建筑夜間通風(fēng)降溫研究進(jìn)展

于浩

摘 要：在建筑運(yùn)行和應(yīng)用的過(guò)程中，夜間通風(fēng)降溫是一個(gè)非常重要的內(nèi)容，在本文當(dāng)中我們要從夜間通風(fēng)降溫技術(shù)的原理作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)其涉及到的一些相對(duì)比較重要的研究領(lǐng)域進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和探究，同時(shí)對(duì)其研究的現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。本文主要分析了建筑夜間通風(fēng)降溫研究進(jìn)展，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：被動(dòng)式降溫；夜間通風(fēng)；建筑節(jié)能

當(dāng)前，我國(guó)的空調(diào)使用率呈每年20%的速度在增長(zhǎng)，在夏季，空調(diào)的負(fù)荷已經(jīng)占到了所有電力負(fù)荷的3-5成，所以在建筑節(jié)能的工作中，采取有效的措施不斷的減少空調(diào)所產(chǎn)生的能耗就成為了一個(gè)非常關(guān)鍵的內(nèi)容，在這樣的情況下，采用可再生能源被動(dòng)式降溫技術(shù)也成為了建筑行業(yè)當(dāng)前非常關(guān)心和關(guān)注的內(nèi)容。在這之中，采用大量夜間的涼風(fēng)來(lái)降低室內(nèi)空氣以及建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度也成為了一種非常常見(jiàn)的降溫方式，這樣的降溫技術(shù)通常也被人們成為夜間通風(fēng)降溫技術(shù)。

1 夜間通風(fēng)降溫的原理分析

夜間通風(fēng)降溫和建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)、遮陽(yáng)設(shè)計(jì)、蒸發(fā)冷卻設(shè)計(jì)等都有著非常相似的地方，它們都屬于是建筑被動(dòng)降溫的設(shè)計(jì)范疇，實(shí)際上就是說(shuō)就是白天將門(mén)窗保持在一個(gè)緊閉的狀態(tài)，對(duì)通風(fēng)進(jìn)行全面的限制，這樣就可以十分有效的使得太陽(yáng)風(fēng)熱的強(qiáng)度也受到了限制作用，防止在這一過(guò)程中產(chǎn)生熱氣流，這樣也就水的室內(nèi)氣溫上升的幅度得到了控制，這樣也就減少了室內(nèi)存蓄的熱量。之后夜間的時(shí)候?qū)⑹覂?nèi)干冷的空氣引進(jìn)到室內(nèi)，這樣也就可以降低室內(nèi)的空氣溫度以及相對(duì)的濕度，排除由于室內(nèi)蓄熱出現(xiàn)的溫度過(guò)高的問(wèn)題。

夜間通風(fēng)的降溫效果和建筑物當(dāng)中的蓄熱體存在著十分密切的關(guān)聯(lián)性，不同級(jí)別的蓄熱體對(duì)于室溫的影響是十分顯著的，同時(shí)其對(duì)室內(nèi)的舒適度也起到了十分積極的作用。

2 夜間通風(fēng)研究進(jìn)展

2.1 夜間通風(fēng)氣候潛力

夜間通風(fēng)氣候潛力通常就是指一個(gè)地區(qū)的氣候?qū)τ谝归g通風(fēng)被動(dòng)式降溫作用本身的適用性，在表達(dá)的過(guò)程中，我們可以采用生物氣候圖。研究人員采用熱力指標(biāo)來(lái)對(duì)人們舒適性要求進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，從而也就更好的確定了營(yíng)造舒適環(huán)境前提下的建筑設(shè)計(jì)形式，這樣一來(lái)也就給出了通風(fēng)的具體方法，給出了可以達(dá)到舒適氣候的一個(gè)區(qū)間，這種方法在發(fā)展的過(guò)程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

夜間通風(fēng)潛力還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法來(lái)獲取，研究人員在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析之后發(fā)現(xiàn)，在建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫相對(duì)較好，蓄熱性能也能達(dá)到其要求的前提之下，夜間通風(fēng)建筑室內(nèi)溫度的最高值和室外溫度最高值的差值為室外空氣溫度日振幅的50%，那也就充分的證明，當(dāng)建筑達(dá)到了以上條件之后，室內(nèi)溫度的最高值也可以達(dá)到室外溫度的平均數(shù)值。

研究人員提出了一種新的預(yù)測(cè)方式，這種方法被人們叫做CCP法，它通常就是指在完全不用考量建筑參數(shù)的條件下，對(duì)某一個(gè)特定氣候條件下，某個(gè)時(shí)間段的夜間通風(fēng)潛力進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，這樣的方法可以非常準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)夜間通風(fēng)氣候的潛力。

2.2 通風(fēng)降溫影響因素分析

影響夜間通風(fēng)降溫效果的因素主要可以分成三類(lèi)，一種是室外氣象參數(shù)，其中有太陽(yáng)輻射、室外空氣溫度濕度、室外的風(fēng)俗和風(fēng)向，建筑參數(shù)主要有維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)，材料和材料層蓄熱系數(shù)等等。再次是其他的參數(shù)，比如通風(fēng)的時(shí)間和夜間通風(fēng)的通風(fēng)方式以及通風(fēng)的方式。

研究人員采用的是綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的方式對(duì)夜間通風(fēng)問(wèn)題對(duì)其進(jìn)行了全面的分析，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果充分的證明，夜間通風(fēng)的效果和夜間室內(nèi)外的溫差、有效氣流速度和建筑的熱容量有著十分密切的聯(lián)系，還有一些研究人員用專(zhuān)業(yè)的軟件模擬了以色列4個(gè)濕熱地區(qū)在夏季夜間的具體通風(fēng)情況，在研究結(jié)果中也充分的證明，在這一地區(qū)當(dāng)中，夜間通風(fēng)的效果和維護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱、通風(fēng)換氣次數(shù)以及晝夜溫差有著十分密切的關(guān)聯(lián)。

2.3 間通風(fēng)與蓄熱

為了降低室內(nèi)空氣溫度和負(fù)荷峰值并將最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間后移，可以采用建筑外部和內(nèi)部的蓄熱體來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。研究人員在佛羅里達(dá)州Jacksonville地區(qū)的一棟辦公建筑中驗(yàn)證了蓄熱體的作用。蓄熱的目標(biāo)是在夜間和周末為建筑預(yù)冷以降低白天的空調(diào)負(fù)荷。白天的蓄熱能力被考慮在負(fù)荷計(jì)算方法當(dāng)中。結(jié)果顯示，這種方式可減少約18%的制冷能耗。

對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以提供有效的證明，但是對(duì)于實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程而言，可能更需要一些容易使用的設(shè)計(jì)工具。目前，考慮建筑蓄熱對(duì)室內(nèi)環(huán)境影響的工具比較多，有些比較復(fù)雜，需要具備較高的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)才能夠完成，但也有一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)工具，它們對(duì)于在建筑設(shè)計(jì)初期進(jìn)行蓄熱性能的評(píng)價(jià)有很好的作用。BRE方法，考慮蓄熱體的作用引入了蓄熱作用系數(shù)MEC研發(fā)了一種用于計(jì)算夏季室內(nèi)峰值溫度的方法。該方法引入了穿透系數(shù)（admittancefactor）這個(gè)概念，制作了一系列的表格供使用者填寫(xiě)，適用于辦公建筑的計(jì)算。研究人員編制了一套簡(jiǎn)單的用于模擬熱壓夜間通風(fēng)的計(jì)算程序。該計(jì)算程序引入了一個(gè)新的參數(shù)，稱(chēng)為材料的熱擴(kuò)散率TE（thermaleffusivity）。該參數(shù)表示了當(dāng)一個(gè)表面受到熱流作用時(shí)，材料表面的反應(yīng)。通過(guò)對(duì)一個(gè)夜間通風(fēng)單開(kāi)口建筑的實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。

ASHRAE采用了一種簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)方法來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)方法需要設(shè)計(jì)者手算一些方程，蓄熱的作用通過(guò)一系列的參數(shù)體現(xiàn)出來(lái)。這些參數(shù)包括冷負(fù)荷溫差和冷負(fù)荷系數(shù)等。

2.4 夜間通風(fēng)與通風(fēng)換氣量

夜間通風(fēng)可以采取自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)或混合通風(fēng)的方式。大部分的夜間通風(fēng)采用第一種方式或第三種方式。無(wú)論是采用這兩種方式中的哪一種，一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是要確定房間的通風(fēng)換氣量。房間通風(fēng)的動(dòng)力可能是風(fēng)壓、熱壓、機(jī)械動(dòng)力產(chǎn)生的壓頭或者是它們的組合，這使房間通風(fēng)量的確定成了比較復(fù)雜的問(wèn)題。眾多的學(xué)者都對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探討。研究人員引入了阻力模型用于分析自然通風(fēng)建筑流動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，目前很多研究都基于這種阻力模型。研究人員對(duì)通風(fēng)、滲透和內(nèi)部空氣交換以及流體經(jīng)過(guò)窗口的模型進(jìn)行了歸納總結(jié)。在自然通風(fēng)的網(wǎng)絡(luò)模型中，開(kāi)口的流量系數(shù)通常是不容易獲得的。基于阻力模型的多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，目前不同國(guó)家的學(xué)者已開(kāi)發(fā)了多種此類(lèi)軟件，比較著名的有COMIS，CONTAM系列，BREEZE， Nat Vent， PASSPORT Plus， AIOLOS等。除了宏觀的氣流組織，一些微觀的氣流分布也需要考慮，這可以借助CFD模擬或測(cè)試的方法來(lái)獲得。

結(jié)束語(yǔ)

夜間通風(fēng)在長(zhǎng)期的研究當(dāng)中充分的證明其是一個(gè)十分科學(xué)有效的降溫方式，但是，在我國(guó)建筑發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)這種降溫方式主動(dòng)利用的程度還不是很高。對(duì)于商業(yè)和辦公用途的建筑來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)的應(yīng)用是具備良好條件的，如果我們可以科學(xué)的應(yīng)用室外的氣候，引入夜間通風(fēng)降溫技術(shù)，將會(huì)十分明顯的減少空調(diào)機(jī)所產(chǎn)生的能耗，這樣也就使得室內(nèi)的舒適度能夠得到十分顯著的提高?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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