/FORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXX建筑自然通風設計計算導則Guidelinefordesigningnaturalventilation（征求意見稿）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發布FORMTEXT-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施FORMTEXTXXXX發布前言為推動貴州省自然通風技術在建筑中的應用，根據貴州省住房和城鄉建設廳黔建科通〔2015〕151號文件的要求，編制組經廣泛調查研究，認真總結實踐經驗，參考國內外先進標準，并在廣泛征求意見的基礎上，制定本規范。本導則主要技術內容是：1.范圍；2.規范性引用文件；3.術語和定義；4.計算方法；5.自然通風量模擬計算。本導則由貴州省住房和城鄉建設廳負責管理，由東南大學、貴州中建建筑科研設計院有限公司負責具體技術內容的解釋。本標準起草單位：東南大學貴州中建建筑科研設計院有限公司。本標準主要起草人：

目錄1、范圍 12規范性引用文件 13術語和定義 13.1術語 13.2符號 14計算方法 24.1一般規定 34.2自然通風設計基本原理 44.2.1自然通風熱舒適性 44.2.2貴州省氣候特征 44.2.3建筑周圍微環境預測與優化 64.3自然通風的作用原理 64.3.1風壓作用下的自然通風 74.3.2熱壓作用下的自然通風通風 74.3.3風壓和熱壓聯合通風 104.4自然通風計算 104.5自然通風策略 124.5.1單側通風 124.5.2穿堂風 144.5.3利用熱壓加強通風 144.5.4太陽能誘導通風 164.5.5避風天窗及風帽 184.5.6避風天窗 185自然通風量模擬計算 195.1自然通風模型 195.2常用的氣流組織計算軟件 195.2.1EnergyPlus 195.2.2CFD模型 20附錄一：風壓系數 22附錄二：有效熱量法 24附錄三：窗戶開口流量系數 25自然通風建筑設計計算導則1、范圍本標準規定了用于計算建筑自然通風的術語和定義、編制原則、計算方法。本標準適用于建筑自然通風的設計計算方法的制定。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。DBJ52-49-2008《貴州居住建筑節能設計標準》GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2003《采暖通風與空氣調節設計規范》JGJ/T309-2013《建筑通風效果測試與評價標準》《建筑環境模擬導則》3術語和符號下列術語和定義適用于本文件。3.1術語3.0.1自然通風naturalventilation依靠室外風力造成的風壓和室內外空氣溫度差造成的熱壓等自然力，促使空氣流動，使得建筑室內外空氣交換的通風方式。3.0.2穿堂風（貫流式通風）crossventilation通常是指建筑物迎風一側和背風一側均有開口，且開口之間有順暢的空氣通路，從而使自然風能夠直接穿過整個建筑。這是一種主要依靠風壓進行的通風。3.0.3單面通風singlesideventilation當自然風的入口和出口在建筑物的同一個外表面上，這種通風方式被稱為單面通風。3.0.4風井或者中庭通風chimneyoratriumventilation主要利用熱壓進行自然通風的一種方法，通過風井或者中庭中熱空氣上升的煙囪效應作為驅動力，把室內熱空氣通過風井和中庭頂部的排氣口排向室外。3.0.5熱壓stackpressure由建筑開口兩端得溫度差引起的密度差造成壓力差異。3.0.6熱壓通風stackventilation利用室內外熱壓引起的壓差來進行室內外空氣交換。3.0.7風壓windpressure由于建筑物的阻擋，使四周空氣受阻，動壓下降，靜壓升高·側面和背面產生局部渦流靜壓下降和遠處受干擾的氣流相比，這種靜壓的升高和降低統稱為風壓。3.0.8風壓通風windventilation利用室內外風壓引起的壓差來進行室內外空氣交換。3.2符號建筑開口兩側壓差，重力加速度，取9.8高度z處建筑開口兩側壓差，空氣的比熱容，風壓作用下建筑開口兩側壓差，自由來流的速度，熱壓作用下建筑開口的兩側壓差，參考點高度的時均風速值，該參考點通常取平坦地面以上10基準高度處的壓力，入口處的修正風速，開口的局部阻力系數煙囪里面的平均速度，風壓系數通過窗戶開口的有效速度，；開口1和開口2處的風壓系數垂直高度，熱壓系數基準高度，空氣流過開口時的流速，兩開口的高度差，室外空氣溫度，窗戶高度，區域室內空氣溫度，煙囪在與屋頂的最高交點以上的最小高度，；建筑內部平均溫度，出口中心與屋頂最高點之間的水平距離，工作區空氣溫度，根據衛生標準規定，第一層高度，建筑上部開口的排氣溫度，開口寬度，溫度隨高度z的變化值；每個區域的開口高度，基準高度QUOTEz0處的溫度，煙囪水力直徑，平均溫差，煙囪寬度，空氣集熱器出口溫度，煙囪深度，通過開口的溫差，有效開口面積，區域i的溫度，建筑開口面積，空氣自由來流密度，窗戶的有效開口面積，高度為z處的空氣密度，建筑頂部和底部的開口面積，空氣的密度，;入口和出口的面積，穿過開口的空氣的密度差，通風道橫截面積，參考室外溫度下的空氣密度，入口、風閥（假設存在）以及出口面積，參考室外溫度下的空氣密度，沿高度方向的溫度梯度，通過建筑開口的質量流量,地形通過開口的體積流量，煙囪穿過的屋頂部分的傾斜角度，°建筑余熱（顯熱），壓力損失系數由窗戶開度決定的無量綱系數煙囪壁的摩擦因數浮升力常數開口流量系數，一般小于1風湍流系數

4計算方法4.1一般規定1、通風時應優先考慮采用自然通風消除建筑物余熱、余濕和進行室內污染物濃度控制。對于室外空氣污染和噪聲污染嚴重的地區，不宜采用自然通風。當自然通風不能滿足要求時，應采用機械通風，或自然通風和機械通風結合的復合通風。2、利用自然通風的建筑在設計時應滿足：（1）利用穿堂風進行自然通風的建筑，其迎風面與夏季主導風向宜成60°~90°，且不應小于45°，同時應考慮可利用的春秋季風向以充分利用自然通風；（2）建筑群宜采用錯列式、斜列式平面布置形式以替代行列式、周邊式平面布置形式。3、自然通風區域與外墻開口或屋頂天窗的距離宜較近。通暢的通風開口面積不應小于房間地板面積的5%，其中：生活、工作的房間的通風開口有效面積不應小于該房間地板面積的5%；廚房的通風開口有效面積不應小于該房間地板面積的10%，并不得小于0.60m2。建筑內區房間若通過鄰接房間進行自然通風，其通風開口面積與房間地板面積的比例應在上述基礎上提高。各地具體情況應按當地相關標準執行。4、采用自然通風的建筑，應先對建筑進行自然通風潛力分析，并依據氣候條件設計自然通風策略。5、宜結合建筑設計，合理利用各種被動通風技術強化自然通風，如捕風裝置、屋頂無動力風帽裝置、太陽能誘導通風等方式。6、自然通風的空氣從上游流向下游時會導致下游的區域的空氣質量和舒適性下降。所以上游的空氣應盡量排到室外或者洗手間。7、自然通風的空氣應該避免流入空氣不流通區域，因為空氣不流通會導致空氣質量和舒適性變差。8、夏季自然通風應采用阻力系數小、易于操作和維修的進排風口或窗扇。9、夏季自然通風用的進風口，其下緣距室內地面的高度不應大于1.2m；冬季自然通風用的進風口，當其下緣距室內地面的高度小于4m時，應采取防止冷風吹向人員活動區的措施。4.2自然通風設計基本原理4.2.1自然通風熱舒適性ASHAREStandard55-2010根據對21000個主要辦公大樓的數據庫測量得來的一個熱舒適度適應模型，得到如圖6.1所示。這個圖包含兩個溫度上限—一個是滿足80%可接受需求的上限，一個是滿足90%的。當其他要求都未知時80%的可接受度可作為典型的限度。90%適用于需要滿足更高要求的情況。對于圖6.1中顯示的溫度上下限，不能使用外插法對室外溫度在限度以外的情況進行求解。圖4.1自然通風條件下可接受的操作溫度4.2.2貴州省氣候特征貴州省冬季多偏北或東北風，相反，夏季多偏南或東南風（見表4.1）。這種具有規律性的季風特點對于建筑中采用自然通風時非常有利的。表4.1設計用室外氣象參數市海拔高度（）室外平均風速（）冬季主導風向夏季主導風向室外計算干球溫度（）冬季夏季冬季通風夏季通風威寧2北風轉東北風南風轉東南風-1.220.8桐梓972.01.72.1東風南風轉東南風0.828.1畢節15東北風東南風-0.625.7遵義843.91.01.3東風南風1.028.9貴陽1東北風南風0.727.0三穗6北風南風轉東南風0.229興義13東北風南風1.925.4注：數據來源：《實用供熱空調設計手冊》室外氣象條件是影響自然通風的主要因素，也是建筑物自然通風潛力評價的必要輸入條件，選取由清華大學和中國氣象信息中心氣象資料室合作開發的逐時氣象資料（CSWD），其基礎數據來源于全國270個地面氣象臺站1971-2003年的氣象觀測數據。根據貴州省各市典型氣象年（CSWD）數據計算貴州各城市的月平均溫度如表4.2所示：表4.2各城市月平均溫度（）城市月份咸寧桐梓畢節遵義貴陽三穗興義12.974.932.064.335.664.767.1124.956.893.956.157.066.489.5838.2010.578.7210.5011.3710.4113.39411.1016.0313.7615.0816.2416.3317.67514.6418.0916.6219.9919.4619.3019.76616.2421.9819.6223.0322.6022.8821.03717.4124.5421.4225.2124.0325.2422.31817.4924.2521.2423.7023.1024.9921.84914.7920.1118.0921.0520.8421.3119.961011.6716.0014.2816.5616.2115.8416.19117.2511.7510.2612.3212.2810.6712.70123.296.184.786.546.946.078.13當室外溫度過低時，自然通風很難保證熱舒適性。根據實際工程情況，需要加設供暖設備，或自行調節窗戶等開口以滿足熱舒適。本導則設定的自然通風的最低室外溫度為12℃。根據上表以及圖6.1中自然通風建筑的舒適性標準，在90%滿意率的情況下得到各地區不同月份的室內舒適溫度范圍如下表所示，在絕大多數時間內，自然通風可以滿足熱舒適性表4.3各城市自然通風室內舒適溫度范圍（）月份地點123456789101112威寧下———18.519.820.120.92119.918.8——上———23.524.825.225.92624.923.9——桐梓下——18.620.120.6222322.921.420.418.9—上——27.127.927.626.525.523.9—畢節下———19.420.52121.921.720.719.718.6—上———24.925.726.426.926.725.824.823.6—遵義下——18.519.922.726.920.319—上——23.525.126.627.428.227.721.625.524—貴陽下——18.820.22122.222.822.221.620.219—上——23.825.326.327.327.827.426.925.324—三穗下——18.520.220.921.123.22321.72018.6—上——23.525.326.326.528.22826.72323.2—興義下——19.220.721.126.92222.4—上24.725.726.421.62727.326.625.324.3—4.2.3建筑周圍微環境預測與優化貴州地區夏季主導風向為偏南或東南風，建筑采用坐北朝南更有利于風壓通風。建筑群錯列、斜列的平面布局形式相對行列式更有利于自然通風。建筑周圍的樹木等植被的布置對氣流會產生一定的遮擋、導流與緩和作用；其次，植被本身對空氣質量與熱舒適性有較強的改善作用。進風口附近的綠化，在夏季有明顯的降溫效果，水體有降溫與加濕作用。通過實驗或者軟件模擬建筑周圍風環境如壓力場、溫度場和速度場等，為自然通風的風壓和熱壓具體應用方案提供依據（參見6.2節）。4.3自然通風的作用原理建筑開口的內外存在的壓力差計算公式為：（1）上式可改為：（2）開口面積和通過開口的空氣流量的關系為：（3）或（4）為開口的流量系數，在邊緣比較明顯的洞口流動中，流量系數的取值是0.61，基本與雷諾數的取值無關。4.3.1風壓作用下的自然通風建筑物周圍的風壓分布與建筑物的幾何形狀和室外風向有關。風向一定時，建筑物外圍護結構上某一點的風壓值為：（Pa）（5）風壓系數可通過CFD或者風洞實驗計算，見附錄一。4.3.2熱壓作用下的自然通風通風位于不同高度開口的熱壓差為：（Pa）（6）常見建筑形式熱壓通風計算公式：多區建筑，相鄰兩垂直區域之間無滲透圖4.2展示了具有該特征的建筑，每個區域有自己的中和面，兩個開口之間的高度差以最低的開口（或者地面）作為基準來計算區域內兩開口的高度。圖4.2垂直區域之間不連通的多區域建筑物內的熱壓分布開口1與開口2之間的壓差計算如下：（Pa）（7）多區域建筑，相鄰兩垂直區域之間相互連通圖4.3具有相互連通的垂直區域的建筑物內熱壓分布圖4.3所示，空氣從下層區域（區域1）流入，通過兩個區域之間的開口，最后從上層區域（區域2）的開口流出。區域1與2的溫度不相等（這里QUOTET2>T1）高度分別為h1和h2的兩個外部開口之間的壓差為：（Pa）（8）多區建筑，相鄰兩水平區域之間相互連通圖4.4所示，建筑物內部相鄰兩水平區域之間具有不同的溫度，而且區域之間有開口相通。圖5.4具有相互連通的水平區域的建筑物內熱壓分布假定包括樓梯間這樣的較高的區域在內的每個區域都具有均勻的“平均”溫度，則區域1與4之間的熱壓差定義如下：（Pa）（9）溫度分層的單區域建筑圖4.5所示，在具有高屋頂的大型開放式空間內（如大工廠或倉庫）熱壓表示成垂直空氣密度圖4.5具有內部溫度梯度的單區域建筑內熱壓分布梯度的形式，如下式：（Pa）（10）由于密度是熱力學溫度的函數，則壓力為：（Pa）（11）當溫度分布函數QUOTET（z）已知，通過上式可求得熱壓。可以用于求解大多數實際情況的線性溫度分布函數：（Pa）（12）將公式（12）代入公式（11）得到：（Pa）（13）積分得到：（Pa）（14）對于k=0，即均勻的維護結構內部溫度，則有：（Pa）（15）利用這些壓力就可求出通過開口的空氣流量。4.3.3風壓和熱壓聯合通風當風壓和熱壓同時作用于建筑時，它們將聯合起來決定通過建筑物開口的空氣流動。如果兩種壓力的正負一致，它們將增加空氣流量，但是如果正負相反，將減少空氣流量，并且在一定的條件下，這兩種壓力會相互抵消，從而使得沒有氣體流過開口。研究表明，正交法是計算兩種壓力因素引起流動的自然通風量的最簡單也是最令人滿意的方法：(16)4.4自然通風計算自然通風的計算分為兩類，第一類為設計計算；第二類為校核計算。設計計算時根據已確定工藝條件（建筑余熱等）和工作區的衛生條件（溫度、有害物濃度等）求出必要的通風量，根據通風量，確定進排風口的位置和所需的開口面積。校核計算是在工藝條件已知、建筑開口位置、面積已經確定的條件下，計算所能達到的通風換氣量。校核其能否滿足保持工作區必需的衛生條件。需要注意的是影響建筑內部氣流和溫度分布的因素是很復雜的。對于這些因素的詳細研究必須針對具體對象進行模擬試驗，或者在類似建筑中進行實地觀測。一般自然通風計算過程假定：（1）空氣流動過程是溫度的即假定所有引起自然通風的因素不隨時間變化。（2）真個建筑內的空氣溫度可以看作都等于其平均溫度。平均溫度取值為：（17）（3）室內空氣流動沒有任何阻礙。（4）不考慮局部氣流影響，熱射流及其他進氣通風射流在達到排氣開口前已經撤銷。（5）利用風力作用的空氣動力系數，不考慮開窗孔面積大小對它的影響。自然通風設計計算一般步驟（1）確定通風量及排氣溫度。排除余熱所需的通風換氣量計算公式為：（18）排氣溫度的確定方法有很多種，通常采用的有兩種：=1\*GB3①溫度梯度法：即根據溫度梯度確定排氣溫度。（19）為沿車間高度方向的溫度梯度，見表5.4，其數值在0.3QUOTE~～1.5℃之間。表5.4建筑的溫度梯度建筑散熱強度()建筑高度/m5678910111213141512～431.00.224～471.00.448～700.80.571QUOTE~～93-0.994QUOTE~～1160.5對于室內熱源比較分散的房間，如冷加工車間和一般民用建筑，室內空氣溫度高度大致是一直線關系，可以采用此方法。對于有強大熱源的建筑其排風溫度計算方法見附錄二。（2）確定窗孔的位置，分配各窗孔的進、排風量。（3）確定各窗孔內外壓差和窗孔面積。下面以一個有兩個開口建筑為例，給出風壓驅動自然通風、熱壓驅動自然通風已經風壓聯合熱壓驅動自然通風的一般計算步驟。（1）風壓通風不考慮熱壓作用，僅僅風壓驅動自然通風。Step1:計算室內外壓差（20）Step2：計算有效開口面積，（21）（23）（23）Step3：計算每個開口的面積（24）（25）（2）熱壓通風不考慮風壓作用，僅僅靠熱壓驅動自然通風。Step1:計算室內外壓差（26）Step2：計算有效開口面積，（27）（28）Step3：計算每個開口的面積（29）（30）（3）風壓和熱壓聯合通風Step1:計算室內外壓差（31）Step2：計算有效開口面積，（32）（33）Step3：計算每個開口的面積（34）（35）4.5自然通風策略4.5.1單側通風圖4.6所示，單側通風通過使用一扇窗戶或其他通風裝置（如安裝在墻上的微流通風器）來使室外空氣進入建筑物，同時室內空氣從同一開口流出，或從同一面墻上的另一個開口流出。單一的通風開口，主要驅動力是風壓，特別是小開口的情況。當有多個開口設置在同一立面的不同高度時，除風壓作用外，熱壓作用也可增加通風量。單側通風除啟停通風器外，空氣的流動通常是不可控的，而且流動只在離通風口2.5H的距離范圍內有效（H為頂棚高度）。此外，有些單側開口如窗戶，僅適用于適宜的氣候條件下。除進入的空氣被加熱情況外，這種開口對于冬季通風是不太合適的。通過開口的浮升力驅動流動方程為：（36）因為，因此,從而：（37）圖4.6單側自然通風（Wmax≈2.5H）圖4.7，通過高度為H的開口的平均速度（QUOTEv）為：（38）圖4.7沿大開口高度的速度圖4.8穿堂風（）通過開口的體積流量為：（39）然而，在浮升力引起的流動中，相等質量的空氣進入和離開同一個開口。如果為開口的總高度，那么流入或流出的量為：（40）從式可知：（41）式（41）可以用于對僅有浮升力引起的通過單側開口的風量進行估算。在開口較大情況下，例如窗戶或者門，空氣通過一部分進入，通過另一部分離開。據針對多種不同的窗戶研究了熱壓和風壓對流動的影響。從現場測得的換氣量數據中，得到了通過開著的窗戶的有效風速表達式：（42）使用上式給出的有效速度，可以得到通過窗戶的空氣流量：（43）從變化的風速和溫差的測量中，得出：4.5.2穿堂風圖4.8所示，空氣從房間的一側的一個或者多個開口流入房間或建筑物，而從另一側的一個或多個開口流出房間或建筑物時，就會發生雙側通風或者穿堂風，。用于穿堂風的開口可以是小開口，如微流通風器和格柵，或者是大開口，如窗戶和門。這種方式適用于進深大的房間。建筑應在迎風面和背風面設置開口，這樣能夠在入流開口和出流開口之間維持良好的風壓差。內部的分隔物或者其他的障礙會影響或干擾房間內的空氣流動形式以及空氣的滲透深度。穿堂風引起的空氣流量計算公式為：（44）有效面積計算方法如表5.5。流量系數Cd依賴于開口的類型。穿堂風對于進深大于2.5，小于5的空間是比較適合的，其中是頂棚高度。它比單面通風有效更實用于得熱量大的地方。由于風流過建筑物的時候流向發生改變，所以計算所得的QUOTEV可能會比實際值大。在穿堂風情況下通過兩個相對的窗戶開口的關系式：（45）對于矩形開口，修正因子E為：（46）4.5.3利用熱壓加強通風當建筑需要的通風量大于使用單側通風或穿堂風能夠滿足要求的風量時，可以使用煙囪進行通風。這時，通風的主要驅動力是浮升力，因此煙囪的高度很重要的。熱壓由內部和外部的溫差以及煙囪的高度決定。如下式所示：（47）表5.5穿堂風計算公式已知條件圖例公式（a）僅風壓（b）僅溫差（c）風壓與溫差聯合作用當QUOTEV?T<0.26AbA當QUOTEV?T>0.26AbA（1）煙囪通風圖4.9所示，對于簡單的煙囪，驅動力是風壓和熱壓。有效地利用風壓，確定建筑物上處于高位的煙囪出口的準備位置。圖4.9煙囪屋頂煙囪高度最小值（AIVCTN44中的經驗公式）：（48）煙囪中的壓力損失為：（49）對于非圓形界面的煙囪，水力直徑由下式給出：（50）對于狹窄通道（）:（51）設計合理時，一套含有可控的空氣入口的通風煙囪的系統可以在建筑物特定區域內（如高濕或污染集中區）提供較大的通風量。(2)高大空間通風如圖4.10所示，高大空間如中庭，具有大的溫度分層，可利用該特征進行自然通風。在計算屋頂通風口尺寸時，結合了浮升力（屋頂高度處計算得到）和風壓的作用來產生想要的中庭換氣量。換氣量的值取決于太陽得熱、內部得熱、外部溫度以及當地風速。然而，當對換氣量進行保守估算時，只需用浮力來確定屋頂風口尺寸。圖4.10中庭4.5.4太陽能誘導通風依靠太陽輻射給建筑結構的一部分加熱，從而產生大的溫差，因此與傳統的有內外溫差引起流動的浮升力驅動策略相比，能獲得更大的風量。基于這種目的的設備通常有三種：=1\*GB3①特隆布墻=2\*GB3②太陽能煙囪=3\*GB3③太陽能屋頂。特隆布墻是在墻上安裝了玻璃構件從而將太陽輻射吸入到壁面結構中。太陽能煙囪和太陽能屋頂通常依靠煙囪壁和屋頂瓦片來分別吸收和存儲太陽能。太陽能誘導通風開口的流量和熱壓為（52）（53）(1)特隆布墻通風器一個特隆布墻集熱器由一面中等厚度的墻（熱質體）以及外面包裹的一面玻璃組成，墻上開著一高一低兩個開口。玻璃和墻壁之間有50～100mm的空隙使得加熱后的空氣在這個空間內上升。特隆布墻集熱器傳統上用于空間加熱，采用的方式是空氣從房間進入墻壁底部，被集熱器加熱，然后從高處返回房間，如圖4.11。圖4.11（a）的布置方式是用于冬季的，這時特隆布墻被用于加熱房間空氣。如圖4.11(b)所示，通過在玻璃上設置一個位于高處的外部開口，關閉通向房間頂部開口，則這個裝置就可以通過從另一開口將室外空氣引入房間，將熱空氣通過特隆布墻抽走，從而用于冷卻房間。在貴州地區，需要將這種墻置于南向或者西南向的位置。(2)太陽能煙囪貼在南向或西南向墻上的太陽能煙囪通過太陽輻射被加熱，蓄存在該結構中的熱可被用于通風，如圖4.12。被加熱的煙囪外表面通過將建筑物內部的空氣引出，并將其從頂部排走的方式實現自然通風的流動。室外的空氣進入建筑物以更換內部熱的，滯留的空氣。設計太陽能煙囪時應該特別注意煙囪截面的深度。隨著間隙增加，空氣流量增加，但是當間隙超過a）用于冬季加熱的集熱器b)用于夏季通風的集熱器圖圖4.11特隆布墻通風器某個值之后，氣流量將開始略微減小。在一個煙囪兩面被加熱的實驗設備中，最優間隙為200mm。圖4.12太陽能煙囪示意圖圖4.13太陽能屋頂通風器示意圖(3)太陽能屋頂通風器在太陽高度角大的地方，特隆布墻或太陽能煙囪不是有效地太陽集熱器，使用這些設備可實現的通風量是有限的。這時傾斜的屋頂集熱器會更有效地收集太陽能，但是由于傾斜表面，所以集熱器的高度是比較小的。如圖4.13展示了一個太陽能屋頂通風器。屋頂集熱器的優點在于可以利用一個大的表面積來收集太陽能，因此與特隆布墻和太陽能煙囪相比能達到更高的空氣出口溫度。因此，根據設計形式以及室外氣候，屋頂通風器可以獲得接近太陽能煙囪的通風量甚至更高。使用以前介紹的方法可以對其進行風量計算。這里的高度H是屋頂通風器入口和出口的垂直距離而不是屋頂通風器的長度。4.5.5避風天窗及風帽為保證自然通風的效果，除了準確的設計計算，還應合理選用自然通風裝置，注意建筑和工藝設計與自然通風的配合。圖4.14帶擋風板的矩形避風天窗4.5.6避風天窗在有天窗的自然通風建筑中，建筑的余熱及某些有害氣體是依靠天窗排至室外的。這就要求天窗必須具有良好的排風性能，即不管室外風速、風向發生任何變化，都不能使風從天窗倒灌進來。普通的天窗往往在迎風面發生倒灌現象。出現倒灌現象就會使建筑的氣流組織受到不同程度的破壞，不能滿足室內衛生要求。要排除這種干擾，就得經常隨風向改變去調整天窗。因此，為了使天窗不發生倒灌，排風性能穩定，常在天窗上增設擋風板，如圖4.14所示。或采取其他結構形式，使天窗排氣口無論風向如何變化，都處于負壓區。這種天窗通常稱為避風天窗。擋風板與天窗窗扇間距采用天窗高度的1.0QUOTE~QUOTE~～1.5倍。擋風板下緣與屋頂之間留有50QUOTE~～100mm的間隙，以便排泄雨水。為了防止風沿廠房縱軸方向吹來時產生倒灌，擋風板兩端應當封閉，每隔一定距離用橫隔板隔開。熱壓作用下，幾種常用天窗外形如圖4.15所示。（a）縱向下沉式天窗（b）橫向下沉式（c）天井式天窗圖4.15避風天窗示意圖

5自然通風量模擬計算方法5.1自然通風模型模擬通風過程的計算模型主要有經驗公式模型（empiricalequationsmodel）、多區域模型（multi-zone）、單元模型（zonalmodel）、CFD模型和混合模型。這些模型都是根據現實的物理現象進行了不同程度的簡化，其中多區域模型和CFD模型是最常用的通風模型。(1)經驗公式模型預測自然通風或滲透風時采用經驗公式是一種簡單有效的方法，如ASHRAE中計算建筑滲透通風量的公式為：（53）(2)多區模型多區域模型源自單一區域模型，單一區域模型將整棟建筑假定為單一的控制體（singlecontrolvolume）。單區域模型中認為建筑內部是的單一、充分混合的區域，壓力、溫度分布是統一的，即只有一個節點。這個內部壓力點與一個外部壓力點相連，或與多個壓力不同的外部節點相連。與多區域模型相比，單區域模型所要求的條件較少，但無法提供建筑外墻上空氣滲透量的分布趨勢。多區模型（multi-zonemodel）假設每個房間的特征參數分布均勻，則可將建筑的一個房間看作一個節點，通過窗戶、門、縫隙等與其他房間連接。其優點是簡單，可以預測通過整個建筑的風量，但不能提供房間的溫度與氣流分布信息。該方法是利用伯努利方程求解開口兩側的壓差，根據壓差與流量的關系就可求出流量。它只適用于預測每個房間參數分布較均勻的多區建筑的通風量，不適合預測建筑內的氣流分布。常用有適用于多區的大開口建筑的MIX（Multi-cellInfiltrationandeXfiltration）模型和適用于大開口建筑的多區域滲風專家聯合（ConjunctionofMultizoneInfiltrationSpecialists，COMIS）模型。5.2常用的氣流組織計算軟件目前可應用于分析自然通風系統的通風特性和熱特性的常見軟件分別有：CONTAMW、COMIS、CFD、MIX、TRNSYS、BLAST、EnergyPlus、DOE-2。5.2.1EnergyPlus計算一般步驟：（1）建模：建筑模型的建立，常用的建模軟件有：DesignBuilder、SketchUp（加Openstudio插件）。（2）將建好的建筑模型導入EnergyPlus中，在EnergyPlus中設置參數進行模擬計算。（3）輸出計算結果。5.2.2CFD模型CFD模型就是我們常說的計算流體力學在建筑通風上的應用，CFD模型采用數值的方法求解動量、能量和質量的偏微分方程。CFD模型的求解得到的是空間中空氣溫度、壓力、流速、水蒸氣分壓力、污染物的濃度和室內外的紊流系數。使用CFD模型模擬通風過程對使用者的能力提出了更高的要求，對計算機的性能要求也更高。CFD模型被廣泛地應用于研究室內空氣品質、熱舒適性、防火和空調系統中。相比于其他模型，CFD模型是最常用的分析方法，也存在很多CFD分析風環境的軟件。建筑能耗分析軟件中很少采用CFD模型進行通風模擬分析。CFD計算一般步驟：(1）了解項目需求，確定模擬目的。(2）確定計算域。(3）確定建模域。(4）建立物理模型。(5）確定湍流模型。(6）劃分網格。(7）輸入合理的邊界條件和其他物性參數。如采用非穩態模擬，還應輸入合理的初始條件。(8）設定其他必要的計算控制參數。(9）對結果進行展示和分析。1、建模及簡化通用原則。（1）物理模型的幾何模型尺寸應按照實際建筑尺寸1:1構建，應包含重點組件；（2）物理模型宜按需簡化，按需簡化的原則應依據3.1~3.3分章節的規定，同時以對象物理量不受顯著影響為前提；（3）可根據模型和邊界條件的對稱性設置對稱面。2、計算域的確定：（1）基于CFD軟件采用室內外聯合模擬的方法時，水平方向的長和寬應大于5H、垂直方向的計算區域應大于2H。（2）基于CFD軟件采用室外、室內分步模擬法時，室外模擬的設定和流程需依據風環境模擬相關規定。3、建模域的確定：目標建筑（群）東南西北各1H應予以建模。4、物理模型構建參照如下原則：（1）建筑門窗等其他通風口均應根據常見的開閉情況進行建模。（2）自然通風的開口面積應按照實際的可開啟面積進行設置。（3）目標建筑的室內空間的建模范圍應構建所有室內隔斷，宜包含大型櫥柜類家具，可不包含桌、椅等不顯著阻隔通風的家具。5、網格優化：（1）采用室內外聯合模擬的方法時宜采用多尺度網格，室內的網格應能反映所有顯著阻隔通風的室內設施，網格過渡比不宜大于2。（2）采用室內、室外分步模擬的方法時，室內的網格應能反映所有顯著阻隔通風的室內設施，通風口上宜有9個（3x3）以上的網格。6、湍流模型的選取。根據計算對象的特征和計算目的，選取合適的湍流模型。常用的湍流模型有：k-ε模型、RNGk-ε模型、LES模型等7、室外邊界條件：統一設定基礎邊界條件。溫熱環境模擬的基礎邊界條件為室外風速、風向，室外氣溫。應當根據項目地的實測值以及模擬目的確定基礎邊界條件。8、室內邊界條件：對于空間高度≤5m或空間體量≤10000m3的空間，自然通風模擬時，可不考慮室內熱邊界條件；以分析室內熱環境作為模擬目標的，或中庭空間大于上述標準時，應合理設定熱邊界條件。

附錄一：風壓系數1、風壓