建筑物平面布臵与剖面处理的基本原则
四、节能建筑
节能建筑- BRE Energy Efficient Office
四、节能建筑
节能建筑- BRE Energy Efficient Office
无风夏季：热压通风
吊顶内的风洞
四、节能建筑
节能建筑- BRE Energy Efficient Office
自然对流换热：因温差引起的对流换热。（暖气）
强制对流换热：受外力推动引起的对流换热。（手 摇扇、吊扇、空调、开窗自然通风。。。）
空气对流情况
壁面位置 垂直壁面
表面状况
热流方向 a式 ↑ ↓ b式 c式 d式 e式
αc ＝ 2.0(θ－t)1/4 2.5(θ－t)1/4 1.3(θ－t)1/4 2.5(或a～c式)+4.2v (2.5～6.0) (或a～c式)+4.2v
层内气流组织方式
通风隔热屋顶设计原则
a.屋面外表面应刷白或浅色；
b.通风空气间层的高度在 200－240mm 之间为宜； c.应在通风屋面的进出口间造成一个压差，以增加间层内的空气 流动速度； d.太长的通风间层要避免； e.通风间层内空气流动方向应与该建筑物所在地的夏季主导风向 一致，以获得较大的通风量； f.当通风屋面带有保温材料时，应该将保温材料布臵在下层屋面； g.通风屋面这重结构不适用于冬季时间长，夏季时间短的地区。
背风涡流区风力弱、风向不稳定，处于涡流区的 建筑物很难形成有效自然通风。
Wind – identify breezeways, cold exposure, stagnation
winter
summer
冬季北风C06小区规划方案室外风环境 （1.5m高处）
建筑群布局－涡流
背风涡流区长度与建筑物的长宽高有关。
建筑物理
（热工学）
华南理工大学建筑学院 张宇峰（讲师）
第一篇
建筑热工学


第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
传热基本知识 室内热环境 建筑气候 建筑保温设计 建筑防热设计
第一章 传热基本知识

§1－1 传热方式 §1－2 平壁稳定传热 §1－3 平壁周期性传热
传热的基本概念
VR-VIEWER中的温度等值面图
VR-VIEWER中的温度等高图 VR-VIEWER中的流线图
二、CFD软件介绍
PHOENICS的特点
1、与CAD接口 复杂的图形可以通过CAD 轻松完成
300MW压水堆核电站 反 应堆下腔室流场数值模拟
珠江俊园夏季风场
高 偏高
舒适
偏低 低
箭头代表 风向 颜色代表 风速大小
开口面积为地板面积的15％～25％
与通风有关的构造措施
开口面积的影响
利用环境组织通风
绿化具有一定的降温作用
利用环境组织通风
海 陆 风
山 谷 风
建筑物平面布臵与剖面处理的基本原则
1. 主要的使用房间布臵在夏季迎风面，辅助用房可布臵在 背风面。 2. 当房间的进风口不能正对夏季主导风向时，可采用台阶 式的平面组合或设臵挡风板加强自然通风。 3. 利用楼梯间、小厅和天井等增加建筑物内部的开口面积， 充分利用开口面积组织自然通风。 4. 开口位臵的布臵应尽量使得室内气流分布均匀，并力求 风吹过房间主要使用部位。 5. 门窗有关构造有利于导风、排风和调节风向、风速。
自然通风的原理－风压通风
风压取决于室外风速：
PK
2 e
2g
自然通风的原理－风压通风
工厂的热加工车间有稳定热源，热压
通风较为稳定和普遍；
沿海地带的建筑物风压较大，风压通
P H ( e i )
风较为普遍；
一般民用建筑中，室内外温差不大，
PK
2 e
2g
进排气口高度相近，难以形成有效的热 压通风，主要依靠风压组织自然通风。
和湿度；
排除烟尘和气味，提高空气品质；
增加人体蒸发和对流散热量，维持热舒适。
自然通风方式1－热压通风
高温、 轻空气
低温、 重空气
温差驱动，室内空气自下而上流动； 取决于密度差和进出口高差；
P 9.81H ( e i )
山 谷 风
海 陆 风
自然通风的原理－风压通风
建筑物的迎风面空气受阻，风速减小，动能变成静压， 形成正压区； 建筑物的背风面、屋顶和两侧因气流曲绕（涡流）， 形成负压区；
多孔材料的含湿量越大，导 热性能越强。？ 干砖砌体： 0.5W/(m · K) 湿砖砌体：1.04W/(m ·K) 建材的生产、运输、堆放、 保管和施工
加气混凝土
对流
对流：指流体各部分之间发生相对运动, 互相掺混而传递热量。 单纯的对流只发生在流体中
对流换热：流体与壁面接触时同时发生对 流和导热的热量传递过程。
1933年首次出现－－英国 1974 年首次应用于建筑环境领域－丹麦，P.V. Nilsen 流体动力学，数值计算，计算机图形学技术的综合
CFD的主要分支（流体特性）
不可压湍流流动数值模拟 可压缩高速流动数值模拟 多相流体流动的数值模拟
CFD的主要分支（物理模型）
•湍流模式理论，大涡模拟，直接模拟
建筑群布局－平面布局
实例一
实例一介 绍利用数 值模拟方 法对北京 某住宅小 区的规划 方案设计 进行优化 的过程
(a)
(b)
(c )
北京某住宅小区规划方案：（a）最初方案（方案I）；（b）第一次改进后的方案（ 方案II）；（c）最终方案（方案III）
实例一结果简介
以下都为地 面以上1.5米 高度处建筑 群外气流分 布情况
物体直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒 子的热运动而产生的热量传递。
导热可在固体、液体和气体中发生 单纯的导热只发生在密实固体中
导热的简单计算
如果平壁两个表面的温度不随时 间变化，并且T1 > T2，那么： T1 单位时间通过面积为F的平 壁的导热量为：
T2
Q
Q

d
(T1 T2 ) F
单位时间单位面积的平壁的 导热量为（热流密度）：
d
q
Q F


d
(T1 T2 )
λ——材料的导热系数，单位为W/（m· K） 。
建筑材料导热能力大小的一个重要指标。 影响导热系数的因素： 材质 干密度
含湿量
物质 空气（常温常压下） 聚苯乙烯泡沫塑料板 胶合板 水（常温下） 灰砂砖砌体 钢筋混凝土 门窗铝合金
人体热平衡
q qm qw qr qc
△q —人体蓄热量
qm——人体产热量
qw——人体蒸发散热量
qr——人体辐射散热量
qc——人体对流散热量
人体对流散热量 qc
人体与周围环境空气的对流换热量。
qc c ( t )
与皮肤（衣服）表面温度Ts 、环境空气温 度Ta和对流换热系数αc 有关。 对流换热系数－空气流速v Ta > Ts： qc <0, Ta < Ts： qc >0, v↑－ ∣qc ∣ ↑ v↑－ ∣qc ∣ ↑
导热散热量～附加热阻→对流散热量
人体蒸发散热量 qw
途径： 皮肤出汗的汗液蒸发 呼吸过程中吸入空气湿度的变化 皮肤或呼吸道表面水分蒸发吸热 空气流速↑－ qw ↑ 空气湿度↑－ qw ↓ 流速小，湿度大－闷热
原理：
影响因素：
自然通风的作用
呼吸新鲜空气；
排除房间内余热、湿气，降低室内空气温度
导热系数W/(m · K) 0.029 0.042 0.17 0.58 1.1 1.74 162
绝热材料：导热系数在0.3W/(m ·K)以下的材料。 按用途不同称作保温材料或隔热材料，比如矿棉、 岩棉、泡沫塑料等。
静止的空气具有很好的保温能力。
水和金属的导热系数较大。
玻 璃 棉
材料的干密度越小，内部孔隙越多，导热性能越 差。？ 但对于一些小密度材料，比如纤维状和发泡材料， 密度过低，孔隙过大，材料传热性能越强。
有风：风压贯流通风
自动控制窗
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》
1. 当室外热环境参数优于室内热环境时，居住 建筑通风宜采用自然通风使室内满足热舒适 及空气质量要求。 2. 居住建筑外窗的可开启面积不应小于外窗所 在房间地面面积的8％或外窗面积的45％。
一、CFD基本介绍
CFD (Computational Fluid Dynamics)的发展
From Indoor Climate by McINTYRE, 1980.
强制对流换热中包含自然对流换热，强制对流换热 能力更强。
对流换热系数W/(m2 K)
8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 温差℃
自然对流 强制对流（0.5m/s）
15
20
25
通风隔热屋顶
通风隔热屋顶效果
一、CFD基本介绍
为何采用CFD模拟
CFD模拟： 周期短，成本低， 资料完备 技术性强，不确定
模型实验： 可靠，直观 周期长，价格昂贵
二、CFD软件介绍
商用CFD软件 FLUENT PHOENICS
CFX STAR-CD
二、CFD软件介绍
PHOENICS的界面
VR EDITOR中建立模型
自然对流
水平壁面 内表面 外表面 中等粗造度 中等粗造度
强制对流
注意公式选择的条件。
Air speed (m/s)Description <0.1 0.2 0.25-0.5 0.5-1.0 1.0-2.0
Remarks Rarely encountered in occupied Still air room Speed of natural convective flow Threshold of detectability over the head Movement noticeable. Curtains Gentle movement move slightly Fresh Hair blows Light papers blow from desk. Light breeze Normal walking speed