華南理工大學建筑學院張宇峰2015版建筑自然通風認知框架空氣流線與流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風設計認知框架空氣流線與流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風設計空氣性質基本物性：密度、壓強、溫度、速度慣性：維持原有運動狀態粘性：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：壓強增大，體積減小，密度增大空氣流線風在建筑外繞行風影區取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals風影區—迎風之長現象正方體建筑風影區長=2倍建筑高迎風面長+1，風影區長+0.4~0.5分析側面繞行的氣流增多，繞行更遠應用建筑間距>2倍高度無通風遮擋聯排建筑較單棟建筑風影區大風影區—迎風之高現象迎風面高+1，風影區長+3~5分析上部繞行的氣流增多，且上部風速（動能）大，繞行距離更遠應用高層建筑的風影區遠大于低層風影區—迎風之深現象迎風深+1，風影區長-0.3~0.8分析繞行氣流貼附壁面流動，繞行距離縮短應用大進深建筑的風影區小于小進深風影區—風向角立面法線來流風向風向角現象風向角越大，風影區越小分析迎風之長漸短，高不變，深漸深，故風影區漸小應用建筑朝向主導風方向形成較大風影區，反之形成較小風影區空氣的慣性、粘性開窗位置和面積積設計風在建筑內穿行行開窗高度和面積積設計風在建筑內穿行行風在建筑內穿行行計算流體力學模模擬~室內通風通路設設計空氣流動原理參考《流體力學》流動模型取一股流動中的的空氣1、2斷面處空氣參數數：流速、壓強強、面積和高度度壓強朝向法線反反方向1122壓力做功動能變化勢能變化時刻內發生的流動111’1’2’2’22理想流體能量守守恒時刻內發生的流動111’1’2’2’22理想流體能量守守恒伯努利原理一動能變化+勢能變化=壓力做功文丘里效應：流速增加，壓強減小伯努利原理時刻內發生的流動111’1’2’2’22粘性流體能量守恒單位體積流體流流經1-2時因流動阻力產產生的能量損失失動能變化+勢能變化+能量損失=壓力做功伯努利原理二長度↑、直徑↓、粗糙度↑，損損失↑彎曲角度↑、彎曲半徑↓，損失↑1122面積比↑，損失↑流動阻力能量損損失面積比↑，損失↑1122風壓通風原理風壓系數屋面高度來流風風速迎風面背風面屋面側風面建筑表面風壓風壓系數屋面高度來流風風速迎風面背風面屋面側風面建筑表面風壓ABAB滯點側風面-0.55迎風面0.6背風面-0.38平面圖1122風在建筑內穿穿行+室外來流風速越大建筑物前后壓差越大房間流動阻力系數越小室內風速越大風壓通風原理理熱壓通風原理理熱壓與進出風風口高差和室室內外溫度差差成正比熱壓通風（煙囪效應））持續冷卻持續加熱室內外溫差越大進出風口高差越大房間的流動阻力系數越小室內風速越大熱壓通風原理理掌握基本概念念：風影區、、伯努利原理理、建筑表面面風壓、流動動阻力理解空氣流線線的形成和特特點掌握風壓通風風和熱壓通風風設計依據思考：建筑體體型還有哪些些類型？會形形成怎樣的流流場？風影區區如何？與方方型建筑相比比，流線型建建筑的室內通通風情況如何何？有一種說說法認為建筑筑室內通風良良好時，會在在建筑后面形形成較大風影影區，你怎么么看？預習：人對通通風有何需求求？自然界的的風是如何產產生的？各地地的通風資源源有何不同？？課下練習認知框架空氣流線與流流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風風設計室內環境風對人的影響響和作用？自然通風如何何改善人的不不適感？人體熱平衡-恒溫動物體核皮膚皮膚血流體外環境對流，輻射呼吸，蒸發產熱量=體核向皮膚傳傳熱量=皮膚向環境傳傳熱量活動量皮膚血流量服裝熱阻空氣溫度空氣濕度風速平均輻射溫度度皮膚對流換熱熱皮膚與周圍氣氣流接觸時，，同時發生導熱和對對流的傳熱過程驅動力與空氣溫度度有關換熱系數與風速成成正比層流導熱湍流對流身體人體蒸發換熱濕皮膚與周圍氣流流接觸時同時發生生擴散和蒸發的過過程擴散：蒸發：對流擴散系數，s-1：與對流換熱系數成正比蒸發換熱熱阻，(m2·K)/W飽和蒸發不飽和擴散身體驅動力與空氣濕度度有關換熱系數與風速成成正比人體總蒸發換熱量量與皮膚濕潤度成成正比參考標準夏季（0.5clo）舒適溫度范圍24~27℃冬季（1.0clo）舒適溫度范圍20~25℃前提條件：50%、0.2m/s、1.2met操作溫度（℃）含濕量熱舒適區風速<0.2m/s1.2met相對濕度GB/T5701-2008《《室內熱環境條件》DAMcINTYRE.《IndoorClimate》，AppliedSciencePublishedLTD，1980風速（m/s）風感情景<0.1靜風建筑中少有遇到0.2有感閾值頭頂處人體自然對流風速0.25~0.5微風窗簾輕微擺動0.5~1.0有風頭發飄動1.0~2.0輕風紙張在桌面上掀起，散步的相對風速風速與風感0.8m/s3℃GB/T5701-2008《《室內熱環境條件》適宜溫度上升量（（℃）風速（m/s）0.8m/s的風速可提升適宜宜溫度3℃，也即27℃→30℃對于夏季著裝和輕輕量活動風速提升適宜溫度度建筑熱環境設計指指標研究七月28.8oC，82%，一月13.9oC，74%（廣州）夏熱冬暖地區夏季季漫長，建筑存量量大，空調耗能多多建筑熱環境設計指指標大多面向建筑筑設備缺少面向建筑熱工工設計的設計指標標國家自然科學基金金資助（50708038，50838003，50978102）廣州方法2008-2012城市（廣州）：13棟自然通風+19棟分體空調建筑，，92人，3403份原始數據農村（潮汕）：270座自然通風民宅，，448人，446份原始數據問卷+物理測試自然通風開窗自然通風時室室內風速達0.3m/s農村高于城市0.270.12三月，四月，十月月，十一月，十二二月自然通風80%可接受范圍城市：18.0-28.5oC農村：≤28.5℃18.028.5數據點面積代表樣樣本量，實線為全全部數據的回歸線線三月，四月，十月月，十一月，十二二月使用風扇室內平均風速0.45m/s個體差異0.23m/s（標準偏差）使用風扇達室內風風速最大值0.9m/s（95%置信）0.45六月和十月使用風扇80%可接受范圍城市與農村：≤29.5℃29.5六月和十月室外氣候自然界的風是怎樣形成的？分幾種？各有什么么特點？用什么指標來描述述風的特性？跟建筑自然通風有有關的氣候參數有有哪些？參考教材第64~67頁，附錄5風之分類—大氣環流赤道受熱，空氣膨脹上升，，向兩極流動，形成上空氣流上空氣流在極地受冷下沉沉，向赤道回流，，形成近地氣流上空氣流近地氣流風之分類—大氣環流地球自轉對氣流產產生地轉偏向力，，形成：四個氣壓帶三個環流四個風帶風之分類—季風陸地升溫較快，氣壓增高近地季風從海洋吹吹向大陸陸地降溫較快，氣壓降低近地季風風由大陸吹向海洋風之分類—海陸風陸地升溫快，海洋洋升溫慢近地風從海洋吹向向陸地陸地降溫快，海洋降溫慢近地風從陸地吹向海洋風之分類—山谷風山坡升溫快，山谷谷升溫慢近地風從山谷吹向向山坡山坡降溫快，山谷降溫慢近地風從山坡吹向山谷風之成因廣州大氣環流造成全球各地的差異由赤道和兩極的溫差和地轉偏向力造成季風造成季節性差異，以年為周期由海洋和陸地的溫差造成地方風造成局部差異，以一晝夜為周期如海陸風、山谷風、庭院風、巷道風等由地方性地貌條件不同引起的溫差造成風由溫差造成，溫差由太陽陽輻射引起風之特性—風力等級風力等級距地10m高處的風速（m/s）00~0.210.3~1.521.6~3.333.4~5.445.5~7.958.0~10.7610.8~13.8713.9~17.1817.2~20.7920.8~24.41024.5~28.41128.5~32.61232.7~36.9中國氣象科學共享享服務網氣象統計資料年平均風速風資源分布風之特性—風向（風玫瑰圖））廣州夏季主導風東東南風，全年主導導風北風夏季風排序：東南風（16%），東風，南風季節變化區主導風向區（全年西風）主導風向區（冬季西風，夏季東風）主導風向區（全年西南風）無主導風向區準靜風區年平均風向廣州建筑氣候建筑用典型氣象年年統計近30年重要氣候指標的的平均特征挑選與平均特征相近的的年月拼接而成取自：中國氣象象局氣象信息中心心氣象資料室，清華大學建筑技術科學系（著），中國建筑熱環境分析專專用氣象數據集，中國建筑工業出版社，，2005廣州月均風速7月1.6m/s，1月1.9m/s，全年平均1.7m/s最大4.5m/s，多數>1m/s廣州日均風速7月標準日：最大2.7m/s，最小1.0m/s，平均1.9m/s1月標準日：最大3.2m/s，最小1.3m/s，平均2.0m/s張晴原等（著），，中國建筑用標準準氣象數據庫，機機械工業出版社，2004廣州小時風速4月標準日：最大2.1m/s，最小1.0m/s，平均1.5m/s10月標準日：最大2.3m/s，最小1.2m/s，平均1.7m/s張晴原等（著），，中國建筑用標準準氣象數據庫，機機械工業出版社，2004廣州小時風速廣州室外綜合溫度度過熱211天（58%），過冷31天（9%），適中123天（33%）充分滿足夏季防熱熱，可不考慮冬季季保溫廣州室外綜合溫度度過熱132天（36%），過冷31天（9%），適中123天（55%）利用自然通風可解解決夏季80天（40%）的過熱問題30℃建筑熱工設計要求求熱環境設計目標室內熱環境處于舒適范圍工況自然調節，由熱平衡形成室內環境關系室內氣溫為各圍護結構的室外綜合溫度按其傳熱系數與面積乘積的加權平均設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數氣候建筑人26℃節能設計目標建筑（空調）能耗較低工況開啟空調，室溫26℃，傳入室內的熱量形成空調能耗關系空調能耗與各圍護結構總傳熱量成正比設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數氣候建筑人熱環境設計氣候建筑人目標室內熱環境處于舒適范圍工況自然調節，由熱平衡形成室內環境關系室內氣溫為各圍護結構室外綜合溫度和外窗太陽輻射得熱的加權平均設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數26℃節能設計氣候建筑人目標建筑（空調）能耗較低工況開啟空調，室溫26℃，傳入室內的熱量形成空調能耗關系空調能耗與各圍護結構總傳熱量和外窗太陽輻射得熱成正比設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數熱環境設計氣候建筑人目標室內熱環境處于舒適范圍工況自然調節，由熱平衡形成室內環境關系室內氣溫為各圍護結構室外綜合溫度、外窗太陽輻射得熱和室外氣溫加權平均設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數；④增大室內通風量（室外氣溫適宜時）廣州夏季晴天注：房間3×3×3m，南北開窗，窗墻墻面積比0.3，外墻、屋頂、外外窗傳熱系數1.5、0.9、6W/(m2·K)，外窗綜合遮陽系系數0.8，氣溫27℃~36℃，平均31℃26℃節能設計氣候建筑人目標建筑（空調）能耗較低工況開啟空調，室溫26℃，傳入室內的熱量形成空調能耗關系空調能耗與各圍護結構總傳熱量、外窗太陽輻射得熱和通風換熱成正比設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數；④增大室內通風量（室外氣溫適宜時）廣州節能設計JGJ75-2012《夏熱冬暖地區居住住建筑節能設計標標準》群體布局建筑群的總體規劃應有利于自然通風單體設計建筑的平面、立面設計應有利于自然通風細部設計每戶至少應有一個居住房間通風開口和通風路徑的設計滿足自然通風要求細部設計外窗（包括陽臺門）的通風開口面積不應小于房間地面面積的10%或外窗面積的45%廣州節能設計GB50189-2005《公共建筑節能設計計標準》群體布局建筑總平面的布置和設計宜利用夏季自然通風細部設計建筑中庭夏季應利用通風降溫細部設計外窗的可開啟面積不應小于窗面積的30%建筑遮陽建筑自然通風自然通風的氣候地地域性綜合考慮氣溫、太陽輻射、風氣溫高且持續時間間長、太陽輻射較較強且風速較大的的氣候地區，建筑筑自然通風較為重重要北方南方嚴實墩厚、立面平平整、封閉低矮峻峭屋面、通透輕巧、底部架空理解風對身體傳熱熱的影響和作用理解自然界風形成成的原因和特點掌握熱環境設計和和節能設計對自然然通風的要求思考：從兩個角度度，即房間傳熱和和人體傳熱，分析析熱環境設計對通通風的要求？有人人認為南方地區夏夏季防熱首推自然然通風，其次是遮遮陽和圍護結構隔隔熱，你怎么看？？預習：哪些設計與與建筑的自然通風風有關？先后順序序如何？如何作建建筑的風壓通風設設計？如何作建筑筑的熱壓通風設計計？課下練習認知框架空氣流線與流動原原理室內環境與室外氣氣候建筑自然通風設計計群體布局建筑群布局形式有哪些？從哪些方面評判建建筑群布局在促進自自然通風方面的優優劣？哪種布局有利于通通風，哪種不利？31~34教學樓東湖北部樓群南秀村、紅棉苑北區教工家屬樓天一新村電子五所東區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深圳住區平面布局分類并列式行列式風在建筑外繞行風影區取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals空氣流動形式獨立流（高寬比<1/3)尾跡干擾流（高寬比1/3~3/4）滑流（高寬比>3/4）平面布局設計錯列式、斜列式、自自由式優于并列式和周邊式匯景新城深圳華僑城風影區—迎風之高現象迎風面高加1，風影區長加3~5分析上部繞行的氣流增多且風速較大，繞行距離更遠應用高層建筑的風影區遠大于低層空間布局設計架空通風設計32號樓（華工院）北京：用風→防風單體設計建筑單體設計的哪哪些方面會影響通通風？優秀的建筑通風作作品有哪些？各有有什么特點？如何評價建筑單體體通風設計的優劣劣？朝向減少太陽輻射照射、避免西曬利于夏季引風導風風防暴風雨廣州建筑最佳朝向向南偏西5°~南偏東10°風影區—風向投射角立面法線來流風向風向投射角現象風向投射角越大，風影區越小分析迎風之長漸短，高不變，深漸深，故風影區漸小應用建筑朝向主導風方向形成較大風影區，反之形成較小風影區風壓系數屋面高度來流風速速迎風面背風面屋面側風面建筑表面風壓ABAB滯點側風面-0.55迎風面0.6背風面-0.38平面圖風壓系數屋面高度來流風速速迎風面背風面屋面側風面建筑表面風壓BCBC迎風面0.3背風面-0.5AAB平面圖朝向兼顧室內自然通通風和室外風影影區影響建筑主立面與主主導風成20°~30°風向投射角室內風速降低（%）風影區長度0°03.75H30°133H45°301.5H60°501.5H平面體形“一”、“工”、“王”字形大部分房間間朝向好，有利利于防曬通風，，次要功能或交交通廊道可布置置于東西側“口”字形通風互有遮遮擋，只適用于于低層和天井較較大的建筑，多多依靠天井增強強熱壓通風和采光鋸齒形設計用于不利條條件下防曬通風風問題的緩解文丘里效應：流流速增加，壓強強減小伯努利原理+--管式住宅++-+-捕風塔UMNO大樓翼型導風墻聚集集自然風門窗百葉→交通廊道→功能空間UMNO大樓10城規吳凱晴建筑形體導風設計吉巴歐文化中心吉巴歐文化中心美拉尼西亞尊重當地文化與與適應當地氣候候相結合“通過減少垂直直要素的高度，，使垂直要素在在上部更加開放放，這種做法同同時又增加了通通風效果”（皮皮亞諾）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，6~10m/s正面來風，10~15m/s臺風來襲背面來風++---吉巴歐文化中心--+熱壓與進出風口口高差和室內外外溫度差成正比比熱壓通風（煙囪效應）持續冷卻持續加熱三間兩廊日間夜間三間兩廊-佛山三水《廣府傳統民居通通風方法及其現現代建筑應用》，博士學位論文文，曾志輝，華華南理工大學，，2010日間天井與廳堂溫差差2℃熱壓通風為主空間風速天井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差2℃風壓通風為主東南風空間風速（日）風速（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溫差風壓通風為主《廣府傳統民居通通風方法及其現現代建筑應用》，博士學位論文文，曾志輝，華華南理工大學，，2010《廣府傳統民居通通風方法及其現現代建筑應用》，博士學位論文文，曾志輝，華華南理工大學，，2010陸琦,施瑛.傳統民居園林與與設計借鑒—中山泮廬住居.南方建筑,2010,(3):48-50傳統經驗再創造造-中山泮廬11城規王琪11景觀沙泠庭院熱壓通風設計11城規馮煦欣中庭熱壓通風英國巴克萊卡公公司總部（FitzroyR