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一、前言
在住宅建筑各種被動式的設計方法中，利用自然通風的辦法來改善室內的熱環(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．利用室內外的通風可以大大減少空調的使用，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．與其它相對復雜的、昂貴的生態(tài)技術相比，自然通風普遍使用的一向比較成熟的而且廉價的技術措施。
二、目前通風模擬的問題
目前在對住宅建筑能耗的模擬計算中，室內外的通風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)能設計標準》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37.5m2。接近二級客房的水平。
該標準對于通風的定義時，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計都會對實際住宅通風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。這部分工作應以小區(qū)風場的CFD模擬為基礎，計算得出不同住宅建筑在關閉門窗情況下的最小通風換氣量和開門窗情況下的最大通風換氣能力。
2．實際住宅中各時刻的通風量也會受住戶干預而在不斷變化，而且這個通風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、室內外通風變化規(guī)律
一方面室內外通風量由門窗的開窗和關閉狀況、室外風速風向以及建筑的設計的形式所決定，設計師可以通過合理的設計，保持良好的通風；另一方面而住宅的住房則可以通過開啟和關閉門窗來調節(jié)室內外的通風換氣量。根據(jù)人在生活中開關門窗調節(jié)通風量的簡單習慣，設室內人員熱舒適的室溫區(qū)域為16～29℃，則此時由于用戶開關門窗引起的通風量變化規(guī)律如下：
如果按照最小風量通風時，室內溫度在16～29℃之間時，按照最小風量通風；
如果按照最小風量通風時，室內溫度低于16℃時，且室外氣溫高于當前室內溫度，則增大通風量至最大通風量；
如果按照最小風量通風時，室內溫度高于29℃時，且室外氣溫低于當前室內溫度，則增大通風量至最大通風量；
在使用空調和供暖時，通風量變化的控制規(guī)則與計算自然室溫有所不同，通風量變化控制的規(guī)則設定如下：
如果按照最小風量通風時，室內溫度在16～29℃之間時，按照最小風量通風，室內不開啟空調；
按照最小風量通風時，室內溫度低于16℃時，且室外氣溫高于當前室內溫度，則增大通風量至16～29度，不開啟空調；如果達不到，則通風仍然為最小，且室內開啟空調；
按照最小風量通風時，室內溫度高于29度，且室外氣溫低于當前室內溫度，則增大通風量至16～29度，不開啟空調；如果達不到，則通風仍然為最小，且室內開啟空調；
根據(jù)這個思路，為了更加深入地探討通風的大小和通風的變化對住宅類建筑的室內熱環(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熱環(huán)境進行全年模擬和分析，比較和分析通風量的大小和通風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)。室內熱參數(shù)參照《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》中室內的熱擾變化。燈光得熱：室內燈光得熱按照每平方米每天0.0141kWh計算。室內其它得熱平均強度：室內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。圍護結構的熱物理參數(shù)見表4-1：
表4-1圍護結構的熱物性參數(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
（無量綱） |
外墻
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陶?；炷?BR> |
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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夏季室內空調設計溫度為26℃，80%；冬季室內供暖設計溫度為18℃，30%；
夏季室內舒適溫度上限為29℃；夏季室內舒適溫度下限為16℃；
五、室內外通風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；可變通風換氣范圍為1～3次/h，稱為方案C；可變通風換氣范圍為1～4次/h，稱為方案D；全年固定為4次/h室內我換氣，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，在增大通風范圍之后，室內溫度處于舒適區(qū)域（16～29℃ ）的時間會大大增加。
2．改變通風范圍后小于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較小，且室內有一定的發(fā)熱量，因而冬季室內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來提高室內溫度。
3．大于29℃的小時數(shù)隨通風范圍的增大而大量減少，這主要是因為大多數(shù)時間室內溫度高于室外氣溫，則增加室內外通風將有利于室內的降溫，從而增大通風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)，但同時也會導致室內溫度低于16℃的小時數(shù)大大增加，總體上使室內溫度變化趨近于室外的溫度變化。
六、室內外通風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進行比較和分析。
 圖 6-1 二層房間全年累計耗冷量指標比較圖（kWh/ ㎡） |
 圖 6-2 三層房間全年累計耗冷量指標比較圖（kWh/ ㎡） |
 圖 6-3 四層房間全年累計耗冷量指標比較圖（kWh/ ㎡） |
 圖 6-4 全樓各房間全年累計耗冷量指標比較圖（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)省了空調地運行費用。
2．表6-1為各工況全年累計耗冷量指標的對比，可以看出隨著樓層的增加，通風節(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增加，可以利用室外通風的時間也越長，因而相應的節(jié)能潛力就越大。
七、室內外通風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較小，且室內有一定的發(fā)熱量，因而室內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來提高室內溫度。因此，如圖7-1所示，改變通風量和通風范圍（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比較（kWh/ ㎡ ）
八、結論
通過以上模擬計算和分析，可以看到在住宅設計中，應該充分考慮到實際住宅通風量的大小和各時刻由于受住戶干預而造成的通風變化。通過以上方法，可以更加準確地描述利用通風的大小和變化對建筑室內熱環(huán)境和能耗產生的作用，并通過合理設計，可以大大減少用戶的空調運行能耗，簡單易行地改善室內熱環(huán)境，為住戶營造一個舒適、健康、節(jié)能的室內環(huán)境。
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