夏热冬冷地区建筑蓄热与自然通风耦合研究

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近年来,随着城镇化、工业化进程加快,我国的能源消耗也快速增加,节能成为社会关注的焦点,作为建筑节能方法之一的自然通风及夜间通风技术也愈发受到重视。合理的利用自然通风能充分利用自然资源,改善室内热环境,提高空气品质和热舒适性。不同的建筑蓄热性能不仅会造成室内温度的不同,同时也影响自然通风效果,因此对建筑蓄热与自然通风耦合研究有助于人们更好地利用自然通风技术,达到节能目的。针对我国夏热冬冷地区的气候特点,本文利用数值建模计算和软件模拟方法并分析了建筑蓄热与自然通风的耦合关系。  首先,详细阐述了自然通风作用机理及通风量计算公式,并列举了强化自然通风技术手段,包括穿堂风、中庭拔风及通风帽等。建筑蓄热体可按不同方式进行分类,其性能影响参数包括蓄热材料的热物性参数、蓄热体位置及气象参数,其中热物性参数包括密度、导热系数及比热容等。延迟时间和衰减系数能提供详细的室内温度波动数据,因此采用它们作为建筑蓄热特性的评价标准。  其次,采用数值建模计算方法建立简单的热压驱动自然通风房间热环境预测模型,该模型耦合了围护结构蓄热模型和单开口热压通风模型,分析了不同太阳辐射强度作用工况下的外墙热物性参数、内蓄热体参数、开口尺寸及室内热源强度对室内温度、内壁面温度及通风量的影响。结果表明改变参数后室内及外墙内壁面温度波动及通风量的变化规律都相似。具体来说,当改变外墙热物性参数时,增大体积热容时,两种工况下室内温度的延迟时间先增大后减小,衰减系数减小。内壁温度的延迟时间增大,其衰减系数逐渐变小。增大导热系数时,两种工况下室内及外墙内壁面温度的延迟时间先变大后减小,衰减系数先减小后变大。延迟时间和衰减系数均出现拐点,在各自该拐点处,延迟时间最大,衰减系数最小;当增大室内热源强度室内温度延迟时间随室内热源强度的变大先变大后减小,衰减系数逐渐变大。外墙内壁面温度的延迟时间随室内热源强度的变大而减小,衰减系数变大。同时随着热源强度增大,室内平均温度及通风量也相应的增大。当改变开口尺寸时,两种工况下室内及外墙内壁面温度的延迟时间随开口宽度的增大而变小,衰减系数增大,室内平均温度随宽度的增大而变小,室内平均通风量变大。开口高度的影响规律与开口宽度相同;当改变内蓄热体物性参数时,随着导热系数变大,室内及外墙内壁面温度波动变化不大。随着体积热容变大,室内及外墙内壁温度的延迟时间逐渐变大,衰减系数逐渐变小。针对某一特定房间分析采用自然通风和机械通风技术降温满足室内人员热舒适性情况,并计算得到最热月采用自然通风满足条件的室外平均温度区间范围和天数要大于机械通风。  最后,针对贵阳地区某一实际建筑物提出了自然通风设计方案,并利用建筑能耗模拟分析软件EnergyPlus中COMIS模块对夏热冬冷地区贵阳、长沙、成都及南京四个城市的同一建筑夏季全天逐时的自然通风量和室内温度进行模拟,结果显示:四个城市的全天平均自然通风量由大到小的顺序依次是成都、贵阳、长沙及南京。自然通风量受到室外气象参数的影响,风速和室内外温差成为其作用的关键因素,经计算自然风从下部进入上部至屋顶排出,建筑室内温度受到朝向和高度影响。根据自然通风环境热舒适性评价标准可发现贵阳、成都的热舒适时间比南京和长沙要长。
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