C 2 C s 或 Q Q C2 C s
(c)顶送上回
η a≈50％
(d)上送上回
34
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
一个对比的概念
旧教材：通风效率
排污效率：涉及污染源的位置
排污效率
充分混合流 ＝1
活塞流 均匀污染源 ＝2
平均排污效率
Ce C s C Cs
Ce C s 局部排污效率 p C p Cs
驻留时间(Residence time )
空气离开房间时空气龄 r
进口
旧教材：换气时间
p rl r
进口 τ
p
点P τ τ 出口
r1 r
出口
30
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
几处典型的空气龄
房间平均空气龄
等于房间各点空气龄的体平均
piVi p
V
2 w
2
w Pxa hg( w n ) K b
w
2 w
2
w
Pxb
b
Kb
tw w
tn n Pxa
14
Pa Pxa K a
2 w
2
w
Ka
a
h
常见的自然通风的形式
中庭通风
由于受热， 气流上升 中间隔断尽可能小
风井通风
空气从 下面的 开口进 入
单面通风
C i ( )d (T ) 0 C s ,i T
T
36
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
不同时刻的送风可及性发展情况
（深色区域内ASA大于0.5）
37
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
可及性的物理意义
可及性是流场自身的特性，与送风有无指示 剂无关 可及性反映了在经历了一定时间后，各风口 送风到达空间各点的相对程度 单一风口经过足够长时间后，空间各点的可 及性均为1 多个风口经过足够长时间后，在空间各点的 可及性和为1
室内气流分布的描述参数－－通风量
通风量与 IAQ的关系
美国(欧洲)对学校，办公室的最新研究表明新 风量与SBS之间有着一定的关系，当新风量小于 36 m3/h人时，SBS 问题变得显著。
关于人体代谢污染的问题，第一印象 (First Impres sion) 使 80%的人能够满意的最小新风 量是 27 m3/h人，对于已适应了室内环境的 90%的人能够满足的最小新风量只需 9 m3/h人。
小中和面
h
自多 然层 通建 风筑 的 热 )h g ] 压 引 起 的
i 1 / 1.5
10
通下风 风的压 自作 然用
11
风压作用下的自然通风
往往采用CFD 或风洞模型实验的 方法求取K值。 风压系数 Pf
Pf K
2 w
2
w
12
风洞模型b K b
实际情况都不是均匀混合和活塞流动，而要 复杂得多
26
室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境
全面通风的基本微分方程式 （均匀混合时的稀释方程）
QCS d + M d - Q C d =VdC
d dC V QC s M QC
dC QC s M QC d V
e
Ce
P
典型流型的空气龄
活塞流：p ＝ e / 2 r = e= n 均匀混合流：p ＝ e r= 2e
P
非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年 龄最老。
31
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
换气效率不涉及污染源的位置
理论上最短的换气时间是多少？
热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差 风压：室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的 压差
自然通风的分类
热压通风 风压通风 风压和热压的联合作用下的自然通风
7
热压通风
Pb (Pa ) Pb Pa gh( w n )
b
w
污染严重：直流式系统（即机械通风系统） 污染不很严重：部分回风系统
5
通风的方式
自然通风
利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通 风换气方式 特点 不消耗动力或消耗很少的动力，节能 可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质 受建筑设计和气候条件限制，难以控制
机械通风
n
h
a
8
热压通风的基本概念
b
h2
余压
o
h1
中和面
o
a
9
余压
i i i ( ) H g 1 / 1.5 out i i l La ( total) Fd [ ] 1 (1 1.5 ) m
大中和面 i i i h i i La Fd i [( out in Z
H
第六章
通风与气流组织
1
气流组织对室内环境质量的意义
气流组织的定义
狭义：机械通风的送回风的搭配形式 广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的 室内气流分布(Air Distribution)
送风参数：风量、风速的大小和方向以及风温、 湿度、污染物浓度等
气流组织的重要性：
保证室内热湿环境和保证空气品质
22
室内气流分布的描述参数－－通风量
新风通风换气量
决定因素
室内污染物允许浓度
室外污染物浓度 室内污染物发生量：发生量已知否？？？
室内污染物产生对换气量的要求
人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数 为指标确定换气量
消除烟臭的要求根据吸烟量确定
污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测， 通风量的确定仍然是需要研究的问题。
换气效率不涉及污染源的位置
空间各点的换气效率的定义
n i 100% pi
空间各点的换气效率可以大于1，反映
了新鲜空气替换原有空气的有效程度
33
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
常见送回风形式的换气效率
η a≈100％ η a＝50～100％
(a)近似活塞流
(b)下送上回
η a＝50％
“理想活塞流” 的换气效率最高，房间的平均空 气龄最小
p
n
2
e
2
换气效率的定义
实际通风条件下房间平均空气龄与活塞流的平均 空气龄的比值倒数为换气效率（<1），反映了新 鲜空气置换原有空气的快慢与活塞通风下置换快 慢的比较
a
2 p
n
100%
32
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
21
室内气流分布的描述参数－－通风量
新风通风换气量
常用民用建筑新风量范围 以坐为主、少吸烟、久逗留场所
活动 强度 静坐 极轻 轻 中等 重 CO2 发生量 （m3.h.人） 0.0144 0.0173 0.023 0.041 0.0748 不同 CO2 允许浓度下必须的新风量（m3/h.人） 0.1% 20.6 24.7 32.9 58.6 106.9 0.15% 12 14.4 19.2 34.2 62.3 0.2% 8.5 10.2 13.5 24.1 44
利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的 方式 特点 可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 需要消耗 能源 初投资和运行费都比较高
6
自然通风
基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会 有空气流过开口。流过的风速为：
＝
2 P
＝
2 P
驱动力压差
16
机械通风的气流组织形式
三种典型的送风形式
混合通风 置换通风 个性化送风
17
混合通风的气流形式
上送上回
上送下回
下送下回
侧送上下回
18
室内气流分布的描 述参数
一. 通风量
二. 气流分布与室内环境 三. 空气龄及其他
19
室内气流分布的描述参数－－通风量
通风量与 IAQ的关系
20
2
本章内容
通风（空调）的目的与方法 室内气流分布的描述参数 气流组织的测量与计算方法
3
通风（空调）的 目的与方法
4
通风换气或空气调节
采用稀释方法控制室内环境
通风
基本考虑单一参数控制，如温度，污染物浓度等
空气调节
多参数控制：调节温度、湿度、流速、洁净度、
空气成分、气味等
如果污染源在出口呢？
污染源在入口呢？ Ce, te
P
余热排除效率
用得热代替污染物，温度代 替污染物浓度 Cs, ts
C , ta
te t s t ta t s
35
室内气流分布的描述参数－－空气龄与其他
送风可及性(清华，2003)
Accessibility of Supply Air: ASA
与热舒适关系密切的有关参数，如：不均匀系数 、空气扩 散性能指标(ADPI)
如果室内空气充分混合，那么就可以用一个集总的 参数对房间的通风效果进行总体评价
25
室内气流分布的描述参数－－气流分布与室内环境
理想的气流分布形式
两种典型的理想气流分布
均匀混合：气流充分混合，各处参数完全一样 活塞流动