居住建筑论文：贵州建筑通风设计研究

居住建筑论文：贵州建筑通风设计研究居住建筑论文：贵州建筑通风设计研究 本文作者：张真真、王厚华、郭锐 单位：重庆大学 据研究，贵阳市居民对夏季居住热环境的舒适性基本 上是满意的，通过开窗通风或者风扇即可满足大部分时间 室内人员对热舒适的要求，此外，贵阳市拥有空调的居民 中，空调的使用率较低且使用时间不超过一个月5 。通 过对中国建筑热环境分析专用气象数据集 10的分析 发现，贵阳市整个夏季(6 月8 月)仅有 83%的时间室外 温度超过 28，如果能够辅助适当的通风，居住房间在这 些温度下是可以不开空调的。由贵州省居住建筑节能设 计标准(DBJ52/49XX)11可知:毕节、贵阳、兴义和 遵义最热月的平均温度分别为 218、240、224 和 253，夏季空调天数分别为 0d、11d、0d、24d。从 这些数据可以初步判定，毕节和兴义地区夏季不开空调即 可满足热舒适要求。基于贵州省气象资料10所得出夏 季室外干球温度在不同范围的分布百分比见表 1。从表 1 中 干球温度数据可知:贵州省 4 个城市夏季室外大部分时间处 于 1828舒适范围区。本文通过设定自然通风和机械通 风下的热舒适范围，分析不同城市居住建筑夏季通风的有 效性。 评价指标及原理 1 评价指标 ClimateConsultant 是加利福尼亚大学开发的一款被动 式设计软件12 ，可以用来分析遮阳、建筑蓄热性、自然 通风、机械通风等 15 项设计策略的适用性，并能计算各项 措施在各月或者全年的逐时有效时间。这里的“有效时间” 是指在理想的情况下，纯粹依靠所设定的设计策略(如自然 通风、机械通风等)，能够使室内热环境达到舒适范围的时 间数，单位为 h。有效时间占全天或整月的比例称为日有效 时间比(d)或月有效时间比(m)。设计措施能够转化的 有效时间越长，该措施的有效性就越大。 2 计算原理 ClimateConsultant 软件利用湿度图对室外环境进行有 针对性的分析。通过导入目标城市的气候数据，设定不同 的热舒适有效范围，将采用不同措施后室内环境参数表示 在湿度图上，通过计算即可方便看出各种措施下的有效时 间。该软件关于气象数据的分析分为全年逐时数据点分析 和日最高最低数据点分析。为了研究贵州地区夏季通风的 有效性，本文对 4 个典型城市 6 月8 月的室外气象资料进 行逐时数据点的计算分析。中国民用建筑室内热湿环境 评价标准 13规定:非人工冷热源(未使用采暖、空调等)可 接受室内舒适温度范围为 1828，同时将湿度上限定为 80%，这里的热舒适是指考虑到室内新风量满足设计要求的 情况下，人体能感觉到舒适的温度范围。考虑到非人工冷 源下(仅采用自然通风或机械通风)人体可接受的湿度范围 会有所增加，将自然通风和机械通风下人体可接受的室内 湿度上限定为 90%。ClimateConsultant 软件中设计策略的 控制条件设置如下:热舒适下室内控制条件:温度范围 1828;最大相对湿度 80%;最小露点温度 22。自然 通风下室内控制条件:室内有效风速范围 0220m/s;最 大相对湿度 90%;最大湿球温度 228;人体可接受的最大 温升 42。 机械通风下室内控制条件:室内有效风速范围 0220m/s;最大相对湿度 90%;最大湿球温度 228; 最大机械送风速度 20m/s;人体可接受的最大温升 49。 根据 ASHRAEStandard55XX14可知:当风速为最小有效 风速 02m/s 时，自然通风和机械通风下人体可接受的最 大温升均为 0;当风速达到最大舒适风速 20m/s 时，自 然通风和机械通风下人体可感知的最大温升分别为 42 和 49。也就是说，自然通风和机械通风下室内有效温 度的范围分别为 180322和 180329。自然 通风与机械通风不同之处在于:自然通风下室内风速主要取 决于室外气流速度，即使室外其他参数值落在自然通风有 效范围内，如果风速太小或太大均不能计为有效时间。机 械通风则不同，室外风速不再是影响通风效果的因素，而 且同样的送风速度下，机械通风和自然通风下人体可感知 的最大温降是不同的。 贵州省不同城市夏季通风有效性分析 贵州省不同代表性城市夏季室外气象条件差异很大， 例如，毕节夏季晚上 22:00 以后到上午 10:00 以前室外温 度大部分时间低于 18，不需要开空调。为了避免夏季室 外干球温度在 18以下时刻对有效时间百分比的影响，毕 节有效时间和有效时间百分比的计算时间控制在 10:00 到 22:00 之间。同理，兴义的计算时间控制在 10:00 到 24:00 之间。由表 1 可知:贵阳和遵义室外空气温度在 18以下的 时刻相对较少，这两个城市计算时间定为全天 24h。采用自 然通风和机械通风措施后，热舒适区域相应拓宽，落在热 舒适区域的时间段也有了明显的增加。自然通风时，不同 城市夏季日有效时间百分比散点分布图如图 1 所示，毕节 地区的日有效时间比分布较散，主要分布在 20%60%，60% 以上也有一部分分布值。其他 3 个城市的散点分布相对较 集中，大都分布在 0%40%，因此，自然通风在毕节地区有 相对更好的应用潜力。不采用通风措施时，4 个城市夏季室 内处于热舒适范围的有效时间比相对较小。当采用自然通 风和机械通风措施后，4 个城市 6 月8 月的月有效时间比 见表 2 和表 3。在夏季，自然通风的平均有效时间比分别为:毕 节 440%、贵阳 257%、兴义 219%、遵义 211%。采 用自然通风后各个城市室内热环境有了很大改善，尤其是 毕节地区，由原先的 31%上升到了 440%。由于夏凉冬 冷地区夜间室外气温较低，通过墙体蓄冷可以减少部分白 天负荷。因此，毕节地区如果建筑布局合理，自然通风结 合适当的机械辅助通风基本上可以替代夏季空调的使用。 贵阳、兴义和遵义地区自然通风的有效时间相对于热舒适 的有效时间有了很大改善，然而，要想替代夏季空调满足 室内人员要求尚且不能达到很好的效果，因此，需要考虑 机械辅助通风。由表 3 可知:采用机械通风后，各个城市的 有效时间比相对于自然通风有了很大的改善。贵阳市 7 月 份最高已经达到了 874%，夏季的有效时间比也由最初的 13%上升到了 851%;兴义地区夏季的有效时间百分比也 达到了 808%，可见，机械通风对于贵阳和兴义地区来说 可以有效地改善夏季室内热环境。如果能够设置合理的送 风方式和气流组织形式，基本上可以取代空调降低夏季建 筑能耗。对于遵义地区来说，采用机械通风后也有了一定 的改善，有效时间比上升到了 516%。虽然不像贵阳和兴 义地区那样可以达到 80%以上，但如果合理地利用通风，可 以相对减少空调开启时间。 结论 本文针对贵州省不同气候条件下的 4 个代表性城市的 通风有效性进行了分析，研究表明:在贵州省大部分地区， 居住建筑基本上可以采用自然通风或机械通风的形式来维 持室内的热舒适性要求。采用通风代替空调不仅节能效果 显著，而且可以使室内空气品质得到大幅度的提高，更有 利于人体健康。