室內自然通風降溫效果研究綜述

甘陽陽，李志生

（廣東工業(yè)大學）

1 前言

建筑節(jié)能中的自然通風技術在不消耗能源的基礎上，既能提供自然冷量，又能提高室內空氣品質。自然通風是一種被動冷卻方式，它受到氣候條件、建筑朝向和圍護結構等的影響，存在著隨機性和復雜性。

2 自然通風的功能與方式

自然通風作用功能：第一，健康通風，即將室外新鮮空氣代替室內被污染的空氣。第二，熱舒適通風，即通過提高人體散熱量減少皮膚濕度過大造成的不舒適感。第三，降溫通風，即利用溫度較低的室外空氣置換溫度較高的室內空氣。降溫通風應考慮建筑特點和當?shù)貧夂驐l件。過度季節(jié)和與空調搭配運用是研究重點。自然通風方式主要包括穿堂風、單側通風和中庭及風井通風。風井通過煙囪壁面上的蓄熱材料，加熱上部空氣，推動熱氣流上升，這種做法叫做太陽能煙囪。

3 自然通風降溫效果研究現(xiàn)狀

3.1 實驗研究

Hayati[1]測得運用單面開門式通風時，當室內外溫差為3℃，換氣率（ACH）為0.2～0.5；當室內外溫差為10～15℃，ACH為0.5～1.0。Chu等[2]研究了不同風速，風向和開孔度的通風率。Lin[3]提出了冷卻潛能系數(shù)fpc。計算結果表明：當室內冷負荷為150W/m2時，強和中區(qū)域（分別對應fpc=3.85和3.0）引入自然通風都能去除室內顯熱負荷。Michael[4]測得夜間通風時，室內平均空氣溫度僅比室外高0.7℃；在90%的可接受度下，冷卻度時數(shù)最低為1.5，白天和全天通風分別為3.1和14.5；溫差比平均值最高為59%，白天和全天通風分別為4.5%和9.5%。Jamaludin等[5]實測夜間通風時，室內房間平均溫度值低于30℃，而白天、全天和無通風時，室內房間平均溫度都超過30℃，甚至32℃。Kubota[6]實測夜間通風時室外冷空氣可使室內空氣最高降低2.5℃；而和白天窗口開放模式相比，夜間空氣溫度平均降低了2.0℃。

從以上研究可以看出，在實驗室和現(xiàn)場關于自然通風的研究包括通風機理、方式及降溫效果等。但存在以下不足：一是在進行機理研究時，實驗模型做了大量假設，使得模型過于理想化，其實驗結果在應用上存在限制，缺乏實際指導意義；二是現(xiàn)場實測大都更關注自然通風降溫能力的大小，而忽略人體生理上的熱舒適評價和心理預期；三是對局部熱舒適問題關注較少。

3.2 數(shù)值模擬研究

Larsen[7]進行風洞試驗得出空氣交換率取決于入射角。并建立新公式，考慮了溫差、壓力、開口面積、壓力和入射角等的影響。Wang[8]使用大渦流模擬（LES）對上懸窗、下懸窗和平開窗在不同風況下和開啟角度下的通風情況進行模擬。亓曉琳[9]建立了夜間通風建筑的傳熱模型，模型滿足室內空氣溫度滿足以24h為周期的余弦分布波動方程。Tong[10]模擬表明：當風向是正常和傾斜時，對于H / W = 1的普通街道峽谷需要三層周邊建筑物。H / W = 1/3情況下，需要兩層周邊建筑物。Mateus等[11]結合實測和模擬表明：模型預測的體積氣流速率平均誤差為16%，垂直溫度梯度平均誤差為4%。增加煙囪高度可促進依靠熱浮力驅動的置換通風。Benni等[12]模擬表明：封閉的迎風屋頂通風口和敞開的墻壁通風口需要通過自然通風實現(xiàn)64%的最大排熱量。

從以上研究可以看出，在分析模型、經(jīng)驗模型和網(wǎng)絡模型方面，室內的宏觀熱環(huán)境以及速度場和氣流組織等得到了研究。但存在以下不足：一是模型做了大量假設，如簡化外部環(huán)境，忽略內部熱源等，使得模型過于理想化，理論模型與實際存在差距；二是由于模擬條件過于具體，在實際工程中適用面較窄，難以指導建筑自然通風的設計，且預測準確率仍需提高；三是只對相對簡單的、特定的自然通風方式進行了模擬，缺少對各種通風方式的綜合作用模擬。

4 今后的研究方向

應用自然通風實現(xiàn)室內降溫，既是對自然冷源的合理利用，也符合建筑節(jié)能的要求。今后自然通風降溫效果的研究可從以下方向進行：①加大對混合通風的研究。如在夜間進行自然通風時，可在特定位置安裝排風機，引導氣流并進一步降低室內氣溫，既滿足節(jié)能要求又提高環(huán)境舒適度。②加大對太陽能煙囪強化自然通風的研究。利用太陽輻射為空氣流動提供動力，強化自然對流換熱，可以有效地解決自然通風受氣象條件和建筑結構約束導致通風效果不穩(wěn)定的問題。利用數(shù)值模擬方法優(yōu)化建筑自然通風設計。通過數(shù)值模擬能夠對建筑風環(huán)境進行準確設計和直觀描述，結合建筑技術和模擬結果進行分析，進而選擇更有利的設計方案。④加強對自動控制系統(tǒng)的研究。如在混合通風系統(tǒng)中，根據(jù)室內外溫度、風壓和風速等參數(shù)，自動控制系統(tǒng)應能判斷何時啟動或停止機械通風。