夜間通風(fēng)降溫技術(shù)在建筑中的應(yīng)用研究

王夢(mèng)月，孔令今

(山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，濟(jì)南250101)

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)能源供給形勢(shì)嚴(yán)峻。對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，降低空調(diào)能耗是當(dāng)前必須考慮的問題。對(duì)于空調(diào)房間，除了采用主動(dòng)降溫技術(shù)外，一些被動(dòng)降溫技術(shù)也應(yīng)考慮在內(nèi)，其對(duì)節(jié)能降耗起到很大的作用。夜間通風(fēng)是一種有效的被動(dòng)式降溫方式，利用周圍環(huán)境的冷空氣作為熱容來降低室內(nèi)空氣溫度和降低建筑構(gòu)件溫度，并將建筑構(gòu)件中儲(chǔ)存的熱量排放到室外環(huán)境中，以改善室內(nèi)舒適度。

2 夜間通風(fēng)研究進(jìn)展

夜間通風(fēng)研究主要內(nèi)容為不同氣候類型、不同建筑形式對(duì)夜間通風(fēng)降溫效果的影響。最初對(duì)夜間通風(fēng)的研究主要采用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，通過分析獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而得出不同因素對(duì)夜間通風(fēng)的影響，在此基礎(chǔ)上提出一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。近些年，隨著仿真模擬技術(shù)的成熟與推廣，可以通過仿真模擬設(shè)置相關(guān)參數(shù)和邊界條件，進(jìn)一步模擬夜間通風(fēng)的問題，探明影響夜間通風(fēng)降溫效果的因素。

3 各類影響因素的研究進(jìn)展

3.1 氣候適宜性

陳海旎[1]等人利用建筑能耗模擬軟件Energyplus，分別選取北京、上海、廣州代表寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)進(jìn)行研究，得出在相同的時(shí)間段，寒冷地區(qū)的夜間溫度低，通風(fēng)帶走室內(nèi)熱量的效果更佳。

亓?xí)粤誟2]等人通過研究，驗(yàn)證了夜間通風(fēng)技術(shù)在北方嚴(yán)寒地區(qū)的辦公建筑中具有可行性。在研究過程中，引入了可量化分析夜間通風(fēng)降溫潛力的氣候降溫潛力（Climatic Cooling Potential，CCP）的可視化方法，以此作為指標(biāo)量化，得出各臺(tái)站夜間通風(fēng)氣候降溫潛力值，與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合，得出夜間通風(fēng)氣候降溫潛力分布圖，并將分析結(jié)果可視化。

羅莉莉[3]等人通過分析某大學(xué)校園公寓熱濕環(huán)境測(cè)試結(jié)果，計(jì)算除熱能力，再結(jié)合重慶市空調(diào)耗電量模型，得出重慶市空調(diào)季節(jié)夜間通風(fēng)節(jié)能潛力。計(jì)算出重慶地區(qū)具有夜間通風(fēng)潛力值，且在空調(diào)季節(jié)可以節(jié)約1.58×108kW·h的電量。

3.2 夜間通風(fēng)參數(shù)的影響

Artmann[4]等人研究了各類參數(shù)對(duì)夜間通風(fēng)冷卻效果的影響，采用了HELIOS的模擬程序，分別對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的得熱量、空氣交換速率、熱交換效率以及氣候條件進(jìn)行了研究。分析得出，氣候條件和空氣交換速率是最大的影響因素，熱交換效率與得熱量對(duì)冷卻效果也有較大的影響。

楊昌智[5]等人利用建筑能耗模擬分析軟件DeST，研究通風(fēng)換氣時(shí)間、換氣次數(shù)與排風(fēng)溫度之間的關(guān)系，得出建筑夜間通風(fēng)的排風(fēng)溫度隨通風(fēng)時(shí)間的變化呈對(duì)數(shù)變化的規(guī)律。影響夜間通風(fēng)效果的因素包括通風(fēng)時(shí)間和換氣次數(shù)，所以，要尋找二者之間的最優(yōu)組合。最優(yōu)的通風(fēng)時(shí)間和換氣次數(shù)組合可以使得排風(fēng)溫度處于最高效點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)能效的最優(yōu)控制。

3.3 建筑參數(shù)的影響

李崢嶸[6]等人以上海地區(qū)典型辦公建筑為例，研究樓層及朝向?qū)σ归g通風(fēng)降溫節(jié)能效果的影響。通過分析北向房間和南向房間的夜間通風(fēng)降溫效果可知，南向房間的日得熱量多，夜間所需通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)，與北向房間夜間通風(fēng)效果相比較差。隨著樓層的升高，室內(nèi)外氣壓差值變化越大，夜間通風(fēng)降溫的效果越顯著，更能達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

張東凱[7]等人針對(duì)7個(gè)室內(nèi)布局基本相同的房間進(jìn)行了夜間通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)不同的影響參數(shù)分析，研究不同天氣狀況、不同陽臺(tái)門開啟度及不同控制方案條件下，夜間通風(fēng)對(duì)學(xué)生公寓降溫效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：陰天室內(nèi)夜間溫度降幅最大可達(dá)0.5℃，晴天降幅最大可達(dá)0.6℃，天氣狀況對(duì)夜間通風(fēng)效果的影響較?。浑S著換氣次數(shù)越大、通風(fēng)時(shí)間越長(zhǎng)，夜間通風(fēng)的降溫效果越明顯，學(xué)生公寓的舒適性越好。

3.4 蓄熱對(duì)夜間通風(fēng)的影響

朱新榮[8]等人以西安地區(qū)既有辦公建筑為研究對(duì)象，研究蓄熱和夜間通風(fēng)對(duì)建筑室內(nèi)熱環(huán)境的影響。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，采用夜間通風(fēng)措施與未采用通風(fēng)措施房間的平均室內(nèi)溫度差值為1℃，最大差值超過2℃，說明夜間通風(fēng)可以有效地帶走室內(nèi)的熱量，降低室內(nèi)溫度；采用蓄熱措施后其室內(nèi)溫度可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低約3℃。2種措施結(jié)合運(yùn)用，有96%的時(shí)間可以在不使用空調(diào)設(shè)備的情況下達(dá)到室內(nèi)熱舒適狀態(tài)，大大降低了空調(diào)能耗，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

王雯翡[9]等人研究由相變混凝土復(fù)合墻體構(gòu)造的房間在夜間通風(fēng)下的熱環(huán)境，利用焓法建立結(jié)合夜間通風(fēng)的相變混凝土復(fù)合墻體動(dòng)態(tài)傳熱和房間傳熱數(shù)學(xué)物理模型，結(jié)合仿真模擬方法，研究北京地區(qū)夏季和過渡季應(yīng)用該相變復(fù)合墻體動(dòng)態(tài)傳熱和室內(nèi)熱環(huán)境的時(shí)變特性。對(duì)該相變復(fù)合墻體傳熱的影響因素，如相變溫度、相變層厚度、通風(fēng)次數(shù)、通風(fēng)時(shí)間以及相變層和絕熱層的位置等進(jìn)行優(yōu)化分析。

楊柳[10]等通過對(duì)窯洞民居室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，窯洞的厚重墻體可有效降低室外溫度波動(dòng)對(duì)室內(nèi)溫度的影響，厚重的墻體相當(dāng)于熱阻和隔熱層，在室內(nèi)外溫差相同的情況下，降低室內(nèi)外空氣的換熱量，減緩室內(nèi)溫度的變化，從而創(chuàng)造出冬暖夏涼的室內(nèi)環(huán)境。

4 結(jié)語

總結(jié)關(guān)于夜間通風(fēng)的研究成果，將影響夜間通風(fēng)的因素簡(jiǎn)單地劃分為4類：（1）氣候適宜性；（2）夜間通風(fēng)的參數(shù)；（3）建筑的參數(shù)；（4）建筑體的蓄熱。

夜間通風(fēng)已經(jīng)被證實(shí)為一種有效的被動(dòng)式降溫方式，并通過實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)學(xué)分析、仿真模擬等方法，得出最佳換氣次數(shù)與通風(fēng)時(shí)間組合等來提高夜間通風(fēng)降溫效果，更好地起到節(jié)能降耗的作用。對(duì)于商業(yè)、教育以及辦公建筑，其作息特點(diǎn)都為夜間通風(fēng)的引入提供了很好的條件，這種被動(dòng)式降溫方式不僅可以滿足舒適度的要求，還能降低能耗。