自然通風(fēng)技術(shù)

1、自然通風(fēng)是一種具有很大潛力的通風(fēng)方式，它具有節(jié)能、改善室內(nèi)熱舒適性和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，是人類歷史上長(zhǎng)期賴以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的原始手段。在空調(diào)技術(shù)得以普及，機(jī)械通風(fēng)廣泛應(yīng)用的今天，迫于節(jié)約能源、保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)的雙重壓力下，全球的科學(xué)家開始重新審視自然通風(fēng)技術(shù)。自然通風(fēng)在實(shí)現(xiàn)原理上有利用風(fēng)壓、利用熱壓、風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合以及機(jī)械輔助通風(fēng)等幾種形式?，F(xiàn)代人類對(duì)自然通風(fēng)的利用已經(jīng)不同于以前開窗、開門通風(fēng)，而是綜合利用室內(nèi)外條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如根據(jù)建筑周圍環(huán)境、建筑布局、建筑構(gòu)造、太陽(yáng)輻射、氣候、室內(nèi)熱源等，來(lái)組織和誘導(dǎo)自然通風(fēng)。在建筑構(gòu)造上，通過(guò)中庭、雙層幕墻、風(fēng)塔、門窗、屋頂?shù)葮?gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)

2、現(xiàn)良好的自然通風(fēng)效果。6 L+ y6 i2 N) b5 s/ e R# z2 2 n1 G4 UW. z4 e - A$ B x q/ c采用自然通風(fēng)的意義, : i. q: ! d% V采用自然通風(fēng)取代空調(diào)制冷技術(shù)至少具有兩方面的意義:一是實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)式制冷。自然通風(fēng)可在不消耗不可再生能源情況下降低室內(nèi)溫度,改善室內(nèi)熱環(huán)境。- m+ l/ L- j9 T; f二是可提供新鮮、清潔的自然空氣，帶走潮濕污濁的空氣，有利于人體的生理和心理健康。3 v9 z# I) Q9 8 W8 ) 8 o8 G0 s& a i4 b8 g7 M2 U自然通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)方式; C) ( o v9 k2 |1 g. .

3、t. A建筑中常用的自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)方式主要有以下幾種:# z# w6 : : S# i; / 1.利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)自然通風(fēng)最根本的動(dòng)力是風(fēng)壓和熱壓。在具有良好的外部風(fēng)環(huán)境的地區(qū),風(fēng)壓可作為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的主要手段。在我國(guó)大量的非空調(diào)建筑中,利用風(fēng)壓促進(jìn)建筑的室內(nèi)空氣流通,改善室內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量,是一種常用的建筑處理手段。風(fēng)洞試驗(yàn)說(shuō)明:當(dāng)風(fēng)吹向建筑時(shí),因受到建筑的阻擋,會(huì)在建筑的迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓力。同時(shí),氣流繞過(guò)建筑的各個(gè)側(cè)面及反面,會(huì)在相應(yīng)位置產(chǎn)生負(fù)壓力。風(fēng)壓通風(fēng)就是利用建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的壓力差實(shí)現(xiàn)空氣的流通。壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風(fēng)的夾角以及建筑周圍的環(huán)境有關(guān)。當(dāng)風(fēng)垂直吹向建

4、筑的正立面時(shí),迎風(fēng)面中心處正壓最大,在屋角和屋脊處負(fù)壓最大。另外,伯努利流體原理顯示,流動(dòng)空氣的壓力隨其速度的增加而減小,從而形成低壓區(qū)。依據(jù)這種原理,可以在建筑中局部留出橫向的通風(fēng)通道,當(dāng)風(fēng)從通道吹過(guò)時(shí),會(huì)在通道中形成負(fù)壓區(qū),從而帶動(dòng)周圍空氣的流動(dòng),這就是管式建筑的通風(fēng)原理。通風(fēng)的管式通道要在一定方向上封閉,而在其他方向開敞,從而形成明確的通風(fēng)方向。這種通風(fēng)方式可以在大進(jìn)深的建筑空間中到達(dá)較好的通風(fēng)效果。% 2 _+ S( j/ k |D2 S2 g2.利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)自然通風(fēng)的另一原理是利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差即通常講的“煙囪效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。利用熱空氣上升的原理,在建筑上部設(shè)

5、排風(fēng)口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出,而室外新鮮的冷空氣那么從建筑底部被吸入。熱壓作用與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān),室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大,那么熱壓作用越明顯。在建筑設(shè)計(jì)中,可利用建筑物內(nèi)部貫穿多層的豎向空腔如樓梯間、中庭、拔風(fēng)井等滿足進(jìn)排風(fēng)口的高差要求,并在頂部設(shè)置可以控制的開口,將建筑各層的熱空氣排出,到達(dá)自然通風(fēng)的目的。與風(fēng)壓式自然通風(fēng)不同,熱壓式自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境和不良的外部風(fēng)環(huán)境。3.風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)在建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中,風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)往往是互為補(bǔ)充、密不可分的。一般來(lái)說(shuō),在建筑進(jìn)深較小的部位多利用風(fēng)壓來(lái)直接通風(fēng),而進(jìn)深較大的部位那么多利

6、用熱壓來(lái)到達(dá)通風(fēng)效果。位于英國(guó)萊徹斯特的蒙特福德大學(xué)女王館就是這方面的一個(gè)優(yōu)秀實(shí)例。建筑師肖特和福特將龐大的建筑分成一系列小體塊,既在尺度上與周圍古老的街區(qū)相協(xié)調(diào),又能形成一種有節(jié)奏的韻律感,同時(shí)小的體量使得自然通風(fēng)成為可能。位于指狀分支局部的實(shí)驗(yàn)室、辦公室進(jìn)深較小,可以利用風(fēng)壓直接通風(fēng);而位于中間局部的報(bào)告廳、大廳及其它用房那么更多地依靠“煙囪效應(yīng)進(jìn)行自然通風(fēng) 。同時(shí),建筑的外維護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚重的蓄熱材料,使得建筑內(nèi)部的得熱量降到最低。4.機(jī)械輔助式自然通風(fēng) l6 A* h7 R Y kd z在一些大型建筑中,由于通風(fēng)路徑較長(zhǎng),流動(dòng)阻力較大,單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往缺乏于實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。而對(duì)于

7、空氣污染和噪聲污染比擬嚴(yán)重的城市,直接的自然通風(fēng)還會(huì)將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi),不利于人體健康。在這種情況下,常常采用一種機(jī)械輔助式的自然通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一套完整的空氣循環(huán)通道,輔以符合生態(tài)思想的空氣處理手段(如土壤預(yù)冷、預(yù)熱、深井水換熱等) ,并借助一定的機(jī)械方式加速室內(nèi)通風(fēng)。5.雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)2 l% q. x. p1 I: 1 x雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),被譽(yù)為“可呼吸的皮膚。雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)一般由雙層玻璃或三層玻璃組成,在兩層玻璃之間留有一定寬度的空隙形成空氣夾層,并配有可調(diào)節(jié)的深色百頁(yè)。在冬季,空氣夾層和百頁(yè)可以形成一個(gè)利用太陽(yáng)能加熱空氣的裝置,提高建筑外

8、墻外表溫度,有利于建筑的保溫采暖;在夏季,那么可以利用熱壓原理將熱空氣不斷從夾層上部排出,到達(dá)降溫的目的。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō),直接對(duì)外開窗容易造成紊流,不易控制,而雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)那么能夠很好的解決這一問(wèn)題。! n3 h. r& l4 , Y- V+ n O6 o; q$ X$ P9 l* c% 建筑設(shè)計(jì)與自然通風(fēng)$ x! G; X: A1 |自然通風(fēng)效果與建筑構(gòu)件(窗、門、墻體等) 有著密切關(guān)系。我們?cè)诮ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮充分利用自然通風(fēng)。; IC! J5 M. v9 q+ 1.雙層玻璃幕墻(double2skin facade)在歐洲,采用玻璃幕墻的建筑很流行,為減少夏季空調(diào)的冷負(fù)荷,需要遮陽(yáng)設(shè)

9、備。研究說(shuō)明,采用外遮陽(yáng)設(shè)備比內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)備節(jié)能效果更佳,但外遮陽(yáng)設(shè)備投資大且影響美觀。于是開展了雙層玻璃幕墻,雙層玻璃之間留有較大的空間,常被稱為“會(huì)呼吸的皮膚。有時(shí)可將房間的窗戶開向墻穴。在冬季,雙層玻璃間層形成陽(yáng)光溫室,提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表溫度;在夏季,可利用煙囪效應(yīng)在間層內(nèi)通風(fēng)。玻璃幕墻間層內(nèi)氣流和溫度分布受雙層墻及建筑的幾何、熱物理、光和空氣動(dòng)力特性等因素的影響。CFD和network 方法的模擬結(jié)果說(shuō)明,該結(jié)構(gòu)可大大減少建筑冷負(fù)荷,提高自然通風(fēng)效率 。雙層玻璃幕墻具有如下優(yōu)點(diǎn):防止開窗帶來(lái)的對(duì)室內(nèi)氣候的干擾;使室內(nèi)免受室外交通噪聲的干擾;夜間可平安通風(fēng)。然而由于大量使用玻璃,夏季會(huì)增加

10、太陽(yáng)輻射得熱而使夾層內(nèi)的溫度很高,引起能耗增加,甚至導(dǎo)致辦公室過(guò)熱。所以為減少其帶來(lái)的不利影響,內(nèi)層可采用淺色玻璃,間層內(nèi)設(shè)置窗檐, 但應(yīng)注意窗檐、風(fēng)口、窗戶的合理安裝 。. m# m v$ a l8 w2.窗戶大多數(shù)情況下,自然通風(fēng)系統(tǒng)中以窗戶來(lái)充當(dāng)風(fēng)口,窗戶的形式、面積大小及安裝位置影響通風(fēng)效率、室內(nèi)氣流組織和室內(nèi)熱舒適。Per Heiselberg 等人研究了不同類型窗戶的通風(fēng)特性,認(rèn)為對(duì)于單側(cè)自然通風(fēng)、貫流通風(fēng)或熱壓驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)來(lái)說(shuō),在冬季最好選擇底懸式窗戶,在夏季最好選擇側(cè)懸式窗戶。窗戶的通風(fēng)系數(shù)Cd 隨著開口面積、窗戶類型和室內(nèi)外溫差的變化而變化,不能認(rèn)為是常數(shù),僅當(dāng)開口面積較大

11、時(shí),通風(fēng)系數(shù)才近似等于0. 6 。) u6 i2 c; I, _9 G2 x( 3.中庭8 H9 X4 K8 H9 c1 w2 t3 b高層建筑可利用中庭的熱壓作用實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),德國(guó)法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓便是成功的一例 。有中庭的建筑越來(lái)越多,但大多為封閉式,設(shè)計(jì)的目的主要是采光。, & p, X3 A) ! v% t6 n4.風(fēng)塔由垂直豎井和幾個(gè)風(fēng)口組成,在房間的排風(fēng)口末端安裝太陽(yáng)能空氣加熱器以對(duì)從風(fēng)塔頂部進(jìn)入的空氣產(chǎn)生抽吸作用。該系統(tǒng)類似于風(fēng)管供風(fēng)系統(tǒng)。5.屋頂屋頂?shù)男螤钣绊懯彝怙L(fēng)壓,從而影響自然通風(fēng)效果。可采用翼形屋頂以便形成高壓區(qū)和低壓區(qū)。用CFD 方法和實(shí)驗(yàn)方法研究了自然通風(fēng)建筑中

12、,屋頂形狀和屋頂高度對(duì)自然通風(fēng)情況下的室內(nèi)氣流分布和室內(nèi)氣流流速的影響。4 W1 W3 |1 G- D$ + g* e自然通風(fēng)整體設(shè)計(jì)自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)不同,它受氣候、建筑周圍的微環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)及建筑內(nèi)部熱源分布情況的強(qiáng)烈影響,所以它的設(shè)計(jì)是與氣候、環(huán)境、建筑融為一體的整體設(shè)計(jì)。其整體設(shè)計(jì)步驟如下。3 9 N7 m7 q5 i+ C1.確定氣候的自然通風(fēng)潛力/ m& x# s. R3 f自然通風(fēng)潛力(NVP) ,指僅依靠自然通風(fēng)就可確保可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)和室內(nèi)熱舒適性的潛力。根據(jù)建筑所在地區(qū)的宏觀氣候條件,如宏觀風(fēng)速分布和風(fēng)向(風(fēng)玫瑰圖) 、宏觀氣溫分布、太陽(yáng)輻射照度、室外空氣濕度等來(lái)確定該

13、地區(qū)氣候的自然通風(fēng)潛力。在確定自然通風(fēng)方案之前,有必要收集建筑所在地區(qū)的氣象參數(shù)逐時(shí)變化情況資料并進(jìn)行分析。1 i5 Q$ |3 q) P$ X2.確定建筑微環(huán)境的自然通風(fēng)潛力根據(jù)建筑微環(huán)境如建筑周圍風(fēng)速分布及氣溫分布、城市地形與布局(建筑平均高度、建筑分布情況、街道的布局、植被分布等) 、建筑內(nèi)部布置、建筑高度、室外噪聲水平、室外污染等來(lái)確定建筑微環(huán)境的自然通風(fēng)潛力。建筑微環(huán)境對(duì)自然通風(fēng)的影響很復(fù)雜,目前這方面的研究較少。3.預(yù)測(cè)自然通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力,確定自然通風(fēng)方案根據(jù)建筑周圍微環(huán)境和建筑內(nèi)部情況(如熱源分布、房間大小、房間的布置、內(nèi)隔斷、房間的位置等) 預(yù)測(cè)自然通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力,確定自然通風(fēng)方案和設(shè)

14、計(jì)氣流路徑。一般情況下,自然通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力是很小的,自然通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)口兩側(cè)的壓差一般小于10 Pa ,而機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)口兩側(cè)壓差為100Pa 。當(dāng)預(yù)測(cè)的自然通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力很小時(shí),就需考慮是否可以通過(guò)改變建筑設(shè)計(jì)方案,如用雙層玻璃墻,或設(shè)計(jì)為中庭式建筑,或改變窗戶形式、位置及大小等,或采用風(fēng)機(jī)輔助式自然通風(fēng)。文獻(xiàn)41 從房間的進(jìn)深( d) 與高度( h) 的關(guān)系考慮,認(rèn)為當(dāng)d = 2 h 時(shí),采用單風(fēng)口單側(cè)通風(fēng)較好;當(dāng)d = 2. 5 h 時(shí),采用兩風(fēng)口單側(cè)通風(fēng)較好;當(dāng)d = 5 h 時(shí),采用貫流通風(fēng)較好。: $ y5 A f2 / X/ 4.根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)選擇通風(fēng)設(shè)備和確定通風(fēng)設(shè)備的安裝位置與

15、大小: M: l1 K8 qk4 n# j& n; p) 自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)與機(jī)械通風(fēng)有很大的差異,因?yàn)樵谧匀煌L(fēng)環(huán)境中,人們能夠忍受較大的溫度波動(dòng)范圍,而這個(gè)溫度范圍已超出了ASHRAE 55 1992 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值,所以應(yīng)制定適合于自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前還沒(méi)有較完整的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)指南或手冊(cè),而且目前的研究成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的要求。自然通風(fēng)設(shè)備主要指戶、風(fēng)口、排風(fēng)豎井、天窗、門及風(fēng)機(jī)等。窗戶、風(fēng)口的形式和安裝位置是影響自然通風(fēng)效率的關(guān)鍵因素。目前已研究出了適合于自然通風(fēng)的自控型通風(fēng)口。5.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7 ! v7 Ax p2 s因?yàn)橛绊懽匀煌L(fēng)的各種因素是動(dòng)態(tài)變化的

16、,所以自然通風(fēng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,如何在自然通風(fēng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中保證室內(nèi)的熱舒適性呢? 控制系統(tǒng)應(yīng)起關(guān)鍵作用。自然通風(fēng)控制系統(tǒng)一般包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制以保證不同人的實(shí)際需要,增強(qiáng)了人控制環(huán)境的自主能動(dòng)性。自然通風(fēng)的控制主要是對(duì)風(fēng)口的控制。但如果是風(fēng)機(jī)輔助式自然通風(fēng)(混合通風(fēng)) ,那么還須控制風(fēng)機(jī)的啟停,控制問(wèn)題變得復(fù)雜。6.評(píng)估設(shè)計(jì)方案并作修改: U0 S: z2 b5 u/ R9 M評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣,首先應(yīng)確立一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。自然通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)有所不同。在評(píng)價(jià)一個(gè)機(jī)械通風(fēng)方案時(shí),通常確定一些指標(biāo),如通風(fēng)效率、空氣齡,那么在評(píng)價(jià)一個(gè)自然通風(fēng)方案時(shí),應(yīng)確

17、立什么樣的評(píng)價(jià)指標(biāo)呢? 這有待于進(jìn)一步的探討?？傊?自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)從動(dòng)態(tài)和整體的觀念出發(fā),與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切配合,需建筑師、土木工程師、建筑設(shè)備工程師及電力控制師甚至房主的參與,未來(lái)建筑物的整體設(shè)計(jì)將越來(lái)越重要。另外,自然通風(fēng)系統(tǒng)的兩個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù),即通風(fēng)量與室內(nèi)溫度相互影響,故其設(shè)計(jì)還需借助于一些設(shè)計(jì)和分析工具。* i$ Y7 O2 t W3 - 高層建筑中的自然通風(fēng)問(wèn)題( K: z) h. E, z- C* Q& h與多層建筑的自然通風(fēng)相比,高層建筑的自然通風(fēng)有其特殊性。風(fēng)壓在垂直方向的分布有利于高層建筑的自然通風(fēng),但過(guò)高的風(fēng)壓卻會(huì)使建筑的門窗難于開啟,也給建筑室內(nèi)的使用帶來(lái)不便,而

18、且在冬季會(huì)帶走大量的熱能,不利于保溫要求。而太高的中庭空間那么會(huì)形成過(guò)大的熱壓,如不能有效控制,那么會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流,甚至在底層進(jìn)氣口產(chǎn)生令人不安的嘯叫。根據(jù)凡丘里現(xiàn)象:當(dāng)流動(dòng)的空氣暫時(shí)遇到壓縮時(shí),例如空氣進(jìn)入一個(gè)漏斗型的通風(fēng)井口時(shí),受壓縮的氣流速度加快,氣壓降低。當(dāng)建筑中設(shè)有導(dǎo)風(fēng)墻時(shí),導(dǎo)風(fēng)墻可以在平面上被看作是一個(gè)漏斗,門窗那么被視為進(jìn)風(fēng)口。楊經(jīng)文設(shè)計(jì)的馬來(lái)西亞檳榔嶼州Menara Umno 是第一個(gè)利用自然通風(fēng)來(lái)創(chuàng)造舒適室內(nèi)環(huán)境的高層建筑。由于氣候濕熱,為了獲得舒適的內(nèi)部環(huán)境,需要一個(gè)較高的空氣交換率。因此,為了引入自然風(fēng),在開口處采用了“風(fēng)墻體系。將“風(fēng)墻安排在有通高推拉門的陽(yáng)臺(tái)部位,兩

19、道風(fēng)墻形成了喇叭狀的口袋,將風(fēng)捕捉到陽(yáng)臺(tái)。陽(yáng)臺(tái)內(nèi)的推拉門可以根據(jù)所需風(fēng)量控制開口的大小,也可完全關(guān)閉,形成“空氣鎖。這一構(gòu)思來(lái)自建筑師對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向資料的分析,實(shí)踐證明這種“風(fēng)墻與“空氣鎖的設(shè)置效果很好。( W& n) G, g; e& g8 Z, m. e在法蘭克福商業(yè)銀行的設(shè)計(jì)過(guò)程中,針對(duì)塔樓60 層高度中庭空間的自然通風(fēng)狀況,福斯特及其合作者進(jìn)項(xiàng)了無(wú)數(shù)次計(jì)算機(jī)模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)。結(jié)果顯示,如果整個(gè)中庭從上到下不加分隔,在很多情況下中庭內(nèi)部將產(chǎn)生令人無(wú)法忍受的紊流。因此福斯特只得將每12 層作為一個(gè)單元,在每個(gè)單元內(nèi)部利用熱壓來(lái)進(jìn)行自然通風(fēng),各個(gè)單元之間通過(guò)透明玻璃相分隔。這樣,整個(gè)中庭便成為一個(gè)

20、個(gè)自然通風(fēng)單元,而不再是一個(gè)通高的“大煙囪。為了減少過(guò)高的風(fēng)壓和熱壓對(duì)高層建筑自然通風(fēng)的不利影響,1990 年英恩霍文在波恩電話大樓的設(shè)計(jì)中開展了雙層玻璃幕墻,這一革命性的設(shè)想,在埃森RWE 辦公大樓得以實(shí)現(xiàn)。幕墻內(nèi)外層玻璃間隔50 mm ,即形成可蓄熱的空腔,提供了節(jié)能的可能性,又可以通過(guò)內(nèi)層可開啟的玻璃窗實(shí)現(xiàn)室內(nèi)各層間的自然通風(fēng)。由于外層的玻璃阻擋了高空的風(fēng)力,人們第一次可以在高層建筑中翻開窗戶,讓室外的新鮮空氣流入室內(nèi)。這一新異的設(shè)想使大樓根本上放棄了昂貴的機(jī)械空調(diào),使自然通風(fēng)率到達(dá)70 % ,節(jié)能30 % 。: l- v0 Y J5 R s& Q8 e9 a. v8 d/ H W+ E

21、/ H+ 3 I% P9 f# G1 X. O1 N; a8 t/ _% | X自然通風(fēng)研究方法1.實(shí)驗(yàn)法0 t. R5 c0 T2 tL+ b2 h4 G1.1風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)法% u?& i. R& ?2 Q* 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的原理是相似性原理,它應(yīng)用于自然通風(fēng)中主要是模擬建筑外表及建筑周圍的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng),以及確定風(fēng)壓系數(shù),預(yù)測(cè)自然通風(fēng)性能 。y6 ?% M5 M: |7 - M+ U1.2示蹤氣體測(cè)量法示蹤氣體測(cè)量法可以預(yù)測(cè)建筑通風(fēng)量和氣流分布。有兩種測(cè)量方法:定濃度法和衰減法。所謂定濃度法,就是在測(cè)試期間,保持所有測(cè)試房間的示蹤氣體濃度不變,而改變示蹤氣體注射量,它可用來(lái)處理驅(qū)動(dòng)力發(fā)生改變的通

22、風(fēng)問(wèn)題,如滲透問(wèn)題和自然通風(fēng)。而衰減法指向測(cè)試房間注入一定量的示蹤氣體,隨著示蹤氣體在測(cè)試房間的擴(kuò)散,示蹤氣體的濃度呈衰減趨勢(shì)。在自然通風(fēng)中可用該方法來(lái)預(yù)測(cè)自然通風(fēng)量。1.3熱浮力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图夹g(shù)用熱浮力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图夹g(shù)模擬熱壓驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)的物理過(guò)程比擬直觀。目前主要有4 種技術(shù):帶有加熱裝置的氣體模擬法(the gas modeling system ,以空氣或其他氣體作為流動(dòng)介質(zhì),熱浮力由固定的加熱裝置產(chǎn)生) ;帶有加熱裝置的水模型系統(tǒng)( the water modeling system ,以水作為介質(zhì),有固定的加熱裝置) ; 鹽水模擬法( the brine2water modeling ,

23、利用鹽水的濃度差產(chǎn)生類似于熱羽的流動(dòng),已被廣泛接受,但需大蓄水池和不斷補(bǔ)充鹽水) ; 氣泡技術(shù)(a fine bubble technique ,由電路的陰極產(chǎn)生氣泡以模擬熱羽運(yùn)動(dòng),可以模擬點(diǎn)源、線源及垂直熱源的情況) 。其缺點(diǎn)為:不能模擬建筑熱特性對(duì)自然通風(fēng)的影響。對(duì)風(fēng)壓與熱壓共同驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M較復(fù)雜,可以通過(guò)改良這4 種模擬法或綜合這4 種模擬法使之能模擬二力共同驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)。圖9b是將鹽水模擬技術(shù)加以改良而得出的一種模擬風(fēng)壓輔助熱壓式自然通風(fēng)。裝有鹽水的水箱懸掛在裝有純潔水的大水箱中,鹽水箱上部接一直徑很小的管道與一補(bǔ)水箱相連,其兩側(cè)開有許多孔口且可通過(guò)調(diào)節(jié)其上的插栓來(lái)調(diào)節(jié)每

24、個(gè)孔口面積。用小水箱與大水箱間的鹽水濃度差以模擬熱壓,通過(guò)泵來(lái)調(diào)節(jié)鹽水箱的水流出速度及鹽水箱兩側(cè)的壓差(可由壓差計(jì)測(cè)量) 以模擬風(fēng)力 。2.數(shù)值模擬法* |( F) z( ( O+ E) v- & E2.1CFD0 h& + G0 _) Y( UCFD 方法應(yīng)用相當(dāng)廣泛,該方法就是將房間劃分為小的控制體,把控制空氣流動(dòng)的連續(xù)的微分方程組通過(guò)有限差分或有限元方法離散為非連續(xù)的代數(shù)方程組,并結(jié)合實(shí)際的邊界條件在計(jì)算機(jī)上求解離散所得的代數(shù)方程組,只要?jiǎng)澐值目刂企w足夠小,就可認(rèn)為離散區(qū)域的離散值代表整個(gè)房間內(nèi)空氣分布情況。由于分割的控制體可以很小,所以它可詳細(xì)描述流場(chǎng),但由于求解的問(wèn)題往往是非線性的,

25、需進(jìn)行屢次迭代,故較耗時(shí)。它可與建筑能源模擬軟件如EnergyPlus 進(jìn)行耦合。2.2多區(qū)模型方法(multi2zone model 或single2flow element model): s, K$ G/ y假設(shè)每個(gè)房間的特征參數(shù)分布均勻,那么可將建筑的一個(gè)房間看作一個(gè)節(jié)點(diǎn),通過(guò)窗戶、門、縫隙等與其他房間連接。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,可以預(yù)測(cè)通過(guò)整個(gè)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(cè)每個(gè)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(cè)建筑內(nèi)的氣流分布。2.3區(qū)域模型方法(zonal model

26、或multi2flow elements model)r- c! d/ B* p3 H+ j許多文獻(xiàn)中介紹的區(qū)域模型方法與多區(qū)模型方法相同。實(shí)際上,多區(qū)模型方法過(guò)分簡(jiǎn)化了系統(tǒng),產(chǎn)生很大誤差,尤其在處理熱壓驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)等室內(nèi)溫度產(chǎn)生明顯分層的情況時(shí)誤差很大方法的根本思想是:將房間劃分為一些有限的宏觀區(qū)域,認(rèn)為每個(gè)區(qū)域的相關(guān)參數(shù)如溫度、濃度等相等,而區(qū)域間存在熱質(zhì)交換;建立質(zhì)量和能量守恒方程,并充分考慮區(qū)域間壓差和流動(dòng)的關(guān)系來(lái)研究房間內(nèi)的溫度分布及流動(dòng)情況?？梢?jiàn)該方法比多區(qū)模型方法復(fù)雜和精確,但比CFD 簡(jiǎn)單。它可嵌套在多區(qū)建筑能源和氣流分析軟件,如SPARK,COMIS 和CONTAM 中預(yù)測(cè)氣流及溫度分布。0 Z*