建筑用自通风实现式主要几种: 1.利用风压实现自通风节能,自通风基本力风压热压具良外部风环境区,风压作实现自通风主要手段我量非空调建筑,利用风压促进建筑室内空气流通,改善室内空气环境质量,种用建筑处理手段风洞试验表明:风吹向建筑,受建筑阻挡,建筑迎风面产压力同,气流绕建筑各侧面及背面,相应位置产负压力风压通风利用建筑迎风面背风面间压力差实现空气流通压力差与建筑形式、建筑与风夹角及建筑周围环境关风垂直吹向建筑立面,迎风面处压,屋角屋脊处负压另外,伯努利流体原理显示,流空气压力随其速度增加减,形低压区依据种原理,建筑局部留横向通风通道,风通道吹,通道形负压区,带周围空气流,管式建筑通风原理通风管式通道要定向封闭,其向敞,形明确通风向种通风式进深建筑空间达较通风效 2.利用热压实现自通风 自通风另原理利用建筑内部空气热压差———即通讲烟囱效应———实现建筑自通风利用热空气升原理,建筑部设排风口污浊热空气室内排,室外新鲜冷空气则建筑底部吸入热压作用与进、风口高差室内外温差关,室内外温差进、风口高差越,则热压作用越明显建筑设计,利用建筑物内部贯穿层竖向空腔———楼梯间、庭、拔风井等满足进排风口高差要求,并顶部设置控制口,建筑各层热空气排,达自通风目与风压式自通风同,热压式自通风更能适应变外部风环境良外部风环境 3.风压与热压相结合实现自通风 建筑自通风设计,风压通风与热压通风往往互补充、密般说,建筑进深较部位利用风压直接通风,进深较部位则利用热压达通风效位于英莱彻斯特蒙特福德王馆面优秀实例建筑师肖特福特庞建筑系列体块,既尺度与周围古街区相协调,能形种节奏韵律,同体量使自通风能位于指状支部实验室、办公室进深较,利用风压直接通风;位于间部报告厅、厅及其用房则更依靠烟囱效应进行自通风 同,建筑外维护结构采用厚重蓄热材料,使建筑内部热量降低) 4.机械辅助式自通风 些型建筑,由于通风路径较,流阻力较,单纯依靠自风压与热压往往足于实现自通风于空气污染噪声污染比较严重城市,直接自通风室外污浊空气噪声带入室内,利于体健康种情况,采用种机械辅助式自通风系统该系统套完整空气循环通道,辅符合态思想空气处理手段(土壤预冷、预热、深井水换热等) ,并借助定机械式加速室内通风 5.双层维护结构 双层维护结构今态建筑所普遍采用项先进技术,誉呼吸皮肤双层维护结构般由双层玻璃或三层玻璃组,两层玻璃间留定宽度空隙形空气夹层,并配调节深色百页冬季,空气夹层百页形利用太阳能加热空气装置,提高建筑外墙表面温度,利于建筑保温采暖;夏季,则利用热压原理热空气断夹层部排,达降温目于高层建筑说,直接外窗容易造紊流,易控制,双层维护结构则能够解决问题 建筑设计与自通风 自通风效与建筑构件(窗、门、墙体等) 着密切关系我建筑结构设计应考虑充利用自通风 1.双层玻璃幕墙 欧洲,采用玻璃幕墙建筑流行,减少夏季空调冷负荷,需要遮阳设备研究表明,采用外遮阳设备比内遮阳设备节能效更佳,外遮阳设备投资且影响美观于发展双层玻璃幕墙,双层玻璃间留较空间,称呼吸皮肤房间窗户向墙穴冬季,双层玻璃间层形阳光温室,提高建筑围护结构表面温度;夏季,利用烟囱效应间层内通风玻璃幕墙间层内气流温度布受双层墙及建筑几何、热物理、光空气力特性等素影响CFDnetwork 模拟结表明,该结构减少建筑冷负荷,提高自通风效率 双层玻璃幕墙具优点:避免窗带室内气候干扰;使室内免受室外交通噪声干扰;夜间安全通风由于量使用玻璃,夏季增加太阳辐射热使夹层内温度高,引起能耗增加,甚至导致办公室热所减少其带利影响,内层采用浅色玻璃,间层内设置窗檐, 应注意窗檐、风口、窗户合理安装 2.窗户 数情况,自通风系统窗户充风口,窗户形式、面积及安装位置影响通风效率、室内气流组织室内热舒适Per Heiselberg 等研究同类型窗户通风特性,认于单侧自通风、贯流通风或热压驱自通风说,冬季选择底悬式窗户,夏季选择侧悬式窗户窗户通风系数Cd 随着口面积、窗户类型室内外温差变化变化,能认数,仅口面积较,通风系数才近似等于0. 6 3.庭绿色建筑、高层建筑利用庭热压作用实现自通风,德兰克福商业银行总部楼便功例 庭建筑越越,封闭式,设计目主要采光 4.风塔 由垂直竖井几风口组,房间排风口末端安装太阳能空气加热器风塔顶部进入空气产抽吸作用该系统类似于风管供风系统 5.屋顶 屋顶形状影响室外风压,影响自通风效采用翼形屋顶便形高压区低压区用CFD 实验研究自通风建筑,屋顶形状屋顶高度自通风情况室内气流布室内气流流速影响 自通风研究 1.1风洞模型实验,风洞实验原理相似性原理,应用于自通风主要模拟建筑表面及建筑周围压力场速度场,及确定风压系数,预测自通风性能 1.2示踪气体测量 示踪气体测量预测建筑通风量气流布两种测量:定浓度衰减所谓定浓度,测试期间,保持所测试房间示踪气体浓度变,改变示踪气体注射量,用处理驱力发改变通风问题,渗透问题自通风衰减指向测试房间注入定量示踪气体,随着示踪气体测试房间扩散,示踪气体浓度呈衰减趋势自通风用该预测自通风量 1.3热浮力实验模型技术 用热浮力实验模型技术模拟热压驱自通风物理程比较直观目前主要4 种技术:带加热装置气体模拟(the gas modeling system ,空气或其气体作流介质,热浮力由固定加热装置产) ;带加热装置水模型系统( the water modeling system ,水作介质,固定加热装置) ; 盐水模拟( the brine2water modeling ,利用盐水浓度差产类似于热羽流,已广泛接受,需蓄水池断补充盐水) ; 气泡技术(a fine bubble technique ,由电路阴极产气泡模拟热羽运,模拟点源、线源及垂直热源情况) 其缺点:能模拟建筑热特性自通风影响风压与热压共同驱自通风实验模拟较复杂,通改进4 种模拟或综合4 种模拟使能模拟二力共同驱自通风图9b盐水模拟技术加改进种模拟风压辅助热压式自通风装盐水水箱悬挂装纯净水水箱,盐水箱部接直径管道与补水箱相连,其两侧许孔口且通调节其插栓调节每孔口面积用水箱与水箱间盐水浓度差模拟热压,通泵调节盐水箱水流速度及盐水箱两侧压差(由压差计测量) 模拟风力 2.数值模拟 CFD 应用相广泛,该房间划控制体,控制空气流连续微程组通限差或限元离散非连续代数程组,并结合实际边界条件计算机求解离散所代数程组,要划控制体足够,认离散区域离散值代表整房间内空气布情况由于割控制体,所详细描述流场,由于求解问题往往非线性,需进行迭代,故较耗与建筑能源模拟软件EnergyPlus 进行耦合 2.2区模型(multi2zone model 或single2flow element model) 假设每房间特征参数布均匀,则建筑房间看作节点,通窗户、门、缝隙等与其房间连接其优点简单,预测通整建筑风量,能提供房间温度与气流布信息该利用伯努利程求解口两侧压差,根据压差与流量关系求流量适用于预测每房间参数布较均匀区建筑通风量,适合预测建筑内气流布 2.3区域模型(zonal model 或multi2flow elements model) 许文献介绍区域模型与区模型相同实际,区模型简化系统,产误差,尤其处理热压驱自通风等室内温度产明显层情况误差基本思想:房间划些限宏观区域,认每区域相关参数温度、浓度等相等,区域间存热质交换;建立质量能量守恒程,并充考虑区域间压差流关系研究房间内温度布及流情况见该比区模型复杂精确,比CFD 简单嵌套区建筑能源气流析软件,SPARK,COMIS CONTAM 预测气流及温度布 设计与研究工具 自通风研究与设计程,需借助于现析流体流能量些软件,并应发适用于自通风软件目前应用于析自通风系统通风特性热特性见软件别:CONTAMW ,COMIS ,Lesocool ,NatVent , Fluent , Flovent , MIX , CHEMIX , BREEZE 与NewQUICK, TRNSYS ,BLAST , EnergyPlus , DOE22 , ESP2r等 由于每软件其本身局限性及自通风与热传递相互影响,全面预测建筑热特性自通风间关系,必要通风模拟软件与热模拟软件进行耦合 见耦合四种 1.顺序耦合(sequential coupling) 给定室内温度由流模型程计算通风量,计算流量代入热模型程计算温度计算温度并代入流模型程,终止计算该产误差 2.ping2pong 耦合,第间步内,给定初始室内温度,由流模型程计算通风量,计算结代入热模型程,计算温度再代入流模型程,计算第二间步通风量,依类推该计算速度快,产误差较 3.onions 耦合 与ping2pong 同,每间步内两模型程进行迭代直结收敛止,才转入间步再进行迭代该计算速度慢,产误差较 4.直接耦合TopEnergy流模型程热模型程合并热传递程控制程组同解两程该比前3 种更精确,需更间 节能建自通风整体设计 自通风与机械通风同,受气候、建筑周围微环境、建筑结构及建筑内部热源布情况强烈影响,所设计与气候、环境、建筑融体整体设计其整体设计步骤 1.确定气候自通风潜力 自通风潜力(NVP) ,指仅依靠自通风确保接受室内空气品质室内热舒适性潜力根据建筑所区宏观气候条件,宏观风速布风向(风玫瑰图) 、宏观气温布、太阳辐射照度、室外空气湿度等确定该区气候自通风潜力确定自通风案前,必要收集建筑所区气象参数逐变化情况资料并进行析 2.确定建筑微环境自通风潜力TopEnergy 根据建筑微环境建筑周围风速布及气温布、城市形与布局(建筑平均高度、建筑布情况、街道布局、植布等) 、建筑内部布置、建筑高度、室外噪声水平、室外污染等确定建筑微环境自通风潜力建筑微环境自通风影响复杂,目前面研究较少 3.预测自通风驱力,确定自通风案 根据建筑周围微环境建筑内部情况(热源布、房间、房间布置、内隔断、房间位置等) 预测自通风驱力,确定自通风案设计气流路径般情况,自通风驱力,自通风系统风口两侧压差般于10 Pa ,机械通风系统风口两侧压差100Pa 预测自通风驱力,需考虑否通改变建筑设计案,用双层玻璃墙,或设计庭式建筑,或改变窗户形式、位置及等,或采用风机辅助式自通风文献[41 ]房间进深( d) 与高度( h) 关系考虑,认d = 2 h ,采用单风口单侧通风较;d = 2. 5 h ,采用两风口单侧通风较;d = 5 h ,采用贯流通风较 4.根据设计要求设计参数选择通风设备确定通风设备安装位置与 g H!Y(m i M 自通风设计要求设计参数与机械通风差别,自通风环境,能够忍受较温度波范围,温度范围已超ASHRAE 55 1992 标准规定值,所应制定适合于自通风设计标准目前没较完整自通风设计指南或手册,且目前研究远远能满足自通风设计要求自通风设备主要指户、风口、排风竖井、窗、门及风机等窗户、风口形式安装位置影响自通风效率关键素目前已研究适合于自通风自控型通风口 5.控制系统设计 影响自通风各种素态变化,所自通风态变化程,何自通风态变化程保证室内热舒适性呢? 控制系统应起关键作用自通风控制系统般包括手控制自控制手控制保证同实际需要,增强控制环境自主能性自通风控制主要风口控制风机辅助式自通风(混合通风) ,则须控制风机启停,控制问题变复杂 6.评估设计案并作修改 评价设计案优劣,首先应确立评价标准自通风系统评估标准应与机械通风系统评估标准所同评价机械通风案,通确定些指标,通风效率、空气龄,评价自通风案,应确立评价指标呢? 待于进步探讨总,自通风系统设计应态整体观念发,与建筑结构设计密切配合,需建筑师、土木工程师、建筑设备工程师及电力控制师甚至房主参与,未建筑物整体设计越越重要另外,自通风系统两重要设计参数,即通风量与室内温度相互影响,故其设计需借助于些设计析工具 高层建筑自通风问题 与层建筑自通风相比,高层建筑自通风其特殊性风压垂直向布利于高层建筑自通风,高风压却使建筑门窗难于启,给建筑室内使用带便,且冬季带走量热能,利于保温要求太高庭空间则形热压,能效控制,则产强烈紊流,甚至底层进气口产令安啸叫根据凡丘现象:流空气暂遇压缩,例空气进入漏斗型通风井口,受压缩气流速度加快,气压降低建筑设导风墙,导风墙平面看作漏斗,门窗则视进风口 杨经文设计马西亚槟榔屿州Menara Umno 第利用自通风创造舒适室内环境高层建筑由于气候湿热,获舒适内部环境,需要较高空气交换率,引入自风,口处采用风墙体系风墙安排通高推拉门阳台部位,两道风墙形喇叭状口袋,风捕捉阳台阳台内推拉门根据所需风量控制口,完全关闭,形空气锁构思自建筑师风向资料析,实践证明种风墙与空气锁设置效 兰克福商业银行设计程,针塔楼60 层高度庭空间自通风状况,福斯特及其合作者进项数计算机模拟风洞试验结显示,整庭加隔,情况庭内部产令忍受紊流福斯特每12 层作单元,每单元内部利用热压进行自通风,各单元间通透明玻璃相隔,整庭便自通风单元,再通高烟囱 减少高风压热压高层建筑自通风利影响,1990 英恩霍文波恩电楼设计发展双层玻璃幕墙,革命性设想,埃森RWE 办公楼实现幕墙内外层玻璃间隔50 mm ,即形蓄热空腔,提供节能能性,通内层启玻璃窗实现室内各层间自通风由于外层玻璃阻挡高空风力,第高层建筑打窗户,让室外新鲜空气流入室内新异构想使楼基本放弃昂贵机械空调,使自通风率达70 % ,节能30
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