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6.2 自然通风

6.2.1 利用自然通风的建筑在设计时，应符合下列规定：
      1 利用穿堂风进行自然通风的建筑，其迎风面与夏季最多风向宜成60°～90°角，且不应小于45°，同时应考虑可利用的春秋季风向以充分利用自然通风；
      2 建筑群平面布置应重视有利自然通风因素，如优先考虑错列式、斜列式等布置形式。
6.2.2 自然通风应采用阻力系数小、噪声低、易于操作和维修的进排风口或窗扇。严寒寒冷地区的进排风口还应考虑保温措施。
6.2.3 夏季自然通风用的进风口，其下缘距室内地面的高度不宜大于1.2m。自然通风进风口应远离污染源3m以上；冬季自然通风用的进风口，当其下缘距室内地面的高度小于4m时，宜采取防止冷风吹向人员活动区的措施。
6.2.4 采用自然通风的生活、工作的房间的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的5％；厨房的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的10％，并不得小于0.60m²。
6.2.5 自然通风设计时，宜对建筑进行自然通风潜力分析，依据气候条件确定自然通风策略并优化建筑设计。
6.2.6 采用自然通风的建筑，自然通风量的计算应同时考虑热压以及风压的作用。
6.2.7 热压作用的通风量，宜按下列方法确定：
      1 室内发热量较均匀、空间形式较简单的单层大空间建筑，可采用简化计算方法确定；
      2 住宅和办公建筑中，考虑多个房间之间或多个楼层之间的通风，可采用多区域网络法进行计算；
      3 建筑体形复杂或室内发热量明显不均的建筑，可按计算流体动力学(CFD)数值模拟方法确定。
6.2.8 风压作用的通风量，宜按下列原则确定：
      1 分别计算过渡季及夏季的自然通风量，并按其最小值确定；
      2 室外风向按计算季节中的当地室外最多风向确定；
      3 室外风速按基准高度室外最多风向的平均风速确定。当采用计算流体动力学(CFD)数值模拟时，应考虑当地地形条件及其梯度风、遮挡物的影响；
      4 仅当建筑迎风面与计算季节的最多风向成45°～90°角时，该面上的外窗或有效开口利用面积可作为进风口进行计算。
6.2.9 宜结合建筑设计，合理利用被动式通风技术强化自然通风。被动通风可采用下列方式：
      1 当常规自然通风系统不能提供足够风量时，可采用捕风装置加强自然通风；
      2 当采用常规自然通风难以排除建筑内的余热、余湿或污染物时，可采用屋顶无动力风帽装置，无动力风帽的接口直径宜与其连接的风管管径相同；
      3 当建筑物利用风压有局限或热压不足时，可采用太阳能诱导等通风方式。

条文说明

6.2.1 建筑及其周围微环境优化设计要求。
利用自然通风的建筑，在设计时宜利用CFD数值模拟(另见6.2.7条文说明)方法，对建筑周围微环境进行预测，使建筑物的平面设计有利于自然通风。
1 建筑的朝向要求。在设计自然通风的建筑时，应考虑建筑周围微环境条件。某些地区室外通风计算温度较高，因为室温的限制，热压作用就会有所减小。为此，在确定该地区大空间高温建筑的朝向时，应考虑利用夏季最多风向来增加自然通风的风压作用或对建筑形成穿堂风。因此要求建筑的迎风面与最多风向成60°～90°角。同时，因春秋季往往时间较长，应充分利用春秋季自然通风。
2 建筑平面布置要求。错列式、斜列式平面布置形式相比行列式、周边式平面布置形式等有利于自然通风。
6.2.2 自然通风进排风口或窗扇的选择。
为了提高自然通风的效果，应采用流量系数较大的进排风口或窗扇，如在工程设计中常采用的性能较好的门、洞、平开窗、上悬窗、中悬窗及隔板或垂直转动窗、板等。
供自然通风用的进排风口或窗扇，一般随季节的变换要进行调节。对于不便于人员开关或需要经常调节的进排风口或窗扇，应考虑设置机械开关装置，否则自然通风效果将不能达到设计要求。总之，设计或选用的机械开关装置，应便于维护管理并能防止锈蚀失灵，且有足够的构件强度。
严寒寒冷地区的自然通风进排风口，不使用期间应可有效关闭并具有良好的保温性能。
6.2.3 进风口的位置。
夏季由于室内外形成的热压小，为保证足够的进风量，消除余热、提高通风效率，应使室外新鲜空气直接进入人员活动区。自然进风口的位置应尽可能低。参考国内外有关资料，本条将夏季自然通风进风口的下缘距室内地坪的上限定为1.2m。参考美国ASHRAE标准，自然通风口应远离已知的污染源，如烟囱、排风口、排风罩等3m以上。冬季为防止冷空气吹向人员活动区，进风口下缘不宜低于4m，冷空气经上部侧窗进入，当其下降至工作地点时，已经过了一段混合加热过程，这样就不致使工作区过冷。如进风口下缘低于4m，则应采取防止冷风吹向人员活动区的措施。
6.2.4 自然通风房间通风开口的要求。
目前国内外标准中对此规定大体一致，但具体数值有所不同。国家标准《民用建筑设计通则》GB 50352-2005第7.2.2条：生活、工作的房间的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的1/20；厨房的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的1/10，并不得小于0.60m²。美国ASHRAE标准62.1也有类似规定，即自然通风房间可开启外窗净面积不得小于房间地板面积的4％，建筑内区房间若通过邻接房间进行自然通风，其通风开口面积应大于该房间净面积的8％，且不应小于2.3m²。
6.2.5 自然通风策略确定。
在确定自然通风方案之前，必须收集目标地区的气象参数，进行气候潜力分析。自然通风潜力指仅依靠自然通风就可满足室内空气品质及热舒适要求的潜力。现有的自然通风潜力分析方法主要有经验分析法、多标准评估法、气候适应性评估法及有效压差分析法等。然后，根据潜力可定出相应的气候策略，即风压、热压的选择及相应的措施。
因为28℃以上的空气难以降温至舒适范围，室外风速3.0m/s会引起纸张飞扬，所以对于室内无大功率热源的建筑，“风压通风”的通风利用条件宜采取气温20℃～28℃，风速0.1m/s～3.0m/s，湿度40％～90％的范围。由于12℃以下室外气流难以直接利用，“热压通风”的通风条件宜设定为气温12℃～20℃，风速0～3.0m/s，湿度不设限。
根据我国气候区域特点，中纬度的温暖气候区、温和气候区、寒冷地区，更适合采用中庭、通风塔等热压通风设计，而热湿气候区、干热地区更适合采用穿堂风等风压通风设计。
6.2.6 风压与热压是形成自然通风的两种动力方式。
风压是空气流动受到阻挡时产生的静压，其作用效果与建筑物的形状等有关；热压是气温不同产生的压力差，它会使室内热空气上升逸散到室外；建筑物的通风效果往往是这两种方式综合作用的结果，均应考虑。若建筑层数较少，高度较低，考虑建筑周围风速通常较小且不稳定，可不考虑风压作用。
同时考虑热压及风压作用的自然通风量，宜按计算流体动力学(CFD)数值模拟(另见6.2.7条文说明)方法确定。
6.2.7 热压通风的计算。
热压通风的简化计算方法如下：

式中：G——热压作用的通风量（kg/h）；
Q——室内的全部余热（kW）；
c——空气比热[1.01kJ/（kg•K）]；
——排风温度（℃）；
  ——夏季通风室外计算温度（℃）。
以上计算方法是在下列简化条件下进行的：
     1)空气在流动过程中是稳定的；
     2)整个房间的空气温度等于房间的平均温度；
     3)房间内空气流动的路途上，没有任何障碍物；
     4)只考虑进风口进入的空气量。
    多区域网络法是从宏观角度对建筑通风进行分析，把整个建筑物作为系统，其中每个房间作为一个区(或网络节点)，认为各个区内空气具有恒定的温度、压力和污染物浓度，利用质量、能量守恒等方程计算风压和热压作用下通风量，常用软件有COMIS、CONTAM、BREEZE、NatVent、PASSPORT Plus及AIOLOS等。
    相对于网络法，CFD模拟是从微观角度，针对某一区域或房间，利用质量、能量及动量守恒等基本方程对流场模型求解，分析空气流动状况，常用软件有FLUENT、AirPak、PHOENICS及STAR-CD等。
6.2.8 风压作用的通风量确定原则。
    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，建筑物外围结构上某一点的风压值p_f也可根据下式计算：

式中：——风压（Pa）；
——空气动力系数；
——室外空气流速（m/s）；
  ——室外空气密度（kg/m³）。
此外，从地球表面到约500m～1000m高的空气层为大气边界层，其厚度主要取决于地表的粗糙度，不同地区因地形特征不同，使得地表的粗糙度不同，因此边界层厚度不同，在平原地区边界层薄，在城市和山区边界层厚。边界层内部风速沿垂直方向存在梯度，即梯度风，其形成的原因是下垫面对气流的摩擦作用。在摩擦力作用下，贴近地面处的风速接近零，沿高度方向因地面摩擦力的作用越来越小而风速递增，到达一定高度之后风速将达到最大值而不再增加，该高度成为边界层高度。由于大气边界层及梯度风作用对室外空气流场的影响非常显著，因而在进行计算流体动力学(CFD)数值模拟时，应充分考虑当地风环境的影响，以建立更合理的边界条件。
    通常室外风速按基准高度室外最多风向的平均风速确定。所谓基准高度是指气象学中观测地面风向和风速的标准高度。该高度的确定，既要能反映本地区较大范围内的气象特点，避免局部地形和环境的影响，又要考虑到观测的可操作性。《地面气象观测规范第7部分：风向和风速观测》QX/T 51-2007中规定，该高度应距地面10m。
6.2.9 自然通风强化措施。
      1 捕风装置是一种自然风捕集装置，是利用对自然风的阻挡在捕风装置迎风面形成正压、背风面形成负压，与室内的压力形成一定的压力梯度，将新鲜空气引入室内，并将室内的浑浊空气抽吸出来，从而加强自然通风换气的能力。为保持捕风系统的通风效果，捕风装置内部用隔板将其分为两个或四个垂直风道，每个风道随外界风向改变轮流充当送风口或排风口。捕风装置可以适用于大部分的气候条件，即使在风速比较小的情况下也可以成功地将大部分经过捕风装置的自然风导入室内。捕风装置一般安装在建筑物的顶部，其通风口位于建筑上部2m～20m的位置，四个风道捕风装置的原理如图3所示。

图3捕风装置的一般结构形式和通风原理图

2 无动力风帽是通过自身叶轮的旋转，将任何平行方向的空气流动，加速并转变为由下而上垂直的空气流动，从而将下方建筑物内的污浊气体吸上来并排出，以提高室内通风换气效果的一种装置。该装置不需要电力驱动，可长期运转且噪声较低，在国外已使用多年，在国内也开始大量使用。
3 太阳能诱导通风方式依靠太阳辐射给建筑结构的一部分加热，从而产生大的温差，比传统的由内外温差引起流动的浮升力驱动的策略获得更大的风量，从而能够更有效地实现自然通风。典型的三类太阳能诱导方式为：特伦布(Trombe)墙、太阳能烟囱、太阳能屋顶。

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