DBJ52T-建筑自然通風(fēng)設(shè)計計算導(dǎo)則

/FORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXX建筑自然通風(fēng)設(shè)計計算導(dǎo)則Guidelinefordesigningnaturalventilation（征求意見稿）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXT-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施FORMTEXTXXXX發(fā)布前言為推動貴州省自然通風(fēng)技術(shù)在建筑中的應(yīng)用，根據(jù)貴州省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳黔建科通〔2015〕151號文件的要求，編制組經(jīng)廣泛調(diào)查研究，認(rèn)真總結(jié)實踐經(jīng)驗，參考國內(nèi)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，并在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上，制定本規(guī)范。本導(dǎo)則主要技術(shù)內(nèi)容是：1.范圍；2.規(guī)范性引用文件；3.術(shù)語和定義；4.計算方法；5.自然通風(fēng)量模擬計算。本導(dǎo)則由貴州省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳負(fù)責(zé)管理，由東南大學(xué)、貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司負(fù)責(zé)具體技術(shù)內(nèi)容的解釋。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：東南大學(xué)貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：

目錄1、范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 13.1術(shù)語 13.2符號 14計算方法 24.1一般規(guī)定 34.2自然通風(fēng)設(shè)計基本原理 44.2.1自然通風(fēng)熱舒適性 44.2.2貴州省氣候特征 44.2.3建筑周圍微環(huán)境預(yù)測與優(yōu)化 64.3自然通風(fēng)的作用原理 64.3.1風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng) 74.3.2熱壓作用下的自然通風(fēng)通風(fēng) 74.3.3風(fēng)壓和熱壓聯(lián)合通風(fēng) 104.4自然通風(fēng)計算 104.5自然通風(fēng)策略 124.5.1單側(cè)通風(fēng) 124.5.2穿堂風(fēng) 144.5.3利用熱壓加強通風(fēng) 144.5.4太陽能誘導(dǎo)通風(fēng) 164.5.5避風(fēng)天窗及風(fēng)帽 184.5.6避風(fēng)天窗 185自然通風(fēng)量模擬計算 195.1自然通風(fēng)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(fēng)壓系數(shù) 22附錄二：有效熱量法 24附錄三：窗戶開口流量系數(shù) 25自然通風(fēng)建筑設(shè)計計算導(dǎo)則1、范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于計算建筑自然通風(fēng)的術(shù)語和定義、編制原則、計算方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于建筑自然通風(fēng)的設(shè)計計算方法的制定。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)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(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019-2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》JGJ/T309-2013《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》《建筑環(huán)境模擬導(dǎo)則》3術(shù)語和符號下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1術(shù)語3.0.1自然通風(fēng)naturalventilation依靠室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓和室內(nèi)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(nèi)外空氣交換的通風(fēng)方式。3.0.2穿堂風(fēng)（貫流式通風(fēng)）crossventilation通常是指建筑物迎風(fēng)一側(cè)和背風(fēng)一側(cè)均有開口，且開口之間有順暢的空氣通路，從而使自然風(fēng)能夠直接穿過整個建筑。這是一種主要依靠風(fēng)壓進(jìn)行的通風(fēng)。3.0.3單面通風(fēng)singlesideventilation當(dāng)自然風(fēng)的入口和出口在建筑物的同一個外表面上，這種通風(fēng)方式被稱為單面通風(fēng)。3.0.4風(fēng)井或者中庭通風(fēng)chimneyoratriumventilation主要利用熱壓進(jìn)行自然通風(fēng)的一種方法，通過風(fēng)井或者中庭中熱空氣上升的煙囪效應(yīng)作為驅(qū)動力，把室內(nèi)熱空氣通過風(fēng)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(fēng)stackventilation利用室內(nèi)外熱壓引起的壓差來進(jìn)行室內(nèi)外空氣交換。3.0.7風(fēng)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(cè)面和背面產(chǎn)生局部渦流靜壓下降和遠(yuǎn)處受干擾的氣流相比，這種靜壓的升高和降低統(tǒng)稱為風(fēng)壓。3.0.8風(fēng)壓通風(fēng)windventilation利用室內(nèi)外風(fēng)壓引起的壓差來進(jìn)行室內(nèi)外空氣交換。3.2符號建筑開口兩側(cè)壓差，重力加速度，取9.8高度z處建筑開口兩側(cè)壓差，空氣的比熱容，風(fēng)壓作用下建筑開口兩側(cè)壓差，自由來流的速度，熱壓作用下建筑開口的兩側(cè)壓差，參考點高度的時均風(fēng)速值，該參考點通常取平坦地面以上10基準(zhǔn)高度處的壓力，入口處的修正風(fēng)速，開口的局部阻力系數(shù)煙囪里面的平均速度，風(fēng)壓系數(shù)通過窗戶開口的有效速度，；開口1和開口2處的風(fēng)壓系數(shù)垂直高度，熱壓系數(shù)基準(zhǔn)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(qū)域室內(nèi)空氣溫度，煙囪在與屋頂?shù)淖罡呓稽c以上的最小高度，；建筑內(nèi)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(qū)空氣溫度，根據(jù)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(qū)域的開口高度，基準(zhǔn)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(qū)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(fēng)道橫截面積，參考室外溫度下的空氣密度，入口、風(fēng)閥（假設(shè)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(zhì)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(shù)由窗戶開度決定的無量綱系數(shù)煙囪壁的摩擦因數(shù)浮升力常數(shù)開口流量系數(shù)，一般小于1風(fēng)湍流系數(shù)

4計算方法4.1一般規(guī)定1、通風(fēng)時應(yīng)優(yōu)先考慮采用自然通風(fēng)消除建筑物余熱、余濕和進(jìn)行室內(nèi)污染物濃度控制。對于室外空氣污染和噪聲污染嚴(yán)重的地區(qū)，不宜采用自然通風(fēng)。當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足要求時，應(yīng)采用機械通風(fēng)，或自然通風(fēng)和機械通風(fēng)結(jié)合的復(fù)合通風(fēng)。2、利用自然通風(fēng)的建筑在設(shè)計時應(yīng)滿足：（1）利用穿堂風(fēng)進(jìn)行自然通風(fēng)的建筑，其迎風(fēng)面與夏季主導(dǎo)風(fēng)向宜成60°~90°，且不應(yīng)小于45°，同時應(yīng)考慮可利用的春秋季風(fēng)向以充分利用自然通風(fēng)；（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(fēng)區(qū)域與外墻開口或屋頂天窗的距離宜較近。通暢的通風(fēng)開口面積不應(yīng)小于房間地板面積的5%，其中：生活、工作的房間的通風(fēng)開口有效面積不應(yīng)小于該房間地板面積的5%；廚房的通風(fēng)開口有效面積不應(yīng)小于該房間地板面積的10%，并不得小于0.60m2。建筑內(nèi)區(qū)房間若通過鄰接房間進(jìn)行自然通風(fēng)，其通風(fēng)開口面積與房間地板面積的比例應(yīng)在上述基礎(chǔ)上提高。各地具體情況應(yīng)按當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。4、采用自然通風(fēng)的建筑，應(yīng)先對建筑進(jìn)行自然通風(fēng)潛力分析，并依據(jù)氣候條件設(shè)計自然通風(fēng)策略。5、宜結(jié)合建筑設(shè)計，合理利用各種被動通風(fēng)技術(shù)強化自然通風(fēng)，如捕風(fēng)裝置、屋頂無動力風(fēng)帽裝置、太陽能誘導(dǎo)通風(fēng)等方式。6、自然通風(fēng)的空氣從上游流向下游時會導(dǎo)致下游的區(qū)域的空氣質(zhì)量和舒適性下降。所以上游的空氣應(yīng)盡量排到室外或者洗手間。7、自然通風(fēng)的空氣應(yīng)該避免流入空氣不流通區(qū)域，因為空氣不流通會導(dǎo)致空氣質(zhì)量和舒適性變差。8、夏季自然通風(fēng)應(yīng)采用阻力系數(shù)小、易于操作和維修的進(jìn)排風(fēng)口或窗扇。9、夏季自然通風(fēng)用的進(jìn)風(fēng)口，其下緣距室內(nèi)地面的高度不應(yīng)大于1.2m；冬季自然通風(fēng)用的進(jìn)風(fēng)口，當(dāng)其下緣距室內(nèi)地面的高度小于4m時，應(yīng)采取防止冷風(fēng)吹向人員活動區(qū)的措施。4.2自然通風(fēng)設(shè)計基本原理4.2.1自然通風(fēng)熱舒適性ASHAREStandard55-2010根據(jù)對21000個主要辦公大樓的數(shù)據(jù)庫測量得來的一個熱舒適度適應(yīng)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(dāng)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(jìn)行求解。圖4.1自然通風(fēng)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(fēng)，相反，夏季多偏南或東南風(fēng)（見表4.1）。這種具有規(guī)律性的季風(fēng)特點對于建筑中采用自然通風(fēng)時非常有利的。表4.1設(shè)計用室外氣象參數(shù)市海拔高度（）室外平均風(fēng)速（）冬季主導(dǎo)風(fēng)向夏季主導(dǎo)風(fēng)向室外計算干球溫度（）冬季夏季冬季通風(fēng)夏季通風(fēng)威寧2北風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)南風(fēng)轉(zhuǎn)東南風(fēng)-1.220.8桐梓972.01.72.1東風(fēng)南風(fēng)轉(zhuǎn)東南風(fēng)0.828.1畢節(jié)15東北風(fēng)東南風(fēng)-0.625.7遵義843.91.01.3東風(fēng)南風(fēng)1.028.9貴陽1東北風(fēng)南風(fēng)0.727.0三穗6北風(fēng)南風(fēng)轉(zhuǎn)東南風(fēng)0.229興義13東北風(fēng)南風(fēng)1.925.4注：數(shù)據(jù)來源：《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》室外氣象條件是影響自然通風(fēng)的主要因素，也是建筑物自然通風(fēng)潛力評價的必要輸入條件，選取由清華大學(xué)和中國氣象信息中心氣象資料室合作開發(fā)的逐時氣象資料（CSWD），其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于全國270個地面氣象臺站1971-2003年的氣象觀測數(shù)據(jù)。根據(jù)貴州省各市典型氣象年（CSWD）數(shù)據(jù)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(jié)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(dāng)室外溫度過低時，自然通風(fēng)很難保證熱舒適性。根據(jù)實際工程情況，需要加設(shè)供暖設(shè)備，或自行調(diào)節(jié)窗戶等開口以滿足熱舒適。本導(dǎo)則設(shè)定的自然通風(fēng)的最低室外溫度為12℃。根據(jù)上表以及圖6.1中自然通風(fēng)建筑的舒適性標(biāo)準(zhǔn)，在90%滿意率的情況下得到各地區(qū)不同月份的室內(nèi)舒適溫度范圍如下表所示，在絕大多數(shù)時間內(nèi)，自然通風(fēng)可以滿足熱舒適性表4.3各城市自然通風(fēng)室內(nèi)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(jié)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(huán)境預(yù)測與優(yōu)化貴州地區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向為偏南或東南風(fēng)，建筑采用坐北朝南更有利于風(fēng)壓通風(fēng)。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(fēng)。建筑周圍的樹木等植被的布置對氣流會產(chǎn)生一定的遮擋、導(dǎo)流與緩和作用；其次，植被本身對空氣質(zhì)量與熱舒適性有較強的改善作用。進(jìn)風(fēng)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(fēng)環(huán)境如壓力場、溫度場和速度場等，為自然通風(fēng)的風(fēng)壓和熱壓具體應(yīng)用方案提供依據(jù)（參見6.2節(jié)）。4.3自然通風(fēng)的作用原理建筑開口的內(nèi)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(guān)系為：（3）或（4）為開口的流量系數(shù)，在邊緣比較明顯的洞口流動中，流量系數(shù)的取值是0.61，基本與雷諾數(shù)的取值無關(guān)。4.3.1風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)建筑物周圍的風(fēng)壓分布與建筑物的幾何形狀和室外風(fēng)向有關(guān)。風(fēng)向一定時，建筑物外圍護結(jié)構(gòu)上某一點的風(fēng)壓值為：（Pa）（5）風(fēng)壓系數(shù)可通過CFD或者風(fēng)洞實驗計算，見附錄一。4.3.2熱壓作用下的自然通風(fēng)通風(fēng)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(fēng)計算公式：多區(qū)建筑，相鄰兩垂直區(qū)域之間無滲透圖4.2展示了具有該特征的建筑，每個區(qū)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(zhǔn)來計算區(qū)域內(nèi)兩開口的高度。圖4.2垂直區(qū)域之間不連通的多區(qū)域建筑物內(nèi)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(qū)域建筑，相鄰兩垂直區(qū)域之間相互連通圖4.3具有相互連通的垂直區(qū)域的建筑物內(nèi)熱壓分布圖4.3所示，空氣從下層區(qū)域（區(qū)域1）流入，通過兩個區(qū)域之間的開口，最后從上層區(qū)域（區(qū)域2）的開口流出。區(qū)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(qū)建筑，相鄰兩水平區(qū)域之間相互連通圖4.4所示，建筑物內(nèi)部相鄰兩水平區(qū)域之間具有不同的溫度，而且區(qū)域之間有開口相通。圖5.4具有相互連通的水平區(qū)域的建筑物內(nèi)熱壓分布假定包括樓梯間這樣的較高的區(qū)域在內(nèi)的每個區(qū)域都具有均勻的“平均”溫度，則區(qū)域1與4之間的熱壓差定義如下：（Pa）（9）溫度分層的單區(qū)域建筑圖4.5所示，在具有高屋頂?shù)拇笮烷_放式空間內(nèi)（如大工廠或倉庫）熱壓表示成垂直空氣密度圖4.5具有內(nèi)部溫度梯度的單區(qū)域建筑內(nèi)熱壓分布梯度的形式，如下式：（Pa）（10）由于密度是熱力學(xué)溫度的函數(shù)，則壓力為：（Pa）（11）當(dāng)溫度分布函數(shù)QUOTET（z）已知，通過上式可求得熱壓?？梢杂糜谇蠼獯蠖鄶?shù)實際情況的線性溫度分布函數(shù)：（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(jié)構(gòu)內(nèi)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(fēng)壓和熱壓聯(lián)合通風(fēng)當(dāng)風(fēng)壓和熱壓同時作用于建筑時，它們將聯(lián)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(fù)一致，它們將增加空氣流量，但是如果正負(fù)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(fēng)量的最簡單也是最令人滿意的方法：(16)4.4自然通風(fēng)計算自然通風(fēng)的計算分為兩類，第一類為設(shè)計計算；第二類為校核計算。設(shè)計計算時根據(jù)已確定工藝條件（建筑余熱等）和工作區(qū)的衛(wèi)生條件（溫度、有害物濃度等）求出必要的通風(fēng)量，根據(jù)通風(fēng)量，確定進(jìn)排風(fēng)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(jīng)確定的條件下，計算所能達(dá)到的通風(fēng)換氣量。校核其能否滿足保持工作區(qū)必需的衛(wèi)生條件。需要注意的是影響建筑內(nèi)部氣流和溫度分布的因素是很復(fù)雜的。對于這些因素的詳細(xì)研究必須針對具體對象進(jìn)行模擬試驗，或者在類似建筑中進(jìn)行實地觀測。一般自然通風(fēng)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(fēng)的因素不隨時間變化。（2）真?zhèn)€建筑內(nèi)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(nèi)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(jìn)氣通風(fēng)射流在達(dá)到排氣開口前已經(jīng)撤銷。（5）利用風(fēng)力作用的空氣動力系數(shù)，不考慮開窗孔面積大小對它的影響。自然通風(fēng)設(shè)計計算一般步驟（1）確定通風(fēng)量及排氣溫度。排除余熱所需的通風(fēng)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(jù)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(shù)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(nèi)熱源比較分散的房間，如冷加工車間和一般民用建筑，室內(nèi)空氣溫度高度大致是一直線關(guān)系，可以采用此方法。對于有強大熱源的建筑其排風(fēng)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(jìn)、排風(fēng)量。（3）確定各窗孔內(nèi)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(fēng)壓驅(qū)動自然通風(fēng)、熱壓驅(qū)動自然通風(fēng)已經(jīng)風(fēng)壓聯(lián)合熱壓驅(qū)動自然通風(fēng)的一般計算步驟。（1）風(fēng)壓通風(fēng)不考慮熱壓作用，僅僅風(fēng)壓驅(qū)動自然通風(fēng)。Step1:計算室內(nèi)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(fēng)不考慮風(fēng)壓作用，僅僅靠熱壓驅(qū)動自然通風(fēng)。Step1:計算室內(nèi)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(fēng)壓和熱壓聯(lián)合通風(fēng)Step1:計算室內(nèi)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(fēng)策略4.5.1單側(cè)通風(fēng)圖4.6所示，單側(cè)通風(fēng)通過使用一扇窗戶或其他通風(fēng)裝置（如安裝在墻上的微流通風(fēng)器）來使室外空氣進(jìn)入建筑物，同時室內(nèi)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(fēng)開口，主要驅(qū)動力是風(fēng)壓，特別是小開口的情況。當(dāng)有多個開口設(shè)置在同一立面的不同高度時，除風(fēng)壓作用外，熱壓作用也可增加通風(fēng)量。單側(cè)通風(fēng)除啟停通風(fēng)器外，空氣的流動通常是不可控的，而且流動只在離通風(fēng)口2.5H的距離范圍內(nèi)有效（H為頂棚高度）。此外，有些單側(cè)開口如窗戶，僅適用于適宜的氣候條件下。除進(jìn)入的空氣被加熱情況外，這種開口對于冬季通風(fēng)是不太合適的。通過開口的浮升力驅(qū)動流動方程為：（36）因為，因此,從而：（37）圖4.6單側(cè)自然通風(fēng)（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(fēng)（）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(zhì)量的空氣進(jìn)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(cè)開口的風(fēng)量進(jìn)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(jìn)入，通過另一部分離開。據(jù)針對多種不同的窗戶研究了熱壓和風(fēng)壓對流動的影響。從現(xiàn)場測得的換氣量數(shù)據(jù)中，得到了通過開著的窗戶的有效風(fēng)速表達(dá)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(fēng)速和溫差的測量中，得出：4.5.2穿堂風(fēng)圖4.8所示，空氣從房間的一側(cè)的一個或者多個開口流入房間或建筑物，而從另一側(cè)的一個或多個開口流出房間或建筑物時，就會發(fā)生雙側(cè)通風(fēng)或者穿堂風(fēng)，。用于穿堂風(fēng)的開口可以是小開口，如微流通風(fēng)器和格柵，或者是大開口，如窗戶和門。這種方式適用于進(jìn)深大的房間。建筑應(yīng)在迎風(fēng)面和背風(fēng)面設(shè)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(fēng)壓差。內(nèi)部的分隔物或者其他的障礙會影響或干擾房間內(nèi)的空氣流動形式以及空氣的滲透深度。穿堂風(fēng)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(shù)Cd依賴于開口的類型。穿堂風(fēng)對于進(jìn)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(fēng)有效更實用于得熱量大的地方。由于風(fēng)流過建筑物的時候流向發(fā)生改變，所以計算所得的QUOTEV可能會比實際值大。在穿堂風(fēng)情況下通過兩個相對的窗戶開口的關(guān)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(fēng)當(dāng)建筑需要的通風(fēng)量大于使用單側(cè)通風(fēng)或穿堂風(fēng)能夠滿足要求的風(fēng)量時，可以使用煙囪進(jìn)行通風(fēng)。這時，通風(fēng)的主要驅(qū)動力是浮升力，因此煙囪的高度很重要的。熱壓由內(nèi)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(fēng)計算公式已知條件圖例公式（a）僅風(fēng)壓（b）僅溫差（c）風(fēng)壓與溫差聯(lián)合作用當(dāng)QUOTEV?T<0.26AbA當(dāng)QUOTEV?T>0.26AbA（1）煙囪通風(fēng)圖4.9所示，對于簡單的煙囪，驅(qū)動力是風(fēng)壓和熱壓。有效地利用風(fēng)壓，確定建筑物上處于高位的煙囪出口的準(zhǔn)備位置。圖4.9煙囪屋頂煙囪高度最小值（AIVCTN44中的經(jīng)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(shè)計合理時，一套含有可控的空氣入口的通風(fēng)煙囪的系統(tǒng)可以在建筑物特定區(qū)域內(nèi)（如高濕或污染集中區(qū)）提供較大的通風(fēng)量。(2)高大空間通風(fēng)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(jìn)行自然通風(fēng)。在計算屋頂通風(fēng)口尺寸時，結(jié)合了浮升力（屋頂高度處計算得到）和風(fēng)壓的作用來產(chǎn)生想要的中庭換氣量。換氣量的值取決于太陽得熱、內(nèi)部得熱、外部溫度以及當(dāng)?shù)仫L(fēng)速。然而，當(dāng)對換氣量進(jìn)行保守估算時，只需用浮力來確定屋頂風(fēng)口尺寸。圖4.10中庭4.5.4太陽能誘導(dǎo)通風(fēng)依靠太陽輻射給建筑結(jié)構(gòu)的一部分加熱，從而產(chǎn)生大的溫差，因此與傳統(tǒng)的有內(nèi)外溫差引起流動的浮升力驅(qū)動策略相比，能獲得更大的風(fēng)量。基于這種目的的設(shè)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(gòu)件從而將太陽輻射吸入到壁面結(jié)構(gòu)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(dǎo)通風(fēng)開口的流量和熱壓為（52）（53）(1)特隆布墻通風(fēng)器一個特隆布墻集熱器由一面中等厚度的墻（熱質(zhì)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(nèi)上升。特隆布墻集熱器傳統(tǒng)上用于空間加熱，采用的方式是空氣從房間進(jìn)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(shè)置一個位于高處的外部開口，關(guān)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(qū)，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(jié)構(gòu)中的熱可被用于通風(fēng)，如圖4.12。被加熱的煙囪外表面通過將建筑物內(nèi)部的空氣引出，并將其從頂部排走的方式實現(xiàn)自然通風(fēng)的流動。室外的空氣進(jìn)入建筑物以更換內(nèi)部熱的，滯留的空氣。設(shè)計太陽能煙囪時應(yīng)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(dāng)間隙超過a）用于冬季加熱的集熱器b)用于夏季通風(fēng)的集熱器圖圖4.11特隆布墻通風(fēng)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(shè)備中，最優(yōu)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(fēng)器示意圖(3)太陽能屋頂通風(fēng)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(shè)備可實現(xiàn)的通風(fēng)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(fēng)器。屋頂集熱器的優(yōu)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(dá)到更高的空氣出口溫度。因此，根據(jù)設(shè)計形式以及室外氣候，屋頂通風(fēng)器可以獲得接近太陽能煙囪的通風(fēng)量甚至更高。使用以前介紹的方法可以對其進(jìn)行風(fēng)量計算。這里的高度H是屋頂通風(fēng)器入口和出口的垂直距離而不是屋頂通風(fēng)器的長度。4.5.5避風(fēng)天窗及風(fēng)帽為保證自然通風(fēng)的效果，除了準(zhǔn)確的設(shè)計計算，還應(yīng)合理選用自然通風(fēng)裝置，注意建筑和工藝設(shè)計與自然通風(fēng)的配合。圖4.14帶擋風(fēng)板的矩形避風(fēng)天窗4.5.6避風(fēng)天窗在有天窗的自然通風(fēng)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(fēng)性能，即不管室外風(fēng)速、風(fēng)向發(fā)生任何變化，都不能使風(fēng)從天窗倒灌進(jìn)來。普通的天窗往往在迎風(fēng)面發(fā)生倒灌現(xiàn)象。出現(xiàn)倒灌現(xiàn)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(nèi)衛(wèi)生要求。要排除這種干擾，就得經(jīng)常隨風(fēng)向改變?nèi)フ{(diào)整天窗。因此，為了使天窗不發(fā)生倒灌，排風(fēng)性能穩(wěn)定，常在天窗上增設(shè)擋風(fēng)板，如圖4.14所示?；虿扇∑渌Y(jié)構(gòu)形式，使天窗排氣口無論風(fēng)向如何變化，都處于負(fù)壓區(qū)。這種天窗通常稱為避風(fēng)天窗。擋風(fēng)板與天窗窗扇間距采用天窗高度的1.0QUOTE~QUOTE~～1.5倍。擋風(fēng)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(fēng)沿廠房縱軸方向吹來時產(chǎn)生倒灌，擋風(fēng)板兩端應(yīng)當(dāng)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(fēng)天窗示意圖

5自然通風(fēng)量模擬計算方法5.1自然通風(fēng)模型模擬通風(fēng)過程的計算模型主要有經(jīng)驗公式模型（empiricalequationsmodel）、多區(qū)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(jù)現(xiàn)實的物理現(xiàn)象進(jìn)行了不同程度的簡化，其中多區(qū)域模型和CFD模型是最常用的通風(fēng)模型。(1)經(jīng)驗公式模型預(yù)測自然通風(fēng)或滲透風(fēng)時采用經(jīng)驗公式是一種簡單有效的方法，如ASHRAE中計算建筑滲透通風(fēng)量的公式為：（53）(2)多區(qū)模型多區(qū)域模型源自單一區(qū)域模型，單一區(qū)域模型將整棟建筑假定為單一的控制體（singlecontrolvolume）。單區(qū)域模型中認(rèn)為建筑內(nèi)部是的單一、充分混合的區(qū)域，壓力、溫度分布是統(tǒng)一的，即只有一個節(jié)點。這個內(nèi)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(jié)點相連。與多區(qū)域模型相比，單區(qū)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(qū)模型（multi-zonemodel）假設(shè)每個房間的特征參數(shù)分布均勻，則可將建筑的一個房間看作一個節(jié)點，通過窗戶、門、縫隙等與其他房間連接。其優(yōu)點是簡單，可以預(yù)測通過整個建筑的風(fēng)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(cè)的壓差，根據(jù)壓差與流量的關(guān)系就可求出流量。它只適用于預(yù)測每個房間參數(shù)分布較均勻的多區(qū)建筑的通風(fēng)量，不適合預(yù)測建筑內(nèi)的氣流分布。常用有適用于多區(qū)的大開口建筑的MIX（Multi-cellInfiltrationandeXfiltration）模型和適用于大開口建筑的多區(qū)域滲風(fēng)專家聯(lián)合（ConjunctionofMultizoneInfiltrationSpecialists，COMIS）模型。5.2常用的氣流組織計算軟件目前可應(yīng)用于分析自然通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)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(dǎo)入EnergyPlus中，在EnergyPlus中設(shè)置參數(shù)進(jìn)行模擬計算。（3）輸出計算結(jié)果。5.2.2CFD模型CFD模型就是我們常說的計算流體力學(xué)在建筑通風(fēng)上的應(yīng)用，CFD模型采用數(shù)值的方法求解動量、能量和質(zhì)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(nèi)外的紊流系數(shù)。使用CFD模型模擬通風(fēng)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(yīng)用于研究室內(nèi)空氣品質(zhì)、熱舒適性、防火和空調(diào)系統(tǒng)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(fēng)環(huán)境的軟件。建筑能耗分析軟件中很少采用CFD模型進(jìn)行通風(fēng)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(wǎng)格。(7）輸入合理的邊界條件和其他物性參數(shù)。如采用非穩(wěn)態(tài)模擬，還應(yīng)輸入合理的初始條件。(8）設(shè)定其他必要的計算控制參數(shù)。(9）對結(jié)果進(jìn)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(yīng)按照實際建筑尺寸1:1構(gòu)建，應(yīng)包含重點組件；（2）物理模型宜按需簡化，按需簡化的原則應(yīng)依據(jù)3.1~3.3分章節(jié)的規(guī)定，同時以對象物理量不受顯著影響為前提；（3）可根據(jù)模型和邊界條件的對稱性設(shè)置對稱面。2、計算域的確定：（1）基于CFD軟件采用室內(nèi)外聯(lián)合模擬的方法時，水平方向的長和寬應(yīng)大于5H、垂直方向的計算區(qū)域應(yīng)大于2H。（2）基于CFD軟件采用室外、室內(nèi)分步模擬法時，室外模擬的設(shè)定和流程需依據(jù)風(fēng)環(huán)境模擬相關(guān)規(guī)定。3、建模域的確定：目標(biāo)建筑（群）東南西北各1H應(yīng)予以建模。4、物理模型構(gòu)建參照如下原則：（1）建筑門窗等其他通風(fēng)口均應(yīng)根據(jù)常見的開閉情況進(jìn)行建模。（2）自然通風(fēng)的開口面積應(yīng)按照實際的可開啟面積進(jìn)行設(shè)置。（3）目標(biāo)建筑的室內(nèi)空間的建模范圍應(yīng)構(gòu)建所有室內(nèi)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(fēng)的家具。5、網(wǎng)格優(yōu)化：（1）采用室內(nèi)外聯(lián)合模擬的方法時宜采用多尺度網(wǎng)格，室內(nèi)的網(wǎng)格應(yīng)能反映所有顯著阻隔通風(fēng)的室內(nèi)設(shè)施，網(wǎng)格過渡比不宜大于2。（2）采用室內(nèi)、室外分步模擬的方法時，室內(nèi)的網(wǎng)格應(yīng)能反映所有顯著阻隔通風(fēng)的室內(nèi)設(shè)施，通風(fēng)口上宜有9個（3x3）以上的網(wǎng)格。6、湍流模型的選取。根據(jù)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(tǒng)一設(shè)定基礎(chǔ)邊界條件。溫?zé)岘h(huán)境模擬的基礎(chǔ)邊界條件為室外風(fēng)速、風(fēng)向，室外氣溫。應(yīng)當(dāng)根據(jù)項目地的實測值以及模擬目的確定基礎(chǔ)邊界條件。8、室內(nèi)邊界條件：對于空間高度≤5m或空間體量≤10000m3的空間，自然通風(fēng)模擬時，可不考慮室內(nèi)熱邊界條件；以分析室內(nèi)熱環(huán)境作為模擬目標(biāo)的，或中庭空間大于上述標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)合理設(shè)定熱邊界條件。

附錄一：風(fēng)壓系數(shù)1、風(fēng)壓