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一、前言
在住宅建筑各種被動式的設(shè)計方法中，利用自然通風(fēng)的辦法來改善室內(nèi)的熱環(huán)境是最常見也是最有效的一種方法；這主要是因為以下幾個原因：
1．利用室內(nèi)外的通風(fēng)可以大大減少空調(diào)的使用，一方面可以減少能源的消耗、降低污染，另一方面也有利于居住者的生理和心理健康。
2．與其它相對復(fù)雜的、昂貴的生態(tài)技術(shù)相比，自然通風(fēng)普遍使用的一向比較成熟的而且廉價的技術(shù)措施。
二、目前通風(fēng)模擬的問題
目前在對住宅建筑能耗的模擬計算中，室內(nèi)外的通風(fēng)量普遍為一個給定的值，例如在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對建筑物進行模擬分析時指出：
住宅建筑的層高為2.5m以上，按人均居住面積15m2計算，1小時換氣1次，人均占有新風(fēng)37.5m2。接近二級客房的水平。
該標(biāo)準(zhǔn)對于通風(fēng)的定義時，與實際住宅類的情況并不相符，主要問題存在于以下兩個方面：
1．小區(qū)規(guī)劃、單體建筑朝向以及戶型的設(shè)計都會對實際住宅通風(fēng)量的大小造成很大的影響。而這種差異將對建筑的熱環(huán)境和能耗造成很大的影響。這部分工作應(yīng)以小區(qū)風(fēng)場的CFD模擬為基礎(chǔ)，計算得出不同住宅建筑在關(guān)閉門窗情況下的最小通風(fēng)換氣量和開門窗情況下的最大通風(fēng)換氣能力。
2．實際住宅中各時刻的通風(fēng)量也會受住戶干預(yù)而在不斷變化，而且這個通風(fēng)量的變化也會對住宅建筑的熱環(huán)境和能耗會有較大影響；
三、室內(nèi)外通風(fēng)變化規(guī)律
一方面室內(nèi)外通風(fēng)量由門窗的開窗和關(guān)閉狀況、室外風(fēng)速風(fēng)向以及建筑的設(shè)計的形式所決定，設(shè)計師可以通過合理的設(shè)計，保持良好的通風(fēng)；另一方面而住宅的住房則可以通過開啟和關(guān)閉門窗來調(diào)節(jié)室內(nèi)外的通風(fēng)換氣量。根據(jù)人在生活中開關(guān)門窗調(diào)節(jié)通風(fēng)量的簡單習(xí)慣，設(shè)室內(nèi)人員熱舒適的室溫區(qū)域為16～29℃，則此時由于用戶開關(guān)門窗引起的通風(fēng)量變化規(guī)律如下：
如果按照最小風(fēng)量通風(fēng)時，室內(nèi)溫度在16～29℃之間時，按照最小風(fēng)量通風(fēng)；
如果按照最小風(fēng)量通風(fēng)時，室內(nèi)溫度低于16℃時，且室外氣溫高于當(dāng)前室內(nèi)溫度，則增大通風(fēng)量至最大通風(fēng)量；
如果按照最小風(fēng)量通風(fēng)時，室內(nèi)溫度高于29℃時，且室外氣溫低于當(dāng)前室內(nèi)溫度，則增大通風(fēng)量至最大通風(fēng)量；
在使用空調(diào)和供暖時，通風(fēng)量變化的控制規(guī)則與計算自然室溫有所不同，通風(fēng)量變化控制的規(guī)則設(shè)定如下：
如果按照最小風(fēng)量通風(fēng)時，室內(nèi)溫度在16～29℃之間時，按照最小風(fēng)量通風(fēng)，室內(nèi)不開啟空調(diào)；
按照最小風(fēng)量通風(fēng)時，室內(nèi)溫度低于16℃時，且室外氣溫高于當(dāng)前室內(nèi)溫度，則增大通風(fēng)量至16～29度，不開啟空調(diào)；如果達不到，則通風(fēng)仍然為最小，且室內(nèi)開啟空調(diào)；
按照最小風(fēng)量通風(fēng)時，室內(nèi)溫度高于29度，且室外氣溫低于當(dāng)前室內(nèi)溫度，則增大通風(fēng)量至16～29度，不開啟空調(diào)；如果達不到，則通風(fēng)仍然為最小，且室內(nèi)開啟空調(diào)；
根據(jù)這個思路，為了更加深入地探討通風(fēng)的大小和通風(fēng)的變化對住宅類建筑的室內(nèi)熱環(huán)境影響，以下利用建筑熱環(huán)境模擬分析軟件包DeST2.0，對位于武漢地區(qū)的一住宅類建筑的室內(nèi)熱環(huán)境進行全年模擬和分析，比較和分析通風(fēng)量的大小和通風(fēng)的變化對該住宅建筑的自然室溫和耗冷熱量的影響。
四、建筑模型
本模型建筑地處湖北省武漢市（緯度：30.6），室外氣象計算參數(shù)采用了武漢地區(qū)典型氣象年的室外氣象參數(shù)。室內(nèi)熱參數(shù)參照《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中室內(nèi)的熱擾變化。燈光得熱：室內(nèi)燈光得熱按照每平方米每天0.0141kWh計算。室內(nèi)其它得熱平均強度：室內(nèi)其它得熱平均強度按照4.3W/m2計算。建筑外形及平面如圖所示：
 
a-1 建筑平面圖 b -1 建筑軸視圖
建筑共分為四層，首層架空；首層層高5.5米，其余各層層高為3米；一梯兩戶，每戶面積均為114.5平方米。圍護結(jié)構(gòu)的熱物理參數(shù)見表4-1：
表4-1圍護結(jié)構(gòu)的熱物性參數(shù)表
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材料
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厚度（mm）
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導(dǎo)熱系數(shù)
（W/m·K）
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蓄熱系數(shù)
（W/m2·K）
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熱阻
（m2·K /W）
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熱惰性指標(biāo)
（無量綱） |
外墻
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陶粒混凝土
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20
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0.32
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4.2
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0.67
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2.81
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內(nèi)墻（分戶墻）
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加氣混凝土
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200
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0.35
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5.2
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0.62
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3.20
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窗
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雙層中空平面玻璃
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5+6(空氣)+5
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0.76
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樓板
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鋼筋混凝土
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150
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1.63
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15.7
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0.14
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2.21
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屋頂
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合成高分子防水卷材
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0.47
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5.8
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0.61
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3.52
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夏季室內(nèi)空調(diào)設(shè)計溫度為26℃，80%；冬季室內(nèi)供暖設(shè)計溫度為18℃，30%；
夏季室內(nèi)舒適溫度上限為29℃；夏季室內(nèi)舒適溫度下限為16℃；
五、室內(nèi)外通風(fēng)對建筑物自然室溫的影響
對比的計算工況如下：
全年固定為1次/h的室內(nèi)外換氣，稱為方案A，可變通負換氣范圍為1～2次/h，稱為方案B；可變通風(fēng)換氣范圍為1～3次/h，稱為方案C；可變通風(fēng)換氣范圍為1～4次/h，稱為方案D；全年固定為4次/h室內(nèi)我換氣，稱為方案E；
以下從二到四層各取一戶，取各種工況的自然室溫進行比較。
圖5-1 二層房間自然室溫出現(xiàn)小時數(shù)統(tǒng)計圖
圖5-2 三層房間自然室溫出現(xiàn)小時數(shù)統(tǒng)計圖
圖5-3 四層房間自然室溫出現(xiàn)小時數(shù)統(tǒng)計圖
圖5-4 全樓室溫在16～29℃范圍內(nèi)小時數(shù)比例統(tǒng)計圖
通過以上的比較可以看到：
1．圖5-4為全樓各房間溫度處于舒適小時數(shù)的累計，其中方案A可以只能保證整棟住宅在全年的38%的時間室內(nèi)環(huán)境的舒適，而方案D可以使全樓45%的時間處于舒適區(qū)。由此可以看出，在增大通風(fēng)范圍之后，室內(nèi)溫度處于舒適區(qū)域（16～29℃ ）的時間會大大增加。
2．改變通風(fēng)范圍后小于16℃的小時數(shù)變化不大，這主要是由于該建筑圍護的熱容較小，建筑圍護對室外氣溫的延遲效應(yīng)較小，且室內(nèi)有一定的發(fā)熱量，因而冬季室內(nèi)溫度一般高于室外的氣溫，因而在冬季很少有機會可以利用室外通風(fēng)來提高室內(nèi)溫度。
3．大于29℃的小時數(shù)隨通風(fēng)范圍的增大而大量減少，這主要是因為大多數(shù)時間室內(nèi)溫度高于室外氣溫，則增加室內(nèi)外通風(fēng)將有利于室內(nèi)的降溫，從而增大通風(fēng)能力可大大減少室溫大于29℃的小時數(shù)。
4．全年固定大通風(fēng)方案E雖然可以減少室溫高于29℃的小時數(shù)，但同時也會導(dǎo)致室內(nèi)溫度低于16℃的小時數(shù)大大增加，總體上使室內(nèi)溫度變化趨近于室外的溫度變化。
六、室內(nèi)外通風(fēng)對建筑物耗冷量的影響
以下從二到四層各取一戶，對各種工況下各戶全年累計耗冷量指標(biāo)進行比較和分析。
 圖 6-1 二層房間全年累計耗冷量指標(biāo)比較圖（kWh/ ㎡） |
 圖 6-2 三層房間全年累計耗冷量指標(biāo)比較圖（kWh/ ㎡） |
 圖 6-3 四層房間全年累計耗冷量指標(biāo)比較圖（kWh/ ㎡） |
 圖 6-4 全樓各房間全年累計耗冷量指標(biāo)比較圖（kWh/ ㎡） |
通過以上的比較可以看到：
1．圖6-4為各工況下全樓各房間的平均值比較，從圖中可以看出，隨著通風(fēng)能力的增強，全樓累計耗冷量能大幅地下降，大大節(jié)省了空調(diào)地運行費用。
2．表6-1為各工況全年累計耗冷量指標(biāo)的對比，可以看出隨著樓層的增加，通風(fēng)節(jié)能的潛力就越大。這主要是因為隨著樓層的增加，自然室溫和耗冷量也相應(yīng)增加，可以利用室外通風(fēng)的時間也越長，因而相應(yīng)的節(jié)能潛力就越大。
七、室內(nèi)外通風(fēng)對建筑物耗熱量的影響
由于該建筑圍護的熱容較小，建筑圍護對室外氣溫的延遲效應(yīng)較小，且室內(nèi)有一定的發(fā)熱量，因而室內(nèi)溫度一般高于室外的氣溫，因而在冬季很少有機會能利用通風(fēng)來提高室內(nèi)溫度。因此，如圖7-1所示，改變通風(fēng)量和通風(fēng)范圍（除方案E）對建筑物耗熱量的影響很小。
圖7-1 全樓各房間平均全年累計耗熱量指標(biāo)比較（kWh/ ㎡ ）
八、結(jié)論
通過以上模擬計算和分析，可以看到在住宅設(shè)計中，應(yīng)該充分考慮到實際住宅通風(fēng)量的大小和各時刻由于受住戶干預(yù)而造成的通風(fēng)變化。通過以上方法，可以更加準(zhǔn)確地描述利用通風(fēng)的大小和變化對建筑室內(nèi)熱環(huán)境和能耗產(chǎn)生的作用，并通過合理設(shè)計，可以大大減少用戶的空調(diào)運行能耗，簡單易行地改善室內(nèi)熱環(huán)境，為住戶營造一個舒適、健康、節(jié)能的室內(nèi)環(huán)境。
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