（環(huán)境工程專業(yè)論文）室內(nèi)外環(huán)境因素影響下的辦公建筑自然通風(fēng)的節(jié)能潛力.pdf

捅要 面對(duì)嚴(yán)峻的能源消耗與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)發(fā)展之間的矛盾日益突出，節(jié)能成為當(dāng)今 社會(huì)的主題。其中，在建筑能耗中占比重較大的空調(diào)能耗引起了我們的重視，自然通風(fēng) 以其被動(dòng)式降溫不但解決了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)為了得到所需求的室內(nèi)環(huán)境而需消耗的大量 能源，還以其清新的自然風(fēng)改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)并給人們身心帶來了健康，減少了許多 在空調(diào)系統(tǒng)下對(duì)人體潛在的空調(diào)疾病的發(fā)生。 隨著人體熱舒適理論的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了在夏季自然通風(fēng)環(huán)境下人體所能耐受的溫 度比空調(diào)環(huán)境的高，即人體可接受的溫度范圍得到擴(kuò)寬。故可以在滿足人體舒適的情況 下通過自然通風(fēng)盡可能的減少空調(diào)的使用時(shí)間，從而達(dá)到建筑的節(jié)能的目的。 本論文通過對(duì)西安市的氣候特點(diǎn)進(jìn)行分析得出西安市具有一定的自然通風(fēng)潛力的 結(jié)論：同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的在自然通風(fēng)建筑中的熱舒適性模型計(jì)算得到西安市在夏季 人體耐受溫度的最大值?？紤]到室內(nèi)熱源的存在等室內(nèi)外的影響因素，借用c 陽(yáng)技術(shù) 對(duì)不同通風(fēng)方式及不同室外溫度進(jìn)行了模擬計(jì)算，以微小風(fēng)速條件下西安市某辦公建筑 標(biāo)準(zhǔn)房間為例，計(jì)算分析不同室外溫度時(shí)的室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域的平均溫度，得到室內(nèi)外溫度 差的變化規(guī)律，進(jìn)而找到了夏季利用自然通風(fēng)不能使人們的舒適得到滿足而必須開啟空 調(diào)的室外溫度，從而確定所需空調(diào)的時(shí)間。同時(shí)分析了不同室外風(fēng)速下，對(duì)應(yīng)不同室外 溫度的室內(nèi)的通風(fēng)效果。最后，通過建筑能耗分析軟件d e s t 對(duì)該建筑計(jì)算分析了充分 利用自然通風(fēng)后全年空調(diào)期內(nèi)所產(chǎn)生的節(jié)能效益。 關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能自然通風(fēng)耐受溫度數(shù)值模擬 a b s t r a c t a sar e s u l to ft h es e v e r ec o n 乜礎(chǔ)c t i o n 鋤o n ge n e 瑪yc o n s u n l p t i o n ，e c o n o n l y 謫伽m e ma n d s o c i a l d e v c l o p m 阻t ，e n e r g yc o 璐e r v a t i o nh 嬲b e c 伽c l l r r e n t c i a l 塒n e 知n gt l 瑚：n 也e a i r 鍘【d i 怕n i i l g 翎e r g yc 伽剮m p t i o nw l 此ha c c o l l i i t sf l o ra1 a 昭ep r o p o r t i o ni nb u i l d i i i ge n e r g yc 伽咖l i n l ，t i 蚰 i st l l ef 0 c u sw ep a y 刪o nt 0 a sam e t h o d o f p s i v cc 0 0 l i i l g ，舳t u m lv e 倆l 撕c 鋤n o to l l l ys o l v et h e p r o b l 鋤o fe x c e 路e n e r g ) r 而i c hisc e di n 衄d i t i a la i r 屯d i 缸i i l gs y s t i 鋤t o 髓i n t a i nd e s 沁d i n d 0 0 r 鋤譏嘲呲m t ， b u ta 1s o d u c et h e0 c c t l 盯e 眥eo fp o t e l m a l a i l w 伽l d i t i o i l i 】n gd i s e 舔e 啪d e r a i h o n d i t i o i i i n gs y s t e l nf o r 缸s hn a t u _ m la i ri sb r o u g h ti na n dt h ei n d 0 0 ra i rq ：咂1 時(shí)i si m p r o v e d a st l l ed e v e l 哪粕e n t0 fh 哪鋤1 1 1 e 刪c 優(yōu)l l f 0 n a b l et 1 1 e o f 弘i t isf o u n dt h a ti i ls m n m e rn 地t o l e r a b l e t e r n p e 嘶r eo f b o d yu 1 1 d e r 刪v e 觚l a l i 蚰伽溉e n ti sh i g h e rl h a i l m tm d e ra i m 0 n d i t i 嘰i i l g 跚v i n m e n t ，n 黜l yt h ea c c 印t a _ b l e 餾 i l p 盯鋤蛐er 鋤g eo fh 唧齜b o d yi sb f o a d e 鵬dt h e r e f 0 他，矗 b u i l d m ge i l e 唱yc o 惦e 撕?，攊 ti sf e 弱i b l et os h 咖t h ea i l 屯o n m t i o i l i 】唱l l s i n gt i m e 懿刪c h 弱p o s s i b l e o n 也ep i l e m i s eo fh l l m 粕b o d yc o l i l f 0 r tt h r o u g h 瑚t l i 功iv e n t i l a t i o n a c c o r d i n gt ot h e 觚a l y s i so ft l l ec l i i i l 撕cc h 麟k t e f i s t i c so f 孤，ac o n c l l l s i 髓s 批e d 扭t i tl 瑚c e r t a i l l 刪v e n t i 蜥o np o 搬刪i n ) ( i 也s 咖l t a i l e o 鵬l y ，t h e 蚴蛐t o l m b l et e r 印咖i n t h es 咖e ro f ) 【i 姐w a sc a l c u l a t e db ya 也e n m lc 0 怕r tm o d e lo f t u m lv 衄t i l a t i b u i l d i n g s 吡i c h isg e n e l 吼l ya c k n o w l e d g e da th o m ea n da b r o a d c o n s i d j e i i n gt h ei n l p a c to f i n d 0 0 ra n do u t d o o r 蠡“：t o 璐 踟c h 舔i l l d 0 0 rh e a ts o u r c e ：，v a r i o 璐v e n t i l a t i 0 i im o d e s 鋤d0 u t d 0 0 rt e 呷e r 帥鵬c o n d i t i o n sw e r e s i i i l u l a t e dt h r o u g hc f dt e c h n o l o 緲as t 習(xí)m d 砌m o mo f 鋤。伍c eb u i l 拙gu n d e r l i 咖w 訪d s p e e di i l 鋤 w a si n t r o d u c e d 弱ac a s e t h ea v e r a g et e i i 】p 鋤m 鵬i i i 醯d 0 0 ra c t i v e 趵m(xù)u n d e rd i a 研e n to u 丘d 0 0 r 白e n l p e r a | c u r e sw a sc a l c u l a t e da n da n a i y z e d ，t h ev a r i e t yl a wo f t h et e i n p e r a t u l l ed i f f e r e n c eb e t w e e n i n d 0 0 ra n do m d o o rw a s0 b t a i n ，a n dm eo u 幽0 rs t e l p e r a n 盯et h a ti nw h i c hc o n d i t i o ni ti s n t c o m 鼬l et 0 啪en l e t u 】mv e n t i l 撕0 nm o d cu n l e s st h ea j i 屯o l l d i t i o i l i n gs y s t e mis0 p e n e d 船sg i v e n ， t h e nl h e 緬r e q u 面e df o ra 小伽n d i 缸劬gw a sd e t e f r r i i n e d a tt l l es 鋤ed m e ，t h ei n d 0 0 rv 鋤l t i l a t i o n e 朊c t su n d e rv 撕o i l so u t 曲o rt e i n p 啪t u r e sa n dw i l l ds 1 ) e e dw e r ea n a l ) r z e d f i l l a l l y ，圮e i l e r g ) r s 州n g b e f i to fn l a 玉d n g 觚lu o f 刪v e 蜥i a t i o ni n 刪a i h o n 凼t i o i l i l 塢p 嘶o dw a sc a l c u l a t e da n d a 艙l y z e d 瑚i 1 1 9d e s t k 對(duì)w o r d s ：b u i l d i l l ge n e r 】g yc o i l s e n ，a t i o n ：n a n 啦v e n t i l a t i o n ：t o l e 山l l et c 叫) c r 狐鵬：舢m e r i c a l s i m l l l a t i n n l i 論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明：本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行 研究工作所取得的成果。除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，對(duì)論文的 研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本論 文中不包含任何未加明確注明的其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的成 果。 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 董堤爽呼r 月蘿日 論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明 本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸 屬學(xué)校。學(xué)校享有以任何方式發(fā)表、復(fù)制、公開閱覽、借閱以及申請(qǐng) 專利等權(quán)利。本人離校后發(fā)表或使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的 學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，署名單位仍然為長(zhǎng)安大學(xué)。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 論文作者簽名： 蒸艇褒岬年r 月少 鈉獬：乍鯽 翻 | 年歹鳧多1 日 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 研究的背景和意義 第一章緒論弟一早珀t 匕 自可持續(xù)發(fā)展成為新世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展的主題后，綠色建筑已成為了當(dāng)今建筑領(lǐng)域 人們倡導(dǎo)的主題。綠色建筑是以人、建筑、自然和社會(huì)和諧發(fā)展的生態(tài)建筑，它不僅要 求在節(jié)約能源和資源前提下提供健康、舒適性良好的生活空間，還要求人們盡可能的親 近自然環(huán)境。發(fā)展綠色建筑，最重要的是解決建筑高能耗的問題。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的 快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，能源需求持續(xù)增高。其中，建筑行業(yè)約占我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì) 總能耗的2 5 左右，寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)要占到當(dāng)?shù)啬芎牡? 0 - 4 0 ，而空調(diào)系統(tǒng)和設(shè)備 就要占到建筑能耗的6 0 以上，且比例還在不斷地增加【l 】。于此同時(shí)，在過去的二十多 年里，空調(diào)得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的調(diào)查結(jié)果顯示：2 0 0 0 年全國(guó)空調(diào)總需求量達(dá) 到1 0 0 0 萬臺(tái)，其中每百戶的居民擁有的空調(diào)機(jī)臺(tái)數(shù)上海為8 5 2 臺(tái)，廣東省為8 3 臺(tái)，總 裝機(jī)容量達(dá)l o o o 萬k w ，這意味著我國(guó)在“九五”期間增加的l 億k w 的電力裝機(jī)容量 中有相當(dāng)大的部分將用于家用空調(diào)的用電問題【2 】。于是無論是工業(yè)還是居民生活中，建 筑耗能中的空調(diào)耗能已經(jīng)成為一個(gè)主體。同時(shí)，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，尊重建筑用 戶也是其重要意向【3 1 。綠色建筑是以追求舒適的室內(nèi)環(huán)境為重要目標(biāo)的，使其遵循自然 規(guī)律，讓人們盡可能多的以親近自然去得到舒適的感覺。但同時(shí)當(dāng)外界的氣候資源不能 滿足用戶所要求的室內(nèi)舒適環(huán)境時(shí)，用戶就會(huì)采用人工的方式進(jìn)行補(bǔ)足。所以，從提倡 “以人為本”的角度上說，就需要?jiǎng)?chuàng)造出一個(gè)相對(duì)多數(shù)人的舒適得到滿足的室內(nèi)環(huán)境，用 最低的能耗成本，達(dá)到較好的效率。 空調(diào)系統(tǒng)的普及應(yīng)用不僅給人們的生活、工作環(huán)境帶來了舒適感，但同時(shí)也增加了 建筑能耗，并導(dǎo)致了許多空氣品質(zhì)問題的出現(xiàn)。例如空調(diào)系統(tǒng)建筑物加強(qiáng)了其密閉性， 減少了工作區(qū)域的空氣流動(dòng)，同時(shí)有機(jī)合成材料的廣泛使用，增加了室內(nèi)的污染源，使 其室內(nèi)空氣品質(zhì)( 隊(duì)q ) 的惡化，導(dǎo)致了病態(tài)建筑綜合癥( s b a ) 【4 】?？照{(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的 是恒定溫度的熱舒適環(huán)境，人體長(zhǎng)期處于這種環(huán)境會(huì)產(chǎn)生“空調(diào)適應(yīng)不全癥”。因?yàn)榭照{(diào) 系統(tǒng)維持的相對(duì)“低溫”環(huán)境使皮膚汗腺收縮，腺口閉塞，導(dǎo)致血流不暢，發(fā)生神經(jīng)功能 紊亂等癥狀。同時(shí)，由于缺乏刺激，人體的適應(yīng)能力下降【5 】。過量的空調(diào)器加劇了城市 的熱島效應(yīng)，造成室外空氣熱環(huán)境惡化，進(jìn)而又影響空調(diào)器運(yùn)行的能效比( c o p ) 【6 】。 于是，自然通風(fēng)成為了實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的一種重要節(jié)能技術(shù)，受到了越來越多人的 第一章緒論 重視。1 9 9 5 年到1 9 9 8 年間，美國(guó)供暖制冷空調(diào)工程師學(xué)會(huì)( a s h r a e ) 僅在1 9 9 7 一1 9 9 8 財(cái)政年度在制冷劑代替代、節(jié)能和室內(nèi)空氣品質(zhì)三個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域方面，資助額就達(dá)到3 2 億美元【7 1 。1 9 9 9 年歐盟各國(guó)針對(duì)隨著空調(diào)系統(tǒng)的存在其耗能大、空氣品質(zhì)差等問題聯(lián)合 開展了為期4 年的由2 5 個(gè)子題組成的“健康行動(dòng)重點(diǎn)項(xiàng)目”( k e yh e a l t h a c t i o np r o j e c t ) 研究，重點(diǎn)探索如何降低對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴，并重新審視傳統(tǒng)的自然通風(fēng)系統(tǒng)( 優(yōu)點(diǎn)是 節(jié)電節(jié)能，缺點(diǎn)是可靠性差) 及機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)( 優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)是耗電耗能) 【8 】。 眾多的研究文獻(xiàn)表明：自然通風(fēng)是當(dāng)今實(shí)施綠色建筑中廣泛采用的一項(xiàng)技術(shù)措施。 合理的自然通風(fēng)不但可以能減少傳統(tǒng)空調(diào)制冷系統(tǒng)的使用、降低能耗外，而且還可以提 供清新的自然空氣來改善室內(nèi)熱環(huán)境、提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，有益于人們的身心健康，提 高工作效率和滿足人們親近自然、回歸自然的心理需求【9 】。尤其是經(jīng)歷過2 0 0 3 年的非典 災(zāi)難，使得自然通風(fēng)更為公眾重視，同時(shí)各國(guó)的研究者在調(diào)查時(shí)均發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)室外的 自然通風(fēng)有著更好的接受性【m 】。1 9 9 2 年，b l l s c h 對(duì)泰谷的兩種空調(diào)類型( 自然通風(fēng)和空 調(diào)) 的辦公房間熱舒適性進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)自然通風(fēng)能夠帶給人很好的舒適性【l l 】。 同時(shí)，資料說明：在高于2 6 的“熱”環(huán)境中，通過吹風(fēng)的補(bǔ)償作用可使人達(dá)到熱舒適狀 態(tài)。與一般的機(jī)械風(fēng)相比，自然風(fēng)具有良好的吹風(fēng)感覺【1 2 1 。2 0 0 0 年，清華大學(xué)的賈慶 賢、趙榮義和夏一哉等人針對(duì)吹風(fēng)方式對(duì)人體舒適性的影響進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)自然風(fēng)與 機(jī)械風(fēng)頻譜的區(qū)別及對(duì)熱舒適的影響做了研究，結(jié)果表明，在選擇“自然通風(fēng)，有點(diǎn)熱， 總體可接受的環(huán)境”和“空調(diào)涼爽的環(huán)境”中，8 0 以上的人選擇前者【1 3 】。2 0 0 2 年，西安 建筑科技大學(xué)的王怡對(duì)寒冷地區(qū)自然通風(fēng)房間和空調(diào)房間的舒適性做了調(diào)查，結(jié)果表 明：在裝有空調(diào)的住戶中有4 9 的人表示只有在熱的無法忍受時(shí)才開啟空調(diào)，在對(duì)給定 熱感覺為“感覺皮膚發(fā)粘濕潤(rùn)”的情況時(shí)，有7 5 的人仍選擇保持自然通風(fēng)狀態(tài)【1 4 】。同時(shí) 從空調(diào)的使用時(shí)間上來說，在6 月上旬和8 月下旬有2 5 的空調(diào)使用率，說明在這段時(shí) 間內(nèi)大部分人都可以通過自然通風(fēng)達(dá)到舒適，而7 月上旬、7 月中旬、和8 月上旬時(shí)間 里，空調(diào)的使用頻率都非常的高，達(dá)到9 0 以上。從此空調(diào)設(shè)備的使用呈現(xiàn)的規(guī)律性， 可以啟發(fā)充分利用自然通風(fēng)來縮短傳統(tǒng)空調(diào)的使用時(shí)間【14 1 。 自然通風(fēng)降溫可以提供很大的舒適性和節(jié)能效益，并且其節(jié)能目標(biāo)就是減少空調(diào)系 統(tǒng)的使用時(shí)間。對(duì)于室內(nèi)具有不同程度的內(nèi)熱源而言，在自然通風(fēng)條件下，一般室內(nèi)的 空氣溫度會(huì)略高于室外溫度，通過計(jì)算分析找出室內(nèi)和室外溫度之間的相應(yīng)關(guān)系，作為 確定室內(nèi)必須空調(diào)所對(duì)應(yīng)的室外溫度的依據(jù)。通?？照{(diào)時(shí)間定為6 月到8 月，對(duì)西安地 2 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 區(qū)而言，可以分析得到在6 月或8 月期間，會(huì)有更多的時(shí)間可以通過自然通風(fēng)達(dá)到熱舒 適的條件，而不需要開啟空調(diào)，這將會(huì)使空調(diào)的冷負(fù)荷大大減少，其意義重大。 室內(nèi)外影響因素包括室外風(fēng)速、室外溫度、內(nèi)熱源、通風(fēng)方式等。這些影響因素會(huì) 間接或直接的影響自然通風(fēng)的效果。因此在分析通風(fēng)潛力時(shí)，必須考慮室外環(huán)境因素所 帶來的影響。 1 2 自然通風(fēng)的基本原理 通常，自然通風(fēng)是指通過有目的的建筑外表面上的開口產(chǎn)生的空氣流動(dòng)。根據(jù)作用 力類型，自然通風(fēng)可分為三類：風(fēng)壓?jiǎn)为?dú)作用的自然通風(fēng)，熱壓?jiǎn)为?dú)作用的自然通風(fēng)， 風(fēng)壓與熱壓共同作用的自然通風(fēng)【1 5 1 。 1 2 1 風(fēng)壓通風(fēng)作用 室外氣流吹過建筑物時(shí)，由于建筑物的阻擋，建筑物四周室外氣流的壓力分布發(fā)生 變化，和未受干擾的氣流相比，建筑物表面所形成的靜壓的變化稱為風(fēng)壓。某一建筑物 周圍的風(fēng)壓分布與該建筑的幾何形狀和室外風(fēng)向有關(guān)。建筑外立面的壓力分布引起建筑 室內(nèi)的空氣的流動(dòng)稱為風(fēng)壓通風(fēng)【16 1 。 當(dāng)風(fēng)吹到建筑物上時(shí)，在建筑的迎風(fēng)面上，由于空氣流動(dòng)受到阻擋，動(dòng)壓降低，靜 壓增高，風(fēng)壓為正壓；側(cè)面和背風(fēng)面由于產(chǎn)生局部渦流，靜壓降低，相應(yīng)的位置上會(huì)產(chǎn) 生負(fù)壓【1 5 】。自然氣流從正壓區(qū)流向室內(nèi)，再?gòu)氖覂?nèi)流向負(fù)壓區(qū)，從而形成風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)的自 然通風(fēng)，具體見圖1 1 。 風(fēng)壓及通風(fēng)量的計(jì)算可用下列公式來確定： 風(fēng)壓的計(jì)算公式： 卸。= 寺夕( q 。m 2 一q 2 吃2 ) p a ( 1 1 ) 通風(fēng)量的計(jì)算公式： 鏟叫等 m 3 s ( 1 2 ) 式中： q 。_ i 蟲風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)； c ，：背風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)； m 迎風(fēng)風(fēng)口的風(fēng)速，“s ； 3 第一章緒論 v 2 背風(fēng)風(fēng)口的風(fēng)速，i i l s ； g 流量系數(shù)； 風(fēng)口的有效面積，m 2 風(fēng)壓的大小受到下列因素的影響【1 6 】： 室外風(fēng)速及風(fēng)向( 建筑外立面與室外風(fēng)向的相對(duì)夾角) ； 建筑的幾何形狀； 開口在建筑外立面上的位置； 大氣邊界層狀況； 建筑的周邊環(huán)境條件( 包括周圍地形及建筑密度、植被等) 。 圖1 1 風(fēng)壓自然通風(fēng) 圖1 2 熱壓自然通風(fēng) 1 2 2 熱壓通風(fēng)作用 空氣的密度變化和空氣的絕對(duì)溫度存在正比關(guān)系，而熱壓是由室內(nèi)外空氣的密度差 和進(jìn)出氣口的高度差引起的，即所謂的、煙囪效應(yīng)”。當(dāng)建筑室內(nèi)外的溫度和乙不同 時(shí)，其對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的空氣密度也分別為a 和脅，當(dāng)開口間的高度為日時(shí)，室內(nèi)外空氣密度 差就引起熱壓的計(jì)算公式如下【1 7 】； 只。，= 咖( 兒一n ) p a ( 1 3 ) 根據(jù)空氣的膨脹系數(shù)口的定義【1 8 】： 塵 口：一衛(wèi)；即勿= 一p 礎(chǔ) ( 1 4 ) d r 故得到熱壓公式： 屹= p ?？? 互一乃) ( 1 5 ) 式中：島室外空氣的密度，k g m 3 ； a 室內(nèi)空氣的密度，k 咖3 ； 4 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 g 重力加速度，n 以2 ； 乃- 室內(nèi)空氣的平均溫度值( 互 乃) ； 乏室外空氣的平均溫度值； 口空氣的熱膨脹系數(shù)( k - 1 ) ； 厚兩個(gè)開口處的高度，m 。 從式( 1 5 ) 也可以看出，室內(nèi)外的空氣密度差決定著熱壓的大小。室內(nèi)外的空氣密 度差又與室外環(huán)境的溫度和濕度有關(guān)。所以，室外的氣溫、相對(duì)濕度對(duì)熱壓通風(fēng)的影響 很大。如果室內(nèi)溫度高于室外，建筑物的上部分將會(huì)有較高的壓力，而下部存在較低的 壓力。當(dāng)這些位置存在孔口時(shí)，空氣通過較低的開口進(jìn)入，從上部開口流出，具體見圖 1 2 【1 8 】。 1 2 3 風(fēng)壓與熱壓共同作用 在多數(shù)情況下建筑中的自然通風(fēng)往往是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果。當(dāng)風(fēng)壓與熱壓 共同存在時(shí)，其各自作用的強(qiáng)度也不相同，風(fēng)壓的作用會(huì)對(duì)熱壓自然通風(fēng)起到兩方面的 影響：增益或抑制【1 9 1 ，即風(fēng)壓和熱壓作用流線相同時(shí)，相互增益；反之，則相互抑制， 具體見圖1 3 。 增益模式抑制模式 圖1 3 熱壓與風(fēng)壓共同作用下的自然通風(fēng) 1 3 自然通風(fēng)的主要研究方法和現(xiàn)狀 1 3 1 主要研究的方法 1 試驗(yàn)法 ( 1 ) 是風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn) 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)中主要是模擬建筑表面及建筑周 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【2 們。 第一章緒論 ( 2 ) 是示蹤氣體測(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。定濃度法，是指在測(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。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)。定濃度法用來處理驅(qū)動(dòng)力發(fā)生改變的通風(fēng)問題，而衰減法 常用來研究單一建筑物滲透通風(fēng)特性2 們。 ( 3 ) 是熱浮力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图夹g(shù) 鹽水試驗(yàn)由劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)、理論物理系和建筑系合作發(fā)展而來【2 0 1 。目前主要 有4 種技術(shù)：帶有加熱裝置的氣體模擬法( t l l eg 弱n 1 0 d e l i n gs y s t e m ，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)( t l l ew a t e r m o d e l i i l gs y s t e m ，以水作為介質(zhì)，有固定的加熱裝置) ；鹽水模擬法( t l l eb 血e w a t e r m o d e l i n g ，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)( af h l eb u b b l et c c h i l i c h e ，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) 【2 0 1 。熱浮力模型實(shí)驗(yàn)的缺點(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比較復(fù) 雜，可以通過改進(jìn)這4 種模擬方法或綜合這4 種模擬方法使之能模擬二力共同驅(qū)動(dòng)的自 然通風(fēng)【2 。 ( 4 ) p 試驗(yàn)方法 p 技術(shù)是由固體力學(xué)散斑法發(fā)展而來的，其原理是在流場(chǎng)中步示蹤粒子，用脈 沖激光片光源照射所要研究的流場(chǎng)區(qū)域，通過連續(xù)地多次曝光，粒子圖像被記錄在底片 上，再在用光學(xué)楊氏條紋法，自相關(guān)或相關(guān)逐點(diǎn)處理就可得到流場(chǎng)的分布2 2 1 。同時(shí)隨著 p 技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了m i c r 0 p i v 技術(shù)，與傳統(tǒng)p 相比，m i c r 0 p 裝置具有以下 特點(diǎn)：通過顯微光學(xué)系統(tǒng)拍攝微觀尺寸的流場(chǎng)圖像；光源采用全場(chǎng)照射方式；亞微米至 納米級(jí)熒光示蹤粒子和納米級(jí)示蹤粒子布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象明顯【2 3 1 。 2 傳統(tǒng)伯努利方程為基礎(chǔ)的研究 在直接利用自然通風(fēng)中的室外空氣同時(shí)受到風(fēng)壓、熱壓相互作用及各種計(jì)算理論展 開研究。由于驅(qū)動(dòng)力的之間的相互非線性關(guān)系使建筑的自然通風(fēng)的風(fēng)量計(jì)算非常復(fù)雜， 很多文獻(xiàn)給出了不通的自然通風(fēng)量的迭加計(jì)算模型【2 4 1 。 3 數(shù)值模擬法 ( 1 ) 網(wǎng)絡(luò)法 6 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 網(wǎng)絡(luò)法是從宏觀的角度對(duì)自然通風(fēng)進(jìn)行分析，主要用于自然通風(fēng)建筑設(shè)計(jì)的初期風(fēng) 量計(jì)算【2 5 】。國(guó)外廣泛應(yīng)用的有五個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型：j 佃a 單區(qū)模型、l b l 模型、趟o l o s 多 區(qū)模型、c o m i s 多區(qū)模型和c o n t 州模型。 ( 2 ) 區(qū)域模型方法 該方法的基本思想是：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 慮壓差和流動(dòng)的關(guān)系來研究房間內(nèi)溫度分布及流動(dòng)情況f 2 5 】。 ( 3 ) c f d 方法 c f d ( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n 鋤i c s ，計(jì)算流體力學(xué)) 可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為是在計(jì)算機(jī)里 的“虛擬”試驗(yàn)，來模擬仿真實(shí)際流體的流動(dòng)情況，并可以得到房間不同位置上的具體參 數(shù)分布【2 6 1 。國(guó)外對(duì)自然通風(fēng)的c f d 模擬主要是分別針對(duì)不同的氣流模式如：穿越通風(fēng)， 單側(cè)通風(fēng)，熱壓驅(qū)動(dòng)通風(fēng)進(jìn)行模擬，用于預(yù)測(cè)流場(chǎng)的指導(dǎo)設(shè)計(jì)和討論紊流模型的正確性。 本論文研究的是自然通風(fēng)領(lǐng)域，多解決的是低速、不可壓縮空氣湍流問題，1 選用 c f d 方法。此方法是基于連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程及紊流模型研究流體質(zhì)點(diǎn)的 運(yùn)動(dòng)與能量傳遞，通過數(shù)值求解得到室內(nèi)參數(shù)的分布情況。 ， 1 3 2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 自然通風(fēng)對(duì)室內(nèi)熱舒適研究屬于比較前沿的課題。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過c f d 方法 對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)來深入了解室內(nèi)熱環(huán)境和人體熱舒適的關(guān)系，其研 究如下： 文獻(xiàn)2 7 1 利用人體兩節(jié)點(diǎn)模型，模擬計(jì)算了人體與熱環(huán)境熱濕傳遞過程中人體周圍的 空氣溫度、濕度、空氣流速分布。 文獻(xiàn)2 8 1 將熱舒適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)p m v p p d 模型與建筑動(dòng)態(tài)熱模擬急計(jì)算流體力學(xué)模擬 相結(jié)合，對(duì)通風(fēng)房間進(jìn)行了室內(nèi)氣候及熱舒適性的模擬與分析。 文獻(xiàn)2 9 1 采用c m 方法對(duì)單區(qū)和兩區(qū)建筑的熱壓驅(qū)動(dòng)的單側(cè)通風(fēng)，在不同的室內(nèi)外溫 差、窗戶安裝高度的情況下，得出了室內(nèi)垂直溫度分布、通風(fēng)量及室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化 關(guān)系。 文獻(xiàn)通過c d 軟件對(duì)居民住宅自然通風(fēng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，通過對(duì)房間內(nèi)部 流場(chǎng)的分布，選擇通風(fēng)良好的布局進(jìn)而改善居住環(huán)境。 7 第一章緒論 文獻(xiàn)【3 l 】采用c f d 軟件對(duì)一個(gè)單面開口的自然通風(fēng)房間的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，其模 擬結(jié)果于實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)比較后發(fā)現(xiàn)自然通風(fēng)房間的溫度場(chǎng)分布均勻，并且上部溫度較 高。 文獻(xiàn)【3 2 】用c f d 仿真計(jì)算了一個(gè)單開口熱壓自然通風(fēng)辦公室的平均空氣年齡，并對(duì) 這個(gè)房間的熱舒適性和室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 文獻(xiàn)吲用c f d 軟件對(duì)重慶市某住宅樓進(jìn)行了風(fēng)環(huán)境和室內(nèi)流場(chǎng)、熱環(huán)境和熱舒適 模擬，比較不同開口形式的房間在相同室外自然風(fēng)條件下的熱環(huán)境，通過熱舒適試驗(yàn)數(shù) 據(jù)和分析結(jié)果，對(duì)熱舒適評(píng)價(jià)p m v 進(jìn)行修正。 文獻(xiàn)【3 4 】利用c f d 方法對(duì)成都某高校的自然通風(fēng)教學(xué)樓室內(nèi)的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)進(jìn)行 了模擬，對(duì)教室內(nèi)學(xué)生的熱舒適性做出了評(píng)價(jià)及比較分析。 文獻(xiàn)【3 5 】用c f d 方法分析了辦公建筑內(nèi)部空間的自然通風(fēng)狀況，利用室內(nèi)空氣年齡、 人體熱舒適指標(biāo)及室內(nèi)風(fēng)速分布狀況教訓(xùn)評(píng)價(jià)，為自然通風(fēng)設(shè)計(jì)做出參考結(jié)論。 文酬3 6 】通過c 脅方法模擬分析了3 種昆明候機(jī)廳的室外氣象參數(shù)下室內(nèi)的溫度場(chǎng)、 速度場(chǎng)、p m v 、p p d ，得到室外空氣作為冷源在昆明候機(jī)廳的可行性。 文獻(xiàn)【3 7 】通過c f d 方法對(duì)中庭流場(chǎng)做數(shù)值模擬，比較在不同風(fēng)速和溫度下的流場(chǎng)分 布，對(duì)影響室內(nèi)環(huán)境的因素進(jìn)行了分析。 1 4 本論文研究的方法和內(nèi)容 利用自然通風(fēng)降溫的節(jié)能性體現(xiàn)在充分利用自然通風(fēng)的作用，希望在夏季盡量利用 自然風(fēng)來冷卻建筑房間并帶走室內(nèi)的冷、濕負(fù)荷，在室內(nèi)人體的舒適得到滿足和室外溫 度容許的條件下不用空調(diào)，即要求確定通過自然通風(fēng)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行降溫而不需要使用空調(diào) 系統(tǒng)就可以使室內(nèi)人體的舒適得到滿足的那段時(shí)間。根據(jù)國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的在自然通風(fēng)建筑 中的熱舒適性理論下的自舒適性模型，找到在夏季每個(gè)月室內(nèi)人體所耐受溫度的最大值 對(duì)應(yīng)的室外溫度，并以此溫度和d e s t 軟件的給出的全年每天的日平均溫度做對(duì)比，當(dāng) 日平均溫度超過了此室外溫度，即此時(shí)室內(nèi)人體的舒適就得不到滿足而需要開啟空調(diào)。 這樣就可以充分利用自然通風(fēng)來減少空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間形成間歇性空調(diào)運(yùn)行，達(dá)到節(jié) 能目的。 本論文通過c f d 軟件的仿真技術(shù)，尋找西安市某一辦公建筑在自然通風(fēng)狀態(tài)下室 內(nèi)達(dá)到人體所能耐受溫度的最大值所對(duì)應(yīng)的室外溫度，并分析在定風(fēng)速、不同通風(fēng)方式 下室內(nèi)人體活動(dòng)區(qū)域的溫度場(chǎng)和速度流場(chǎng)，從而找到在夏季自然通風(fēng)建筑中耐受溫度的 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 范圍拓寬后的空調(diào)供冷時(shí)間，最后應(yīng)用建筑能耗分析軟件d e s t 模擬計(jì)算對(duì)比在夏季充 分利用自然通風(fēng)后的全年空調(diào)冷負(fù)荷。 本論文主要研究具體內(nèi)容如下： ( 1 ) 地區(qū)自然通風(fēng)具有節(jié)能潛力分析。鑒于自然通風(fēng)的潛力與地區(qū)氣候的適應(yīng)性有 很大的關(guān)系，依據(jù)清華大學(xué)建筑能耗分析軟件d e s t 得到西安市全年氣象參數(shù)，分析了 西安當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，得出結(jié)論：西安地區(qū)在夏季自然通風(fēng)具有顯著的節(jié)能潛力。 ( 2 ) 建立西安市自然通風(fēng)熱舒適評(píng)價(jià)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的在自然通風(fēng)建筑中的熱舒 適性理論提出的自舒適性模型，結(jié)合西安當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，建立西安市在自然通風(fēng)建筑 中的熱舒適評(píng)價(jià)和擴(kuò)寬后熱舒適溫度的區(qū)域，并找到在夏季中對(duì)應(yīng)6 月、8 月人體所能 耐受溫度的最大值。 ( 3 ) 考慮到室內(nèi)熱源、室外風(fēng)速、室外溫度等室內(nèi)外的影響因素，以西安市某辦公 建筑為例，取其一標(biāo)準(zhǔn)房間為模型，對(duì)微小風(fēng)速下的單側(cè)、雙側(cè)自然通風(fēng)，對(duì)應(yīng)不同室 外溫度，進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境的模擬計(jì)算，并分析室內(nèi)、室外溫度的溫差及所對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 其計(jì)算數(shù)據(jù)表明室外溫度和室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域的平均溫度二者間呈線性關(guān)系，通過最小二乘 法得到其一元線性回歸方程，并結(jié)合夏季每個(gè)月室內(nèi)人體所能耐受溫度的最大值，找到 此時(shí)對(duì)應(yīng)的室外溫度( 該溫度就是必須開啟或關(guān)閉空調(diào)對(duì)應(yīng)的溫度) 。并分析了其室內(nèi) 的溫度場(chǎng)、速度流場(chǎng)、壓力場(chǎng)及流量。另外，通過提高室外風(fēng)速，進(jìn)一步計(jì)算分析風(fēng)速 提高后雙側(cè)、單側(cè)自然通風(fēng)通風(fēng)效果的增強(qiáng)。 ( 4 ) 通過建筑能耗分析軟件d e s t 得到的西安市全年的日平均溫度，對(duì)6 月和8 月 做出當(dāng)月的日平均溫度分布圖，同時(shí)在圖中找出日平均溫度高于人體耐受溫度最大值的 那些天數(shù)，并設(shè)定在這些天里開啟空調(diào)。 ( 5 ) 以該辦公建筑為例，通過建筑能耗分析軟件d e s t 分別模擬在此辦公建筑規(guī)定 的供冷時(shí)間( 6 月1 日8 月3 0 日) 和充分利用自然通風(fēng)情況下的間歇性空調(diào)運(yùn)行的建筑全 年空調(diào)冷負(fù)荷，并對(duì)比其空調(diào)節(jié)能效率。 1 5 本論文研究工具 在自然通風(fēng)的研究與設(shè)計(jì)過程中，需借助于現(xiàn)有的分析流體流動(dòng)和能量的軟件。目前 可應(yīng)用于分析自然通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)特性和熱特性的常見軟件有：c o n r 刪，c f x ， n a t v e n t ，c o m i s ，f d a - p ，f l u e m ，c 髓m ，f l o v e n t ，m ，b r e 與s t a r c d ，b l a s t ， d o e 2 ，e s p r 等。 9 第一章緒論 在對(duì)建筑環(huán)境和控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬的建筑模擬軟件常見的有：b l a s t ，d o e - 2 ， 啉s y s ，h v a c s d 江，e n e r - w n9 7 0 2 版本，h a s p ，e n 唧l u s ，d e s t 。 本論文采用了f l u e i l t 6 2 軟件對(duì)自然通風(fēng)作用下室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域的熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模 擬分析，數(shù)值計(jì)算結(jié)果一部分直接利用f 1 u e l l t 軟件自行處理，一部分利用o r i g i n 6 1 軟 件處理。同時(shí)，在對(duì)建筑的全年空調(diào)冷負(fù)荷的能耗分析中使用了清華大學(xué)的建筑能耗分 析軟件d e s t 。 1 6 小結(jié) 本章首先提出了空調(diào)能耗在國(guó)家總能耗中所占的主要地位和空調(diào)的普及帶來的環(huán) 境和健康問題，引出了自然通風(fēng)在降低能耗和滿足人體健康及對(duì)自然的心理需求上的深 遠(yuǎn)意義。同時(shí)簡(jiǎn)單的介紹了自然通風(fēng)的方式、主要研究方法和國(guó)內(nèi)外對(duì)自然通風(fēng)的研究 現(xiàn)狀，說明了本論文對(duì)夏季在室內(nèi)人體耐受的溫度范圍內(nèi)采用自然通風(fēng)從而縮短空調(diào)使 用時(shí)間的節(jié)能作用及對(duì)本論文的采用的研究方法和內(nèi)容的闡述。 l o 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章西安市地區(qū)利用自然通風(fēng)的潛力 自然通風(fēng)潛力( n a n u a lv e i l t i l a t i o np o t e n t i a l ，n 汗) 是指僅依靠自然通風(fēng)就可確保室 內(nèi)有可接受的空氣品質(zhì)和熱舒適性的潛力，其最重要的影響因素是由地區(qū)氣候的適宜性 決定的【3 8 】。 2 1 西安市地理、氣候條件概況 古城西安，位于關(guān)中平原中部，南依秦嶺，北臨渭水。西安地處我國(guó)內(nèi)陸中緯度地 區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)1 0 8 0 1 5 ，北緯3 4 0 1 5 。其中北緯3 4 度，太陽(yáng)的高度角夏至最大， 為7 9 0 1 l ；冬至最小，為3 2 0 1 9 。西安年太陽(yáng)總輻射量為1 1 5 0 4 千卡厘米2 。一年中太 陽(yáng)輻射的月分配6 月最多，為1 4 4 6 千卡厘米2 ，1 2 月最少為5 5 9 千卡厘米2 。6 月以 后總輻射量逐月減少，到1 2 月為最低，隨后逐月增加至次年6 月最大。但同時(shí)西安受 到地理位置限制，四季多風(fēng)沙，大氣中含有的塵埃較多，大氣的透明度不高，故散射作 用較強(qiáng)，相對(duì)的消弱了太陽(yáng)輻射【3 9 1 。 西安位于歐亞大陸橋的心臟和中國(guó)地理中心位置，屬暖溫帶半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣 候區(qū)?！懊裼媒ㄖ峁ぴO(shè)計(jì)規(guī)范”( g b 5 0 1 7 6 9 3 ) 從建筑熱工設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，以最冷月 和最熱月的平均溫度為主要指標(biāo)，以日平均溫度小于5 和大于2 5 的天數(shù)為輔助指標(biāo)， 將全國(guó)分為5 個(gè)區(qū)，其中西安處于寒冷地區(qū)。西安四季分明。冬夏較長(zhǎng)，春秋較短。春 季氣溫回升很快，夏季氣溫迅速下降，夏季較熱，冬季寒冷，由于受地形影響，西安全 年多東北風(fēng)，年平均風(fēng)速1 8 2 2 “s 。 西安市氣溫年較差較大，為2 7 2 9 春天溫度高于秋季，溫度回升很快并且不穩(wěn) 定，秋季溫度下降迅速，各月氣溫年際變化大。西安氣溫月際變化以秋季最大，春季次 之，夏季最小。西安氣溫日變化較大，多年平均日較差在1 0 1 1 之間，屬6 月氣溫日 較差最大，在1 2 5 1 4 。 2 2d e s t 動(dòng)態(tài)模擬的室外氣象計(jì)算參數(shù) d e s t 中的室外氣象計(jì)算參數(shù)采用了西安地區(qū)典型氣象年的室外氣象參數(shù)，該軟件 數(shù)據(jù)庫(kù)所有的氣象數(shù)據(jù)是基于中國(guó)國(guó)家氣象局對(duì)2 7 0 個(gè)臺(tái)站1 9 7 1 2 0 0 3 年的實(shí)測(cè)數(shù) 據(jù)，通過清華大學(xué)經(jīng)多年研究的專門氣象軟件m c d p h a 據(jù)隨機(jī)算法模擬計(jì)算生成的氣象 參數(shù)，其計(jì)算范圍覆蓋全國(guó)大部地區(qū)。西安市全年主要?dú)庀髤?shù)如圖2 1 、2 2 、2 3 、2 4 。 第二章西安市地區(qū)利用自然通風(fēng)的潸力 麗甬麗酉百1 叫f h m m 曠一口m 目齜l u m l 馘l l j 囤21 西安市全年室外逐時(shí)干球溫度 i 一 ； _ l 一 _ i _ d 5 o t e口lol il 2 月口 田22 西安市各月平均干球溫度 圖23 西安市最熱月室外溫度曲線 長(zhǎng)安丈學(xué)碩學(xué)論文 圖24 西安市最掙月室外溫度曲線 1 御 全年溫度分布統(tǒng)計(jì)目 h 。， 一 一1 2 。v 一一 i 1 咖 一 車唧 - g6 0 。 一 目蝴 刪 _ 一_一 。f 球a 度范匿( ) ；。i ；蕞?！??！? “5 ”5 圉2 5 西安市全年溫度分布統(tǒng)計(jì)圖 23 西安市夏季空調(diào)季自然通風(fēng)潛力分析 西安市夏季炎熱多雨，空氣相對(duì)濕度7 左右，日較差比較大，其中以6 月為最。 西安的年較差比較大過渡季也比較長(zhǎng)，在過渡季時(shí)候可以通過自然通風(fēng)來緩解國(guó)家供 電系統(tǒng)的壓力。5 月和9 月溫度尤為溫和，完全可隊(duì)通過自然通風(fēng)對(duì)建筑進(jìn)行降溫。進(jìn)入 6 月，氣溫上升，可以通過自然通風(fēng)降溫使室內(nèi)人體的舒適得到滿足而形成間歇性的空調(diào) 運(yùn)行。7 月是全年晟熱月，平均氣溫高達(dá)2 66 8 ，是完全需要借用空調(diào)降溫使室內(nèi)人體 舒適得到滿足。到達(dá)8 月，氣溫下降，可以利用自然通風(fēng)形成間歇性空調(diào)供冷。西安全 年風(fēng)速較大，全年平均風(fēng)速為18 22 州s ，夏季平均風(fēng)速為18 毗，為有效利用自然通 風(fēng)為建筑室內(nèi)降溫提供了有利的條件。 楊柳教授對(duì)西安市地區(qū)的氣候做了詳細(xì)的分析：西安市在夏季的6 、7 、8 月的熱、 濕問題比較突出，其中利用自然通風(fēng)可以解決夏季2 ，3 時(shí)間的過熱問題，一年中大約有 第二章西安市地區(qū)利用自然通風(fēng)的潛力 1 5 的時(shí)間可以通過自然通風(fēng)獲得室內(nèi)熱舒適，有5 的時(shí)間需要空調(diào)降溫。同時(shí)還提 出，夏季通過自然通風(fēng)以及必要的遮陽(yáng)措施可以達(dá)到降溫的目的，可以減少空調(diào)的使用 時(shí)間甚至不用空調(diào)枷。 2 4 小結(jié) 通過對(duì)西安市的地區(qū)氣候的全面分析，并結(jié)合建筑科技大學(xué)楊柳教授對(duì)西安市氣候 的研究，得出結(jié)論：西安市在夏季是具有自然通風(fēng)潛力的。 1 4 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章西安市地區(qū)自然通風(fēng)的熱舒適評(píng)價(jià) 3 1 自然通風(fēng)建筑室內(nèi)熱舒適標(biāo)準(zhǔn) 本章以國(guó)際上公認(rèn)的適應(yīng)性模型( a d 印t i v ei n o d e lo f m e m a lc o m f o r t ) 為基礎(chǔ)， 針對(duì)西安市的氣候?qū)κ覂?nèi)熱舒適溫度的影響，找到西安市在夏季的6 月和8 月 人體所能耐受的溫度的最大值。 3 1 1 舒適度的簡(jiǎn)介 全球熱舒適數(shù)據(jù)庫(kù)( a s 腿a e ) 標(biāo)準(zhǔn)5 5 一人類居所的熱環(huán)境條件的目的是“詳 細(xì)說明了室內(nèi)空間環(huán)境與個(gè)人因素的組合使在這個(gè)空間內(nèi)8 0 或更多人員接受 熱環(huán)境條件”【4 1 1 。a s 黜標(biāo)準(zhǔn)5 5 基于人體熱平衡模型和a s 腿a e 七點(diǎn)標(biāo)度為 出發(fā)點(diǎn)，假設(shè)出四個(gè)環(huán)境因素( 溫度、熱輻射、濕度、氣流速度) 和兩個(gè)個(gè)人 因素( 衣著和活動(dòng)) 完全影響著熱感覺，即丹麥教授f 鋤g e r 著名的p m v 熱舒適 理論【4 2 】。f 孤g e r 教授進(jìn)行了大量的人體生理試驗(yàn)，結(jié)合人體熱平衡方程中的熱舒 適方程，用一個(gè)指標(biāo)函數(shù)將反映人體客觀生理現(xiàn)象的人體熱負(fù)荷與人的主觀感 覺聯(lián)系起來，較為合理地反映了人體的主觀感覺和客觀物理狀態(tài)之間的關(guān)系， 同時(shí)還通過經(jīng)驗(yàn)公式得到了熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)中的人體預(yù)測(cè)平均投票數(shù)( p m v ) 和預(yù)測(cè)不滿意百分?jǐn)?shù)( p p d ，成為在穩(wěn)態(tài)空調(diào)環(huán)境下評(píng)價(jià)人體熱感覺的公認(rèn)的國(guó) 際通用指標(biāo)和熱舒適標(biāo)準(zhǔn)a s 陽(yáng)文a e 5 5 和i s 0 7 7 3 0 的基礎(chǔ)【4 2 1 。 3 1 2 舒適度的發(fā)展 人們?cè)谡{(diào)查和研究中發(fā)展，傳統(tǒng)的p m v 的熱舒適理論對(duì)于空調(diào)( h v a c ) 建筑 的預(yù)測(cè)曲線和基于調(diào)節(jié)模型的曲線吻合的很好，但在對(duì)自然通風(fēng)( n v ) 建筑中的 預(yù)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)有較大差異【4 2 1 。于是，現(xiàn)在在熱舒適研究領(lǐng)域提出了p 修正模型 和適應(yīng)模型，可以對(duì)自然通風(fēng)環(huán)境和空調(diào)穩(wěn)態(tài)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行更加細(xì)致的分析。 我們?cè)谶@里分析的是適應(yīng)性模型。熱舒適性的發(fā)展適應(yīng)性模型認(rèn)為，人不僅是 環(huán)境的被動(dòng)接受者，更是環(huán)境的積極適應(yīng)者，人可以感受環(huán)境、改變行為以適 應(yīng)環(huán)境并進(jìn)行自我調(diào)節(jié)對(duì)環(huán)境的期望。人們的適應(yīng)性使人們?cè)趯?shí)際建筑中可以 忍受更高的溫度，從而使自然通風(fēng)建筑的熱舒適區(qū)域要寬于空調(diào)建筑凇】。 第三章西安市地區(qū)自然通風(fēng)的熱舒適評(píng)價(jià) 熱舒適理論的研究人員通過多年、多地區(qū)和多氣候類型的調(diào)查數(shù)據(jù)，分析 出了室內(nèi)熱中性溫度和室外氣候的聯(lián)系，應(yīng)用與自然通風(fēng)建筑熱舒適評(píng)價(jià)并作 為適應(yīng)模型的適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)( a d a p t i ”s l 姐d a r d ) 。在建筑類型的劃分主要有兩種觀點(diǎn)： d 酣e a r 的自然通風(fēng)建筑和h 啪曲e y s 的自由運(yùn)行模型”。本論文主要闡述d 甜e a r 的自然通風(fēng)建筑。 澳大利亞學(xué)者d e d e 缸分析了a s 蚴全球熱舒適數(shù)據(jù)庫(kù)( a s m r p 一8 8 4 ) 建立了“氣候適應(yīng)性模型”，并以此作為a s 黜5 5 - 9 2 標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。此適應(yīng)模型 提出了將室內(nèi)人體的最優(yōu)舒適溫度( 在自然通風(fēng)建筑中等于中性溫度) 和室外 月平均溫度( 月平均最高溫度和最低溫度的代數(shù)平均值) 聯(lián)系起來，并得出了 一個(gè)線性回歸公式即】，如下： o “= o3 l f + 1 78 ( 3t ) 式中：鈿- 室內(nèi)人體晟佳舒適溫度，； 一一室外月平均溫度，。 同時(shí)認(rèn)為，在建筑的設(shè)計(jì)初始階段，對(duì)比建筑熱環(huán)境模擬計(jì)算出的室內(nèi)自 然室溫和上式計(jì)算數(shù)據(jù)，可以確定利用自然通風(fēng)是否能達(dá)到室內(nèi)熱環(huán)境的舒適 狀態(tài)和是否使用空調(diào)系統(tǒng)。同時(shí)對(duì)每個(gè)自然通風(fēng)建筑的熱感覺回歸模型應(yīng)用0 5 和0 舟5 的標(biāo)準(zhǔn)，作為一個(gè)產(chǎn)生9 0 到8 0 可接受性的舒適區(qū)域的室內(nèi)操作溫 度的功能，見圖3 1 。 圈3 1舒適溫度的8 0 和9 0 的可接受區(qū)域 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 在數(shù)值計(jì)算上，平均那些橫跨整個(gè)自然通風(fēng)建筑的舒適區(qū)域的寬度，產(chǎn)生了一個(gè)相 對(duì)于9 0 可接受性的5 和相對(duì)于8 0 可接受性的7 的平均舒適區(qū)域帶，并都集中 在最優(yōu)的舒適溫度區(qū)。 3 1 3 熱舒適在我國(guó)的研究 我國(guó)已開展的人體舒適度的預(yù)報(bào)和研究工作也非常的廣泛。清華大學(xué)夏一哉博士現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)試調(diào)查了北京8 8 戶自然通風(fēng)居住的住宅得到：普通住宅的熱環(huán)境基本處于 a s h r a e 舒適區(qū)之外，8 0 的住戶可接受的熱環(huán)境對(duì)應(yīng)的e t ( 新有效舒適溫度) 上 限為3 0 。清華大學(xué)賈慶賢等人選擇各種不同吹風(fēng)方式進(jìn)行了調(diào)查評(píng)價(jià)，討論了自然 風(fēng)和機(jī)械風(fēng)在湍流、速度分布、頻譜參數(shù)上的不相似并分析了其原因【4 3 1 。李曉鋒等對(duì)某 會(huì)議室的自然通風(fēng)用示蹤氣體濃度衰減法做了實(shí)測(cè)研究并分析了換氣次數(shù)的影響因素 和其方法放入正確性【棚。西安建筑科技大學(xué)楊柳教授與日本國(guó)東北大學(xué)對(duì)我國(guó)5 個(gè)代表 城市的住宅建筑，分別進(jìn)行了冬季和夏季的室內(nèi)外氣候狀況、人體的主觀熱反應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng) 測(cè)試和問卷調(diào)查，參照a u l i c i e n s 建筑的中性溫度的一元線性回歸方程得到了我國(guó)不同 地區(qū)的熱舒適模型【4 5 】。 3 2 西安市自然通風(fēng)熱舒適中性溫度及熱舒適區(qū) 3 2 1 自然通風(fēng)的中性溫度 通過d e d e a r 的自然通風(fēng)建筑的熱舒適回歸公式( 3 1 ) 中的室外月平均溫度和中性溫 度，并結(jié)合圖2 2 中d e s t 建筑能耗分析軟件給出的西安市累年月平均氣象數(shù)據(jù)，得 出西安市夏季每個(gè)月在自然通風(fēng)條件下的中性溫度和人體所能耐受溫度的最大值，其具