自然通风技术研究方法及工具_魏景姝
建筑设计中的自然通风研究
建筑设计中的自然通风研究发表时间：2018-10-15T09:32:38.433Z 来源：《防护工程》2018年第14期作者：姜佳蕴[导读] 随着我国社会的不断发展，建筑工程已经成为推动社会发展的一个重要组成部分，但是随着世界能源的逐渐匮乏姜佳蕴黑龙江省建筑设计研究院黑龙江省哈尔滨市 150000摘要：随着我国社会的不断发展，建筑工程已经成为推动社会发展的一个重要组成部分，但是随着世界能源的逐渐匮乏，风力资源的应用也逐渐走入了人们的视野。
建筑的自然通风设计不仅能加强建筑的舒适性，而且还进一步实现了资源的节约。
本文就主要对建筑设计中的自然通风进行了研究，希望能够给相关人员提供参考，进一步推动我国建筑行业的发展。
关键词：建筑设计；自然通风；研究1建筑自然通风概述自然通风是指利用空气之间的密度差引起的热压或者风力形成的风压来引发空气的流动，从而实现室内的通风换气。
作为一种传统的降热技术，自然通风现已被广泛应用于各类建筑设计中。
相较于空调等制冷设备，自然通风能够通过更新空气和气流的方式调节室内温度，以此来影响人体的官能感受。
此外，自然通风还具有多样化的功能;可以改善室内的空气质量，提升人民的生活品质;自然通风利用得天独厚的自然条件，能够保障人们的舒适通风，使得人们在通风的过程中，既散去了体内的热量，又能防止人体由于空气潮湿而产生一些不舒适症状，保障人们的生理和心理的健康;自然通风可以对建筑构件进行降温，在室外气温低于室内气温时，开窗15min左右就可以换气1次，从而实现建筑构件的降温通风。
2自然通风在建筑设计中的原理自然通风属于传统的生态技术，是千百年来人类智慧的结晶。
在建筑物的出口位置，由于外部空气的流动会和出口点产生风压或者在室内由于不同的位置会产生一定的温度差从而形成热压，最后会出现通风的现象，所以风压通风和热压通风是自然通风的两种基本方式。
风压通风，是利用风压进行换气，一定要具备有速度的气流才可以实现；热压通风，是利用热空气上升、冷空气下降所带来的热浮力进行的对流换气，一定要有空气温差才可以实现。
《博物馆调研汇报——绿色建筑技术自然通风的利用》
博物馆调研汇报——绿色建筑技术自然通风的利用引言在当前环境保护和可持续发展的背景下，绿色建筑技术正逐渐受到人们的关注和重视。
博物馆作为文化传承和展示的重要场所，如何应用绿色建筑技术，提高能源利用效率和环境质量，已成为研究的热点。
本文将对绿色建筑技术中的自然通风进行调研，并总结其在博物馆中的应用和未来的发展趋势。
自然通风技术概述自然通风是指利用自然气流进行室内空气的更新和调节的一种通风方式。
相比于传统的机械通风系统，自然通风具有节能、环保、降低噪音等优势。
在绿色建筑中，自然通风技术被广泛应用，并取得了一定的成果。
自然通风原理自然通风的原理是利用气流的压差和热对流的效应，通过建筑内外温度差异的产生气流，以实现室内空气的流动。
凭借地形、建筑朝向、窗户位置和形状等因素，能够实现自然通风的建筑物可以在没有机械通风的前提下，实现室内空气的自然更新。
自然通风的不同模式自然通风可分为自然驱动通风和可控自然通风两种模式。
自然驱动通风是通过建筑设计的被动手段，利用气流的压差和自然对流的效应实现室内空气的流动。
可控自然通风则结合了可调节的开窗设施和传感器等技术，可以根据实际需求调整通风的风速和风量。
博物馆中自然通风技术应用实践博物馆是一种高密度人流活动场所，如何在保证室内空气质量的前提下，减少能源消耗，是博物馆绿色建筑设计中的一大挑战。
以下是博物馆中自然通风技术应用的实践案例：1.艾奥瓦州立大学美术馆艾奥瓦州立大学美术馆采用了自然通风系统，在保证室内空气质量的同时，减少了机械通风系统的能耗。
美术馆中设置了一系列可调节的窗户和传感器，根据室内温度和湿度的变化，自动调节通风风量和风速，提供舒适的室内环境。
2.新加坡国立博物馆新加坡国立博物馆采用了自然通风和冷却系统相结合的设计，通过在建筑中设置开放式庭院和水景，利用自然气流和水的蒸发效应，实现室内的自然通风和降温。
博物馆还使用可调节的遮阳设施，控制太阳辐射进入室内，以充分利用自然光线。
自然通风研究方法.
自然通风研究方法1.实验法1.1风洞模型实验法风洞实验的原理是相似性原理,它应用于自然通风中主要是模拟建筑表面及建筑周围的压力场和速度场,以及确定风压系数,预测自然通风性能。
1.2示踪气体测量法示踪气体测量法可以预测建筑通风量和气流分布。
有两种测量方法:定浓度法和衰减法。
所谓定浓度法,就是在测试期间,保持所有测试房间的示踪气体浓度不变,而改变示踪气体注射量,它可用来处理驱动力发生改变的通风问题,如渗透问题和自然通风。
而衰减法指向测试房间注入一定量的示踪气体,随着示踪气体在测试房间的扩散,示踪气体的浓度呈衰减趋势。
在自然通风中可用该方法来预测自然通风量。
1.3热浮力实验模型技术用热浮力实验模型技术模拟热压驱动的自然通风的物理过程比较直观。
目前主要有4 种技术:带有加热装置的气体模拟法(the gas modeling system ,以空气或其他气体作为流动介质,热浮力由固定的加热装置产生) ;带有加热装置的水模型系统( the water modeling system ,以水作为介质,有固定的加热装置) ; 盐水模拟法( the brine2water modeling ,利用盐水的浓度差产生类似于热羽的流动,已被广泛接受,但需大蓄水池和不断补充盐水) ; 气泡技术(a fine bubble technique ,由电路的阴极产生气泡以模拟热羽运动,可以模拟点源、线源及垂直热源的情况) 。
其缺点为:不能模拟建筑热特性对自然通风的影响。
对风压与热压共同驱动的自然通风的实验模拟较复杂,可以通过改进这4 种模拟法或综合这4 种模拟法使之能模拟二力共同驱动的自然通风。
图9b是将盐水模拟技术加以改进而得出的一种模拟风压辅助热压式自然通风。
装有盐水的水箱悬挂在装有纯净水的大水箱中,盐水箱上部接一直径很小的管道与一补水箱相连,其两侧开有许多孔口且可通过调节其上的插栓来调节每个孔口面积。
用小水箱与大水箱间的盐水浓度差以模拟热压,通过泵来调节盐水箱的水流出速度及盐水箱两侧的压差(可由压差计测量) 以模拟风力。
国内外自然通风环境热舒适研究综述
国内外自然通风环境热舒适研究综述国内外自然通风环境热舒适研究综述摘要：与“稳态”的空调环境热舒适不同，自然通风环境是“动态”的环境。
“稳态”的空调环境掩盖了人体的适应性，人是热环境被动的接受者，“动态”的自然通风环境体现了人体的适应性，人在环境中不仅是环境刺激被动的接受者，而且还是积极主动的适应者，通过行为、心理和生理调节逐步降低环境刺激引起的器官反应。
在自然通风环境中，由于需要考虑人体适应性，因此自然通风环境比空调环境更加复杂，影响因素更多，而且各个影响因素之间相互耦合，如室外气候是影响人体热舒适的主要因素之一，同时它又影响室内温度、人体服装等热舒适影响因素。
近年来，国内外对于自然通风环境热舒适的研究主要体现在以下三个方面：自然通风环境与空调环境热舒适的差异性的研究，主要是比较通过现场测试获得实测值和PMV模型预测值之间的差异，自然通风环境热舒适影响因素的研究以及自然通风环境热舒适模型和标准的研究。
关键词：国外自然通风环境；舒适研究；自然通风环境与空调环境热舒适的差异性研究Humphreys在1978年根据现场调查获得的数据分析了室内热舒适温度室外月平均温度的关系，分析结果，A线代表自由运行建筑(Free-running buildings)，B线代表供热/供冷建筑(Heated or cooled buildings)，从图中可以知道自然通风环境中室内热舒适温度与室外月平均温度线形相关，但是供热或供冷环境中室内热舒适温度与室外月平均温度线性相关性则不是很明显。
Fishman和Pimbert在1982年分别收集自然通风和空调办公室26个人每小时的热感觉投票，结果证明在室内温度超过24℃时，空调办公室的人的忍受力要比自然通风环境的差；1985年，deDear和Auliciems比较了澳大利亚两座城市Brisbane和Melbourne的现场调查数据，结果表明Brisbane自然通风环境热舒适温度比空调环境高1.3℃；1990年Bush对曼谷自然通风和空调办公室进行了现场调查，结果表明自然通风环境热舒适温度比空调环境高2.7℃；1995-1996年，Oseland在英国对自然通风和空调环境办公建筑进行了调查，结果表明自然通风环境夏季和冬季的舒适温度范围(3.9-4.9)℃，要比空调环境的温度范围(2.4-2.6)℃宽。
自然通风综述讲解
建筑自然通风的研究与应用现状（姓名：学号：）摘要：在建筑能耗越来越大的今天，自然通风是重要的绿色建筑被动式设计策略，对于节能减排，提高建筑环境舒适度和改善室内空气品质等方面具有至关作用。
本文主要针对自然通风的特点和原理、自然通风的影响因素以及目前自然通风的研究方法进行具体总结，最后在目前自然通风的研究现状下，写出自己以后对自然通风更深一步研究想法。
关键字：建筑能耗，自然通风，特点和原理，影响因素，研究方法，研究想法0引言改革开放以来，人们的生活水平在不断的提高，居住环境条件也在不断的改善，因此，建筑能耗也越来越大。
在一些发达国家，建筑能耗占社会总能耗的比例为30%~40%，这其中又以暖通空调能耗所占的比例最高。
在我国，近十年来建筑能耗总量正以惊人的速度在增长。
2001年，社会总能耗中的27.6%是建筑能耗，现在这个比例差不多达到30%。
据预测，当2020年时，这个比例将达到35%，而建筑能耗中的60%~70%将是空调系统的能耗。
为了降低能耗,许多建筑采取了减少通风量,尤其是减少新风量并增加房间密闭性等措施,再加上运行管理不善及室内建筑装饰材料散发的挥发性有机混合物的增加,导致室内空气质量恶化,使人感到精神的压抑和烦躁，甚至会导致一系列健康问题，如“病态建筑综合症”。
自然通风作为一种节能的通风技术，一种有效的被动式制冷手段，它利用可再生能源（风能）来降低室内温度，带走室内湿气，降低了不可再生能源的消耗，有利于减少建筑能耗，它是建筑节能领域里最廉价的技术措施之一。
因为室内四季的负荷变化受室外气候条件的影响很大，因此在很多情况下，采用合理的通风技术既可以满足室内人员对舒适度的要求，又减少空调系统的运行时间。
做到建筑与景观发展，自然与人和谐共生的境界。
1 自然通风的特点及原理1.1自然通风的特点自然通风是一种比较经济的通风方式。
它不消耗动力,也可获得较大的通风换气量,简单易行,节约能源,有利于环境保护,被广泛应用于工业和民用建筑中。
《自然通风技术》课件
自然通风技术的应用领域
自然通风技术广泛应用于各类建筑，包括办公楼、住宅、工厂等。其应用领域包括但不限于：
可持续建筑
提供可持续发展的解决方案， 降低能源消耗和环境影响。
农业设施
为农业大棚和温室提供适宜 的环境条件，促进植物生长。
体育场馆
为室内体育场馆提供良好的 空气质量，改善运动员的表 现。
意大利米兰的Bosco Verticale 是一座绿色摩天大楼，拥有大 量树木和自然通风系统。
总结和展望
自然通风技术是一种有效、环保的建筑通风解决方案。随着人们对可持续建 筑和室内空气质量的关注，自然通风技术将有更广泛的应用。
低能耗
不需要额外的电力，使用 自然气流实现通风，节省 能源。
环保
不产生噪音、尾气或其他 污染物，对环境友好。
经济
相对于机械通风系统，自 然通风技术的安装和运行 成本较低。
自然通风系统的组成
自然通风系统由以下几个关键组成部分构成：
1 通风口
用于引入新鲜空气和排出污浊空气。
2 风道
将外部新鲜空气引导到室内，并将污浊空气排出建筑。
自然通风技术的案例展示
以下是一些成功应用自然通风技术的建筑案例：
The Edge Building
位于荷兰的The Edge Building 被誉为全球最智能、最环保的 办公楼之一。
Adelaide Oval Stadium Bosco Verticale
澳大利亚阿德莱德橄榄球场采 用自然通风技术，为观众提供 舒适的观赛环境。
《自然通风技术》PPT课 件
自然通风技术是一种能够有效利用自然气流实现建筑内通风的技术。它不依 赖于机械设备，通过巧妙地设计建筑结构和使用特定的通风口，利用自然气 流从建筑外部引入新鲜空气，排出污浊空气。
创意创新大赛-关于教室内自然通风的研究
创意创新大赛参赛作品第一组题目：关于教室自然通风的研究组员：专业班级： ***********一、课题研究背景长期以来，自然通风就在建筑的放热方面占有重要地位。
它具有节能、改善室内热力环流和提高室内空气质量的优点，是人们长期赖以改善室内环境的基本手段。
在我国，对于热环境、热舒适的研究主要集中于住宅(其中尤以多高层普通住宅为主)和办公楼类型的公共建筑的研究，而对于高等学校教学建筑室内热环境的研究较少。
教室作为大学教学建筑的重要组成部分，是老师传道授业解惑的地方，也是学生上课和自习的主要场所，其室内热环境的好坏不但关系到学生的生理和心理健康，也直接影响着学生的学习效率。
本文以提高人们对室内空气品质以及室内自然通风条件的认识与重视为研究基础。
并选择对大学校园新建建筑与既有建筑进行室内空气质量研究。
通过一系列的调查，我们了解到大学校园建筑作为公共建筑，人员密集，使用相对时间集中，装修相对简单，室内空气质量易被忽略，事实上室内空气质量并不容乐观。
现如今，虽说空调已经广泛使用，但在学校建筑大量引入空调装置并不是好事；且当今社会高度提倡环保、节约能源，为了保持空气良好品质，有效控制病毒传播，在这样的背景下，对我们把自然通风这种传统建筑生态技术应用在学校建筑设计中，有着重要的意义。
二、自然通风的原理建筑的自然通风指的是通过有目的的设置开口，如门、窗户、通风井等而产生的空气流动。
它可以排除室内污浊的空气，改善室内空气品质，提高室内环境的舒适性，同时还可以满足人和大自然交往的心理需求。
就驱动力而言，自然通风主要包括热压作用下的自然通风、风压作用下的自然通风以及热压风压共同作用下的自然通风。
热压作用是指室内外存在温度差造成了室内外空气的密度差，当建筑物有开口时所产生的“烟囱效应”。
风压作用是指室外气流吹过建筑物时，由于受建筑物的阻挡在建筑物表面和周围形成了不同的压力分布，当建筑物有开口时所产生的室内空气流动。
两种自然通风的动力因素对建筑物的影响是不同的，地区和地形的差异、建筑空间类型的不同等因素使得通风效果产生很大的差异。
建筑工程中的通风与空气净化技术
建筑工程中的通风与空气净化技术在建筑工程中，通风与空气净化技术扮演着重要的角色。
正确的通风系统可以提供良好的室内空气质量，促进人们的健康和舒适。
本文将探讨建筑工程中的通风与空气净化技术，以及其在不同类型建筑物中的应用。
一、通风技术通风技术是建筑工程中必不可少的一部分。
正确的通风可以将新鲜空气引入室内，排除过量的湿气、有害物质和异味。
通风系统可以通过自然通风或机械通风来实现。
1. 自然通风自然通风是利用自然气流来实现通风的一种方法。
通过合理设计建筑的开窗位置和自然气流路径，可以实现空气循环和室内空气的更新。
自然通风不依赖电力，具有节能的优势，但对于气候条件较差或建筑设计不合理的情况下，其效果可能不尽人意。
2. 机械通风机械通风通过设备（如通风扇、空调系统等）来强制空气流动，以实现通风效果。
相比自然通风，机械通风能够更精确地控制空气流量和方向，并可以在任何天气条件下提供稳定的通风效果。
然而，机械通风的能耗较高，需要消耗电力。
二、空气净化技术除了通风，空气净化技术也是建筑工程中不可或缺的一环。
空气净化技术通过去除空气中的有害物质和污染物，提供洁净的室内空气环境。
1. 过滤技术过滤技术是最常见的空气净化方法之一。
通过使用过滤器，可以捕捉空气中的粉尘、花粉、灰尘和其他微小颗粒物，提供一个清洁的室内环境。
过滤器的选择将根据需要过滤的颗粒大小和过滤效率来进行。
2. 吸附技术吸附技术通过一些材料（如活性炭）将空气中的有害气体吸附并去除。
这种技术常用于去除甲醛、苯等有害气体。
吸附材料可以通过更换或再生来实现持续的空气净化效果。
3. 杀菌技术杀菌技术是应对室内空气中细菌、病毒等微生物的一种方法。
紫外线杀菌、臭氧杀菌和过氧化氢杀菌是常见的杀菌技术。
这些方法可以有效地抑制细菌和病毒的繁殖，净化室内空气。
三、通风与空气净化技术在不同建筑中的应用通风与空气净化技术广泛应用于各种类型的建筑物中，包括住宅、商业办公楼、医院、学校等。
浅谈房间内的自然通风
浅谈房间内的自然通风
王文庆;宋立国
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2009(000)005
【摘要】自然通风是一种具有很大潜力的通风方式,是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段.
【总页数】1页(P290)
【作者】王文庆;宋立国
【作者单位】山东建工集团山东济南 250014;山东建工集团山东济南 250014【正文语种】中文
【中图分类】TU7
【相关文献】
1.热压自然通风房间内污染物浓度分布与变化规律研究进展 [J], 陈殿坤
2.热源温度对热压自然通风房间内污染物浓度分布的影响 [J], 冯卫;钟珂;舒娟;叶关珍
3.粮食平房仓自然通风屋盖通风与保温设计浅谈 [J], 戴亚俊
4.自然通风房间内油池面积变化对细水雾灭火效果影响的数值模拟 [J], 魏彤彤;毕明树
5.自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟 [J], 魏彤彤;毕明树
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风管式自然通风
风管式自然通风
魏学孟
【期刊名称】《洁净与空调技术》
【年(卷),期】2003(000)003
【摘要】介绍了风管式自然通风系统及其管道布置的一些问题.该系统是全新风系统.
【总页数】2页(P50-51)
【作者】魏学孟
【作者单位】哈尔滨工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU83
【相关文献】
1.恒定风与间歇风对厂房自然通风影响实验研究 [J], 柯其枝;谭洪卫;季亮;潘希存;李潇潇
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河南地区办公建筑自然通风策略
河南地区办公建筑自然通风策略
韦峰;杨玫
【期刊名称】《中外建筑》
【年(卷),期】2011()6
【摘要】自然通风是改善办公空间空气品质,降低空调制冷能耗最有效的方式之一,本文通过分析办公建筑的几种空间布局形式,归纳总结出不利于实现自然通风的因素,研究得出应对方法。
【总页数】2页(P56-57)
【关键词】自然通风;办公建筑;空间布局
【作者】韦峰;杨玫
【作者单位】郑州大学建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU243;TU834.1
【相关文献】
1.夏热冬暖地区某办公建筑自然通风节能潜力 [J], 王亮
2.严寒地区办公建筑过渡季室内自然通风预测控制与固定点温度控制的比较研究[J], 殷青;张岩
3.中庭办公建筑自然通风开窗策略研究 [J], 余元波
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5.夏热冬暖地区某办公建筑自然通风节能潜力分析及研究 [J], 吕萌萌;陈静;尹泽开
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新型自动捕风装置及其自然通风系统的理论与实验研究的开题报告
新型自动捕风装置及其自然通风系统的理论与实验研究的开题报告1.研究背景及意义自然通风是一种低耗能的通风方式，广泛应用于建筑和工业领域。
随着人们对节能减排的要求不断提高，自然通风系统的研究和应用受到越来越多的关注。
而自动捕风装置作为一种有效的控制自然通风的方式，也具有很大的发展前景。
本研究旨在对新型自动捕风装置及其自然通风系统进行理论和实验研究，探讨其在实际应用中的可行性和优势。
2.研究内容（1）分析自然通风的原理和现有的自动捕风装置，提出新型自动捕风装置的设计方案。
（2）利用计算流体力学（CFD）软件对新型自动捕风装置的风场分布、捕风效率等进行数值模拟研究，优化设计方案。
（3）建立自动捕风装置与自然通风系统的联动控制模型，在实验室中进行模拟实验，并对实验结果进行分析和评估。
（4）调整和优化控制参数，提高自动捕风装置和自然通风系统的效率和使用性能。
3.研究方法（1）文献综合分析法：综合分析国内外关于自然通风、自动捕风装置和建筑节能等领域的文献资料。
（2）计算流体力学（CFD）模拟法：利用Fluent等软件对自动捕风装置的空气动力学特性进行模拟分析。
（3）实验室模拟法：建立自动捕风装置与自然通风系统的模型，进行实验研究，观察和记录实验数据。
4.预期成果（1）提出新型自动捕风装置的设计方案，并对其进行数值模拟和实验研究。
（2）建立自动捕风装置与自然通风系统的联动控制模型，在实验室中进行模拟实验，并对实验结果进行分析和评估。
（3）总结新型自动捕风装置和自然通风系统的性能和优缺点，提出建议和改进方案。
5.研究进度安排本研究计划在12个月内完成，进度安排如下：第一至三个月：文献综合分析、自然通风原理研究和自动捕风装置设计方案提出。
第四至六个月：计算流体力学（CFD）模拟研究和方案优化。
第七至十个月：实验室模拟建模和实验研究。
第十一至十二个月：总结研究成果，撰写论文并完成答辩。
6.经费预算本研究经费预算为100万元，具体用途如下：设备购置费：50万元，用于购置自动捕风装置、计算机软件、氧气浓度计、风速计等设备。
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自然通风技术研究方法及工具魏景姝,赵加宁,高军(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)摘要:目前自然通风主要有三种研究方法:简单的理论分析法、实验法和数值模拟法。
本文概括介绍了后两种方法的研究现状,并对它们进行了分析比较,提出各种方法的适用场合。
在数值模拟法中还介绍了几种可用于分析自然通风系统的通风特性和热特性的常用工具软件,对各自工作原理和应用特点进行了比较,并对使用方法和应用场合提出了建议。
关键词:自然通风;研究方法;工具中图分类号:TU834.1文献标识码:B文章编号:1009-3230(2006)07-0001-05research method and tools of natural ventilation technolotyWEI Jing-shu,ZHAO Jia-ning,GAO Yun(Harbin Institute of Technology,Harbin,150001)Abstract:There are three main research methods in natural ventilation:simple theory analyse method, e xperimental method and numerical simulation method.the research state of la ter two me thods are intro-duced in this paper,and comparisons are also made,and application range are also proposed.Some active tool software which can be used in analyse of characteristics of natural ventilation with numerical simulation method are parisons of their operating principle and application charac teristics are made, and suggestions are also proposed in application of it.Key words:natural ventilation;research way;tool0引言自然通风,作为一种古老的技术,不消耗任何机械能,是一种经济实用的通风方式,它既能满足室内舒适条件,改善室内空气品质,又能实现有效被动式制冷,达到节约能源目的。
近年来,随着能源紧张、环境恶化问题的日益凸现,全球科学家,特别是欧洲科学家越来越重视对自然通风技术的研究。
而且,现代人类对自然通风的利用已经不满足于以前开窗、开门通风,而是致力于研究如何收稿日期:2006-06-17修订稿日期:2006-06-29基金项目:本项目由北京市/供热、供燃气、通风及空调工程0重点实验室资助。
作者简介:魏景姝(1981~),女,在读硕士研究生,哈尔滨工业大学二校区海河路2207信箱。
充分利用室内外条件来组织和诱导自然通风,使其达到最佳通风效果。
对自然通风技术的研究方法进行了回顾和分析,并对其进行了比较,希望能对我国自然通风的深入研究有一定的参考。
1自然通风研究方法1.1实验法1.1.1模型实验法模型实验法的原理是相似性原理,它是在按比例缩小的模型上模拟建筑表面及建筑周围的压力场和速度场,以及确定风压系数,预测自然通风性能。
它不需依赖经验理论,是最为可靠的方法,但也是最昂贵、周期最长的方法。
搭建实验模型耗资很大,一般地单个实验通常耗资3000-20000美元,而对于不同的条件,可能还需要多个实验,耗资更多,周期也长达数月以上。
因此模型实验一般只用于要求预测结果很准确的情况。
文献[3]中利用风洞模型实验测定了贯流通风的全面通风速度和建筑通风口出的压力分布。
文献[4]中利用风洞模型估计了连续垂直挡风玻璃沿风向上对风速衰减的影响。
这样的测量结果对了解实际房间流动情况有很好的指导意义。
但是除了以上提到的耗费高、周期长等问题外,由于实验技术和测量仪器的限制,模型实验还不能对所有参数进行测量,如一些湍流的脉动参数;基于同样的理由,模型也难以对各种条件进行实测。
文献[5]还指出模型实验难以对参数影响的敏感性进行分析。
1.1.2示踪气体测量法示踪气体测量法可以预测建筑通风量和气流分布,分为定浓度法和衰减法两种。
所谓定浓度法,就是在测试期间,保持所有测试房间的示踪气体浓度不变,而改变示踪气体注射量,它可用来处理驱动力发生改变的通风问题,如渗透问题和自然通风。
而衰减法是指想测试房间注入一定量的示踪气体,随着示踪气体在测试房间的扩散,示踪气体的浓度成衰减趋势。
用作示踪的气体一般为无色无味的惰性气体,这样得到的测量结果比较精确,而且测试方法比较简单,标气源广,便于推广使用。
在自然通风中可以用该方法预测自然通风量、换气次数、分析气体分布等情况。
如文献[6]中用示踪气体浓度衰减法对莫会议室的自然通风作了实测研究,分析了影响换气次数的各种因素、示踪气体浓度衰减法的有效性及其正确应用,揭示出不同的房间布置及不同的门窗开启情况对换气次数有很大影响。
1.1.3热浮力实验模型技术用热浮力实验模型技术模拟热压驱动的自然通风的物理过程比较直观。
目前主要有四种技术:带有加热装置的气体模型系统;带有加热装置的水模型系统;盐水模型系统;气泡技术系统。
气体模型系统以空气或其它气体作为流动介质,有固定的加热系统产生热浮力。
水模型系统以水作为流动介质,也有固定的加热装置产生热浮力。
在这两种系统中,如果相关的相似条件都可以满足,它们可以精确模拟建筑通风,但是加热装置很难操作。
盐水模型系统利用盐水的浓度差产生类似于热羽流的流动,现在已被广泛用于模拟建筑通风,但需要较大的蓄水池和不断补充盐水。
气泡技术系统是一种简单、经济、小巧的系统,由电路的阴极产生气泡以模拟热羽运动,可以模拟点源、线源及垂直热源的情况。
其缺点是不能模拟建筑热特性对自然通风的影响。
对风压与热压共同驱动的自然通风的实验模拟较复杂,可以通过改进这四种模拟方法或综合这四种模拟法使之能模拟二例共同驱动的自然通风。
文献[9]中应用气泡模型模拟了点源和线源置换式自然通风的通风和分层现象,模拟结果中分界面位置与实验所得数据和理论估计值充分吻合。
1.2数值模拟法1.2.1多区域空气流动网络模型法多区域空气流动网络模型法从宏观角度研究,把整个建筑物作为一个系统,而其中每一个房间为一个网络节点,假设每个房间的气流都充分混合,认为房间内的气流速度、温度、浓度等都分布均匀,各区通过通风路径如窗户、门、缝隙等与其它区域相连,形成网络,利用质量、能量守恒等方程对整个建筑物的空气流动、压力分布和污染物的传播情况进行研究。
如果内部开口相当大,建筑可视为一个单区,即单区域模型法。
多区域网络模型法所需输入的数据应包括:气象数据(风速、风向、建筑周围压力场以及室外温度)、开口数据(内外开口、缝隙的尺寸和位置)等。
各区利用物质守恒定律得到一系列非线性方程,解方程的数值方法可采用迭代法,如牛顿Ne wton-Raphson 方法或松弛法加速其收敛。
近年来,许多多区域网络模型程序得以发展,但由于多区域空气流动网络模型法不考虑房间内部的空气流动形态对自然通风效果的影响,所以无法给出房间内部的空气详细流动情况分析。
但对于设计初期,设计者用多区域空气流动网络模型法宏观预测建筑物自然通风量,调整通风策略是有效且实用的。
美国、英国等国家对网络模型法的研究和开发起步较早,且已发展到较为成熟的阶段,国外广泛应用的有五个网络模型B¹AIDA单区模型;ºLBL单区模型;»AI OLOS多区模型;¼C OMIS多区模型;½CONTAM多区模型。
其中由美国NIST(National Institute of Standards and Technology)下属的建筑和火灾研究实验室开发的CONTAM21结合了工具LoopDA(Loop Designand Analysis),LoopDA和CONTAM一样为设计者提供了友好的图形界面,能使设计者把建筑结构通过示意性图形表示出来,然后在建筑示意图形中定义空气流通途径。
LoopDA可用来指导设计者对自然通风开口尺寸设计和不同条件下的特性分析。
然而多区域网络模型法本身有两个难点问题B首先是计算自然通风量时对风压系数和流量系数等计算参数的选择;其次是由于多区域网络模型法认为各个区具有恒定的空气参数,而像中庭这类高大空间温度分层影响很大,恒定空气参数的假设会导致计算结果误差较大。
1.2.2区域模型法许多文献中介绍的区域模型方法与多区域网络模型方法相同,实际上多区域网络模型法由于认为房间内的气流速度、温度、浓度等都分布均匀而过分简化了系统,产生很大误差,尤其是在处理热压驱动的自然通风等室内温度产生明显分层的情况时误差很大,但是区域模型法在一定程度上弥补了这个不足。
区域模型法的基本思想是B将房间划分为一些有限的宏观区域,认为区域的相关参数如温度、浓度等相等,而区域间存在热质交换,通过建立质量和能量守恒方程并分析考虑了区域间压差和流动的关系来研究房间内的温度分布及流动情况。
它与网络模型法的主要区别在于射流、热羽流、热分层等理论的不同运用。
该方法比网络模型法复杂和精确,但比C FD法简单。
它可嵌套在多区建筑能源和气流分析软件中,如SPARK, COMIS和C ONTAM中预测气流及温度分步。
1.2.3CFD(Computational Fluid Dynamics)法CFD模型用于模拟计算室内气流速度、温度和污染物浓度分布。
近年来,该方法在室内气流研究领域被广泛接受。
该模型将房间划分为大量网格,每个网格分别列出质量、动量、能量、紊流度和污染物浓度平衡方程。
把控制空气流动的连续微分方程组通过有限差分或有限元方法离散为非连续的代数方程组,并结合实际的边界条件在计算机上求解离散所得的代数方程组,可以得到各网格的压力、气流速度、温度和污染物浓度。
只要划分的控制体足够小,就可认为离散区域的离散值代表整个房间内空气分布情况。
研究结果表明,在一定条件下,对于实验房间采用不同的通风系统,C FD模型预测结果与实验结果吻合良好,而且通过CFD可以实现一些实验中达不到的条件,如Nyuk Hien Wong,Sani Heryanto将风洞试验与CFD模拟相结合分析自然通风在新加坡居住建筑中的应用,由于风洞试验不能提供气流在单位区间内的详细变化情况,因此借助CFD技术,改变不同的边界条件如缝隙位置、大下,门窗开启情况等,通过32次模拟分析比较得到了满意的结果。