自然通风综述

建筑自然通风的研究与应用现状

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摘要：在建筑能耗越来越大的今天，自然通风是重要的绿色建筑被动式设计策略，对于节能减排，提高建筑环境舒适度和改善室内空气品质等方面具有至关作用。本文主要针对自然通风的特点和原理、自然通风的影响因素以及目前自然通风的研究方法进行具体总结，最后在目前自然通风的研究现状下，写出自己以后对自然通风更深一步研究想法。

关键字：建筑能耗，自然通风，特点和原理，影响因素，研究方法， 研究想法 0引言

改革开放以来，人们的生活水平在不断的提高，居住环境条件也在不断的改善，因此，建筑能耗也越来越大。在一些发达国家，建筑能耗占社会总能耗的比例为30%~40%，这其中又以暖通空调能耗所占的比例最高。在我国，近十年来建筑能耗总量正以惊人的速度在增长。2001年，社会总能耗中的27.6%是建筑能耗，现在这个比例差不多达到30%。据预测，当2020年时，这个比例将达到35%，而建筑能耗中的60%~70%将是空调系统的能耗。为了降低能耗,许多建筑采取了减少通风量,尤其是减少新风量并增加房间密闭性等措施,再加上运行管理不善及室内建筑装饰材料散发的挥发性有机混合物的增加,导致室内空气质量恶化,使人感到精神的压抑和烦躁，甚至会导致一系列健康问题，如“病态建筑综合症”。自然通风作为一种节能的通风技术，一种有效的被动式制冷手段，它利用可再生能源（风能）来降低室内温度，带走室内湿气，降低了不可再生能源的消耗，有利于减少建筑能耗，它是建筑节能领域里最廉价的技术措施之一。因为室内四季的负荷变化受室外气候条件的影响很大，因此在很多情况下，采用合理的通风技术既可以满足室内人员对舒适度的要求，又减少空调系统的运行时间。做到建筑与景观发展，自然与人和谐共生的境界。 1 自然通风的特点及原理 1.1自然通风的特点

自然通风是一种比较经济的通风方式。它不消耗动力,也可获得较大的通风换气量,简单易行,节约能源,有利于环境保护,被广泛应用于工业和民用建筑中。国内外对自然通风的概念或描述不尽相同,但总体来说,所谓自然通风,其共同的特点是依靠室外风力造成的风压和室内外空气温度差造成的热压使空气流动,以达到提供给室内新鲜空气,稀释室内气味和污染物,除去余热和余湿的目的。在建筑物中应用自然通风技术,主要包括以下优点①节能②排除室内废气污染物,消除余

热余湿③引入新风,维持室内良好的空气品质④更好的满足人体热舒适等。自然通风是一项历史悠久的技术。我国传统建筑平面布局坐北朝南,讲究穿堂风,都是自然通风原理的朴素运用,只不过当现代人们再次意识到它时,才感到更加珍贵。随着科技的发展,将自然通风与现代技术相结合,使自然通风从理论到实践都提高到一个新的高度,十分必要且前景看好。 1.2自然通风的原理

建筑内部产生自然通风的首要条件是室内、外存有压力差,在建筑设计中,一般利用风压、热压进行自然通风设计,当通风效果不明显时,则借助适宜的机械设备辅助通风,提高自然通风效能。常规设计方法是在外围护部件开门、窗洞口,利用两侧洞口的压力差,引起室内空气流动,压力差愈大,流动速度愈大,通风效果愈明显。

如果建筑外墙上的窗孔两侧存在压力差ΔP,就会有空气流过该窗孔,空气流过窗孔时的阻力就等于ΔP。

(1-1)

式中ΔP——窗孔两侧的压力差,Pa;

v——空气流过窗孔时的流速,m/s; ρ——空气的密度,kg/m3;

ξ——窗孔的局部阻力系数。 上式可改写为

（1-2）

式中μ——窗孔的流量系数, ,μ值得大小与窗孔的构造有关,一般小于1。通过窗孔的空气量

(1-3)

G= (1-4)

式中——窗孔的面积,m2;

——空气体积换气量,m3/s; ——空气质量换气量,kg/s。

由上式可以看出,只要已知窗孔两侧的压力差ΔP和窗孔的面积F就可以求得该窗孔的空气量G。G的大小是随着ΔP的增加而增加的,在自然通风作用下,产生ΔP的原因为风压和热压,简要分析如下:按通风方式可分为纯自然通风和机械辅助自然通风。

(1) 利用风压实现自然通风

所谓风压,是指空气流受到阻挡时产生的静压。当风吹向建筑物正面时候,受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上静压增高,产生正压区,气流再向上偏转,同时绕过建筑物各侧面及背面,在这些面上产生局部涡流,静压降低,形成负压差,风压就是利用建筑迎风面和背风面的压力差,室内外空气在这个压力差的作用下由压

力高的一侧向压力低的一侧流动。如图1.1所示。某一建筑物周围的风压分布与该建筑的几何形状和室外风向有关。风向一定时,建筑物外围护结构上某一点的风压值可用下式表示:

(1-5)

式中——空气动力系数; ——室外空气速度,m/s; ρ——室外空气密度,kg/。

K为正,说明该点的风压为正值,K为负,说明该点的风压为负值。不同形状的建筑物在不同方向的风力作用下,空气动力系数分布是不同的。空气动力系数要在风洞内通过模型试验求得。

同一建筑物的外围护结构上,如果有两个风压值不同的窗孔,空气动力系数大的窗孔将会进风,空气动力系数小的窗孔将会排风。

图1.1建筑物四周的气流分布 图1.2风压作用下的自然通风

（2）利用热压实现自然通风

热压作用下的自然通风是由于存在室内外温差和进排气口高度差,当较重的冷空气从进风口进入室内后,吸收了室内的热量而变成较轻的热空气上升,从出风口排出室外不断流入的冷空气在室内被加热后在建筑物的上部出风口排出利用空气密度随温度升高而降低的性质而形成了自然通风。热压原理图如1.3所示

图1.3 热空气上升的原理示意图

（3）利用热压与风压实现自然通风

某一建筑受到风压热压的同时作用时,外围护结构上各窗孔的内外压差就等于各窗孔的余压和室外风压之差。以图1.4为例分析计算 窗孔a的内外压差

(1-6) 窗孔b的内外压差

(1-7)

——窗孔a的余压,Pa; ——窗孔b的余压,Pa;

、——窗孔a和b的空气动力系数; h——窗孔和之间的高差,m。

建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果,只是各自作用的程度不同,对建筑物整体自然通风的贡献不同。热压作用相对稳定烟囱效应抽风的产生条件较容易实现,而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响具有不稳定性。所以当风压与热压同时作用的时候,还可能出现减弱通风效果的情况。当风向与热压作用的流线方向相同时,会相互促进;反之,则会相互阻碍,从而影响自然通风的效果,在进行建筑设计初期时,应仔细分析考虑。

图1.4风压热压共同作用下的自然通风

（4）机械辅助下的自然通风

在空气流动不明显的情况下,利用机械设备进行强迫通风,促使建筑内部空气流动的通风方式,称为机械通风,一般由风机、进排风或送风装置、风道以及空气净化设备组成,相对于自然通风对气候的依赖性,机械通风更利于人为地控制室内气流状况,合理地机械设备的选择,可增强自然通风的效果。它的基本原理是通过在机械通风和自然通风之间切换以维持良好的室内环境,并且避免建筑全年运行空调系统所带来的成本,能源的过渡消耗和导致的环境问题。机械辅助式自然通风系统应该由建筑设计、内部负荷、自然驱动力、外界环境决定,以最节能的方式满足内部环境的需要。由于风压与热压产生的通风受外界气候条件限制较多,当通风效果不明显时,需要适当选择机械设备辅助通风,以满足居住需求。室外空气由通风机、净化空气的过滤器或空气加热器吸入进入室内,同时由排气系统将室内废气排出,排气系统可以有通风机,而有时空气也可以从低处排气孔直接排到相邻的地方去。进行机械通风设计时应注意在以下两个方面对进入室内的空气进行改善,一是对进入的空气温度与相对湿度进行适度改善,满足房间需求;二是保证进入的空气无尘、无臭、无其它杂质。 2自然通风的影响因素 (1)室外气象、环境因素

室外气象参数随着季节、天气的变化而变化，这种室外气象参数的不稳定性导致了自然通风效果变得不稳定。有关计算表明，室外风速对室内自然通风的影响最大，当室外风速增加0.2m/s时，相当于温差2.6℃的效果。这表明受季节、室外风向、风速和气候的影响，自然通风的风量、风速、温湿度是不稳定的，必要时应设机械通风和空调系统起保障作用。

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