；冬季顶帽降下以封闭排气口，形成玻璃暖房，节省采暖能
耗
18
二、几种典型的自然通风形式
▪超高层建筑的自然通风
法兰克福商业银行
60层高的塔楼中庭
全球首座生态 型高层塔楼
针对60层高的 塔楼中庭的自 然通风状况进 行计算机模拟 和风洞实验， 防止内部风速 过大，产生无 法忍受的紊流
19
二、几种典型的自然通风形式
• ρp=1.2*293/(293+tp)
50
例2007
•某车间侧窗进风温度tw=31℃，车间工作区 温度tn=35℃，散热有效系数m=0.4，侧窗进 风口面积Fj=50m2，天窗排风口面积Fp=36m2 ，天窗和侧窗流量系数μp=μj=0.6，高度h为 10m，该车间自然通风量为多少？ •ρ=1.2*293/(293+t)
Warm Sl. warm Neutral
PMV Observed mean thermal sensation
Sl. cool
26
27
28
29
30
31
32
Operative temperature (oC)
6
一、基本概念
•中央空调建筑的用户对温度偏差比自然通风建筑敏感 •中央空调建筑用户对温度恒定的要求更高，当温度发生 偏差时就会不满 •自然通风建筑表现出了更广温度范围内的适应力
▪超高层建筑的自然通风
经过模拟分析，将每12 层作为一个单元分隔， 利用热压进行自然通风 ，各个单元通过透明玻 璃相分隔，以避免风压 和热压过强产生紊流
20
▪机械辅助自然通风 OSAKA 市 立 体 育 馆
21
OSAKA 市 立 体 育 馆
22
OSAKA 市 立 体 育 馆 自然通风的通道
23
室内送风速度场和温度场
60
一、CFD基本介绍
▪ CFD在暖通空调中的应用
2、室内IAQ(indoor air quality)评价
清浄
汚染
Room average : 1.7
Max. 12.73
汚染
清浄
10-7 61
一、CFD基本介绍
▪ CFD在暖通空调中的应用
3、室外微气候分析
计算区域平面图
计算区域实景
可知仅有热压作用时，窗孔内外的压差（即余压） 是随高度 h 成线性增加的
室内向室外流动为正 由于 a 窗进风，所以 Pxa < 0 由于 b 窗排风，所以 Pxb > 0 在某一高度上，有 Pxh = 0
中和面定义：余压为零的水平面
中和面以上的窗孔排风，距中和面越远，余压绝对值越大（+） 中和面以下的窗孔进风，距中和面越远，余压值绝对越大（-）
51
第三节 自然通风的CFD设计方法
52
一、CFD基本介绍
▪ 建筑通风中的CFD
▪建筑周边的空气流动及温度分布 ▪建筑表面的风压系数 ▪建筑内部空间的空气流动及温度分布
53 Wind (S-W)
54
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
12
二、几种典型的自然通风形式
▪热压自然通风
Costozza别墅由6 座别墅组成，建 立在山坡上，通 过热压拔风原理 ，利用地下洞穴 作为天热冷源， 获得很好的制冷 效果
13
二、几种典型的自然通风形式
▪热压通风
在室内热压的作用下热空气上升，洞穴中12度的风通过 的地板上的通气孔进入室内
14
二、几种典型的自然通风形式
模型实验： ▪ 可靠，直观 ▪ 周期长，价格昂贵
55
一、CFD基本介绍
▪ CFD: Computational Fluid Dynamics
实物
模型
简化
指导
模拟结果 解数理模 型方程
离散
划分网格
56
一、CFD基本介绍
▪ CFD的发展
▪ 1933年首次出现－－英国人Thom首次数值求解了二维粘性 流体偏微分方程，计算流体力学诞生（CFD： Computational Fluid Dynamics)诞生
▪建筑细部构件通风
檐下风口
通风屋脊
29
三、建筑通风的应用
▪竹楼
竹楼架空利于通风
30
三、建筑通风的应用
▪自然通风的局部构件
明治大学自由大楼的 自然通风方式
自然通风窗的结构 31
品川Inter City外窗的自然通风装置
32
松下电器情报中心大厦
高层建筑自然通风布局实3例3
日本钢铁北九州支部大楼
62
一、CFD基本介绍
▪ CFD在暖通空调中的应用
3、室外微气候分析
30.4 30.4 30.6 30.4
30.8
29.8 30 30.8
31.2
30.2
30.8
31
31.4
30.4 30.2
31 31.2
31
模拟结果速度场
模拟结果温度场
63
一、CFD基本介绍
▪ CFD在暖通空调中的应用
4、建筑设备设计和性能分析
34
第二节 自然通风的基本原理
35
一、自然通风的理论机理
▪ 分类
按照机理可分为：扩散、热压和风压 同时存在，相互作用
热热压压作作用用
风风压压作作用用
36
1.热压
建筑不同高度（高差h） 上有窗孔a、b
设：tn>tw,则：ρw>ρn
由水静力学公式得：
Pb Pawgh PbPangh
b窗内外的作用压差（规定以室内向室外流动为正）
48
例2010
• 某厂房利用热压进行自然通风，进风口面 积Fj=30m2，排风口面积Fp=20m2，近排风 口中心的高度差H=13m，设近排风口的流 量系数相同，且近似认为ρw=ρp，则厂房内 部空间中余压值为0的界面与进风口中心的 距离hj为下列哪一项？
49
例2010
• 某厂房利用热压进行自然通风，厂房高度 H=12m，排风天窗中心距地面高度h=10m ，天窗的局部阻力系数ξ=4。已知，厂房内 散热均匀，散热量为100w/m3，厂房工作区 的温度tn=25℃，当天窗的空气平均流速为 v=1.1m/s时，天窗窗口压力损失为多少？
▪ 1974 年首次应用于建筑环境领域－丹麦，P.V. Nilsen ▪ 1986年,Waters利用CFD方法对许多建筑物如前庭、机场候
机厅等的速度分布和温度梯度进行模拟计算，这是大规模 实际工程应用的首次介绍 ▪ 此后，CFD技术在建筑空调通风领域得到广泛应用 ▪ 流体动力学，数值计算，计算机图形学技术的综合
第七章
自然通风的设计计算
2013年 1
课程提纲
• 自然通风的背景知识 • 自然通风的基本原理 • 自然通风的CFD设计方法 • 自然通风的区域网络设计方法
2
第一节 自然通风的背景知识
3
一、基本概念
▪自然通风定义
▪什么是自然通风? 利用自然的手段(风压、热压等)将室外空气不经过
空调处理就引入室内以达到维持室内空气舒适性的方法
二、几种典型的自然通风形式
▪热压和风压结合通风
办公室、实验室
位于分支部分的办公室、 实验室进深小，采用风压 通风
报告厅、大厅
位于中央部分的报告厅、
大厅采用“烟囱效应”进
行热压通风
17
二、几种典型的自然通风形式
▪充分利用烟囱效应进行通风
采用顶帽可以升降的圆柱形玻璃通风塔，作为建筑的入口和
楼梯间，最大吸收太阳能量，提高塔内温度，加强烟囱效应
▪热压和风压结合通风
英国蒙特福德大学机械馆
机械馆一般为矩形平面，进深大，双面走廊，两侧为 实验室和办公室，人工产热多，一般需要采用大规模 空调系统
15
二、几种典型的自然通风形式
▪充分利用烟囱效应进行通风
诺丁汉国内税务中心
建筑呈院落式布局，周边风速较小，不能很好满足风
压通风的需求，考虑加强热压通风
16
冷却塔模型
温度场
64
速度场
一、CFD基本介绍
57
一、CFD基本介绍
▪ 如何验证模拟结果?
▪采用公认的经过验证的计算模型和程序 ▪用经典的实验和实测的数据验证模型 ▪对不同类型的流动均进行验证
模型
58
流线
一、CFD基本介绍
▪ CFD应用广泛
汽车
动力机械
航空航天
船舶
59
一、CFD基本介绍
▪ CFD在暖通空调中的应用
1、室内气流组织评价
大厅模型
P b P b P b P a P a g w n h P a g w n h ( 7 5 )
P P b P a g w h n ( 7 6 ) ——即热压
热压的定义：由室内外空气温差在不同高度通风口
间造成的空气流动作用压头
37
2.余压
自然通风
机械通风
空调
OSAKA 市 立 体 育 馆 空调、机械通风与自然通风的运行情况24
OSAKA 市 立 体 育 馆 座椅送风
25
三、建筑通风的应用
▪合理的建筑布局
梳式布局通风
冷巷
26
三、建筑通风的应用
▪合理的建筑布局
密集布局通风
27
三、建筑通风的应用
▪天井通风
28
三、建筑通风的应用
▪目的 带走热湿量（保持室内热舒适性） 带入新风 (保持室内空气品质）
4
一、基本概念
▪ 自然通风的特点
▪ 优点 无能耗
建筑能耗占总能耗30％