居住建筑論文：貴州建筑通風設計研究

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本文作者：張真真、王厚華、郭銳 單位：重慶大學

據研究，貴陽市居民對夏季居住熱環(huán)境的舒適性基本上是滿意的，通過開窗通風或者風扇即可滿足大部分時間室內人員對熱舒適的要求，此外，貴陽市擁有空調的居民中，空調的使用率較低且使用時間不超過一個月［5］。通過對《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數據集》［10］的分析發(fā)現(xiàn)，貴陽市整個夏季(6月～8月)僅有8．3%的時間室外溫度超過28℃，如果能夠輔助適當的通風，居住房間在這些溫度下是可以不開空調的。由《貴州省居住建筑節(jié)能設計標準》(DBJ52/49—2008)［11］可知:畢節(jié)、貴陽、興義和遵義最熱月的平均溫度分別為21．8℃、24．0℃、22．4℃和25．3℃，夏季空調天數分別為0d、11d、0d、24d。從這些數據可以初步判定，畢節(jié)和興義地區(qū)夏季不開空調即可滿足熱舒適要求。基于貴州省氣象資料［10］所得出夏季室外干球溫度在不同范圍的分布百分比見表1。從表1中干球溫度數據可知:貴州省4個城市夏季室外大部分時間處于18～28℃舒適范圍區(qū)。本文通過設定自然通風和機械通風下的熱舒適范圍，分析不同城市居住建筑夏季通風的有效性。

評價指標及原理

1評價指標

ClimateConsultant是加利福尼亞大學開發(fā)的一款被動式設計軟件［12］，可以用來分析遮陽、建筑蓄熱性、自然通風、機械通風等15項設計策略的適用性，并能計算各項措施在各月或者全年的逐時有效時間。這里的“有效時間”是指在理想的情況下，純粹依靠所設定的設計策略(如自然通風、機械通風等)，能夠使室內熱環(huán)境達到舒適范圍的時間數，單位為h。有效時間占全天或整月的比例稱為日有效時間比(ηd)或月有效時間比(ηm)。設計措施能夠轉化的有效時間越長，該措施的有效性就越大。

2計算原理

ClimateConsultant軟件利用濕度圖對室外環(huán)境進行有針對性的分析。通過導入目標城市的氣候數據，設定不同的熱舒適有效范圍，將采用不同措施后室內環(huán)境參數表示在濕度圖上，通過計算即可方便看出各種措施下的有效時間。該軟件關于氣象數據的分析分為全年逐時數據點分析和日最高最低數據點分析。為了研究貴州地區(qū)夏季通風的有效性，本文對4個典型城市6月～8月的室外氣象資料進行逐時數據點的計算分析。中國《民用建筑室內熱濕環(huán)境評價標準》［13］規(guī)定:非人工冷熱源(未使用采暖、空調等)可接受室內舒適溫度范圍為18～28℃，同時將濕度上限定為80%，這里的熱舒適是指考慮到室內新風量滿足設計要求的情況下，人體能感覺到舒適的溫度范圍。考慮到非人工冷源下(僅采用自然通風或機械通風)人體可接受的濕度范圍會有所增加，將自然通風和機械通風下人體可接受的室內濕度上限定為90%。ClimateConsultant軟件中設計策略的控制條件設置如下:熱舒適下室內控制條件:溫度范圍18～28℃;最大相對濕度80%;最小露點溫度2．2℃。自然通風下室內控制條件:室內有效風速范圍0．2～2．0m/s;最大相對濕度90%;最大濕球溫度22．8℃;人體可接受的最大溫升4．2℃。

機械通風下室內控制條件:室內有效風速范圍0．2～2．0m/s;最大相對濕度90%;最大濕球溫度22．8℃;最大機械送風速度2．0m/s;人體可接受的最大溫升4．9℃。根據ASHRAEStandard55—2004［14］可知:當風速為最小有效風速0．2m/s時，自然通風和機械通風下人體可接受的最大溫升均為0℃;當風速達到最大舒適風速2．0m/s時，自然通風和機械通風下人體可感知的最大溫升分別為4．2℃和4．9℃。也就是說，自然通風和機械通風下室內有效溫度的范圍分別為18．0～32．2℃和18．0～32．9℃。自然通風與機械通風不同之處在于:自然通風下室內風速主要取決于室外氣流速度，即使室外其他參數值落在自然通風有效范圍內，如果風速太小或太大均不能計為有效時間。機械通風則不同，室外風速不再是影響通風效果的因素，而且同樣的送風速度下，機械通風和自然通風下人體可感知的最大溫降是不同的。

貴州省不同城市夏季通風有效性分析

貴州省不同代表性城市夏季室外氣象條件差異很大，例如，畢節(jié)夏季晚上22:00以后到上午10:00以前室外溫度大部分時間低于18℃，不需要開空調。為了避免夏季室外干球溫度在18℃以下時刻對有效時間百分比的影響，畢節(jié)有效時間和有效時間百分比的計算時間控制在10:00到22:00之間。同理，興義的計算時間控制在10:00到24:00之間。由表1可知:貴陽和遵義室外空氣溫度在18℃以下的時刻相對較少，這兩個城市計算時間定為全天24h。采用自然通風和機械通風措施后，熱舒適區(qū)域相應拓寬，落在熱舒適區(qū)域的時間段也有了明顯的增加。自然通風時，不同城市夏季日有效時間百分比散點分布圖如圖1所示，畢節(jié)地區(qū)的日有效時間比分布較散，主要分布在20%～60%，60%以上也有一部分分布值。其他3個城市的散點分布相對較集中，大都分布在0%～40%，因此，自然通風在畢節(jié)地區(qū)有相對更好的應用潛力。不采用通風措施時，4個城市夏季室內處于熱舒適范圍的有效時間比相對較小。當采用自然通風和機械通風措施后，4個城市6月～8月的月有效時間比見表2和表3。在夏季，自然通風的平均有效時間比分別為:畢節(jié)44．0%、貴陽25．7%、興義21．9%、遵義21．1%。采用自然通風后各個城市室內熱環(huán)境有了很大改善，尤其是畢節(jié)地區(qū)，由原先的3．1%上升到了44．0%。由于夏涼冬冷地區(qū)夜間室外氣溫較低，通過墻體蓄冷可以減少部分白天負荷。因此，畢節(jié)地區(qū)如果建筑布局合理，自然通風結合適當的機械輔助通風基本上可以替代夏季空調的使用。貴陽、興義和遵義地區(qū)自然通風的有效時間相對于熱舒適的有效時間有了很大改善，然而，要想替代夏季空調滿足室內人員要求尚且不能達到很好的效果，因此，需要考慮機械輔助通風。由表3可知:采用機械通風后，各個城市的有效時間比相對于自然通風有了很大的改善。貴陽市7月份最高已經達到了87．4%，夏季的有效時間比也由最初的1．3%上升到了85．1%;興義地區(qū)夏季的有效時間百分比也達到了80．8%，可見，機械通風對于貴陽和興義地區(qū)來說可以有效地改善夏季室內熱環(huán)境。如果能夠設置合理的送風方式和氣流組織形式，基本上可以取代空調降低夏季建筑能耗。對于遵義地區(qū)來說，采用機械通風后也有了一定的改善，有效時間比上升到了51．6%。雖然不像貴陽和興義地區(qū)那樣可以達到80%以上，但如果合理地利用通風，可以相對減少空調開啟時間。

結論

本文針對貴州省不同氣候條件下的4個代表性城市的通風有效性進行了分析，研究表明:在貴州省大部分地區(qū)，居住建筑基本上可以采用自然通風或機械通風的形式來維持室內的熱舒適性要求。采用通風代替空調不僅節(jié)能效果顯著，而且可以使室內空氣品質得到大幅度的提高，更有利于人體健康。