张真真，王厚华，郭 锐

(重庆大学a.三峡库区生态环境教育部重点实验室;b.城市建设与环境工程学院，重庆400045)

0 引言

建筑通风不仅可以创造健康、卫生、舒适的室内环境，提高室内空气品质，而且可以调节室内温湿度，改善建筑热环境。适宜的风速可以增加人体与周围空气的对流换热量，从而提高人体对热环境的可接受度[1］。据相关资料显示:在气流速度大于0.150 m/s的情况下，每增加0.005 m/s，室温可增加0.6℃而不改变人体的热舒适感[2］。近年来各国学者对热舒适领域的研究发现:自然通风环境下的热舒适区域超过了ISO—7730和ASHRAE55标准中提供的舒适区域[3］。在通风良好的条件下，人们能够容忍的热环境条件比空调状态下更为宽松[4］。

贵州省大部分地区夏无酷暑，气候适宜。然而，伴随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭夏季采用空调降温。通过研究发现:在同样的降温效果下，人们更喜欢通过通风来改善室内热环境[5］。在通风可利用时段，通过自然通风或机械通风是实现建筑节能和提高室内热舒适性的重要方式[6-9］，因此，研究该地区“夏季是否能够有效地利用通风代替空调”对于减少建筑能耗具有重要的现实意义。通风的有效性取决于建筑室外的气候环境，本文通过Climate Consultant软件，分析贵州省不同城市自然通风和机械通风的有效性。

1 贵州省居住建筑热环境概况

贵州省气候条件复杂多变，热工设计分区可分为夏热冬冷地区(以遵义为代表性城市)、温和地区(以兴义、贵阳为代表性城市)、夏凉冬冷地区(以毕节为代表性城市)。据研究，贵阳市居民对夏季居住热环境的舒适性基本上是满意的，通过开窗通风或者风扇即可满足大部分时间室内人员对热舒适的要求，此外，贵阳市拥有空调的居民中，空调的使用率较低且使用时间不超过一个月[5］。

通过对《中国建筑热环境分析专用气象数据集》[10］的分析发现，贵阳市整个夏季(6月～8月)仅有8.3%的时间室外温度超过28℃，如果能够辅助适当的通风，居住房间在这些温度下是可以不开空调的。由《贵州省居住建筑节能设计标准》(DBJ52/49—2008)[11］可知:毕节、贵阳、兴义和遵义最热月的平均温度分别为21.8℃、24.0℃、22.4℃和25.3℃，夏季空调天数分别为0 d、11 d、0 d、24 d。从这些数据可以初步判定，毕节和兴义地区夏季不开空调即可满足热舒适要求。

基于贵州省气象资料[10］所得出夏季室外干球温度在不同范围的分布百分比见表1。从表1中干球温度数据可知:贵州省4个城市夏季室外大部分时间处于18～28℃舒适范围区。本文通过设定自然通风和机械通风下的热舒适范围，分析不同城市居住建筑夏季通风的有效性。

2 评价指标及原理

2.1 评价指标

Climate Consultant是加利福尼亚大学开发的一款被动式设计软件[12］，可以用来分析遮阳、建筑蓄热性、自然通风、机械通风等15项设计策略的适用性，并能计算各项措施在各月或者全年的逐时有效时间。

这里的“有效时间”是指在理想的情况下，纯粹依靠所设定的设计策略(如自然通风、机械通风等)，能够使室内热环境达到舒适范围的时间数，单位为h。有效时间占全天或整月的比例称为日有效时间比(ηd)或月有效时间比(ηm)。设计措施能够转化的有效时间越长，该措施的有效性就越大。

表1 4个城市夏季室外干球温度在不同范围的分布百分比 %

2.2 计算原理

Climate Consultant软件利用湿度图对室外环境进行有针对性的分析。通过导入目标城市的气候数据，设定不同的热舒适有效范围，将采用不同措施后室内环境参数表示在湿度图上，通过计算即可方便看出各种措施下的有效时间。该软件关于气象数据的分析分为全年逐时数据点分析和日最高最低数据点分析。为了研究贵州地区夏季通风的有效性，本文对4个典型城市6月～8月的室外气象资料进行逐时数据点的计算分析。

中国《民用建筑室内热湿环境评价标准》[13］规定:非人工冷热源(未使用采暖、空调等)可接受室内舒适温度范围为18～28℃，同时将湿度上限定为80%，这里的热舒适是指考虑到室内新风量满足设计要求的情况下，人体能感觉到舒适的温度范围。考虑到非人工冷源下(仅采用自然通风或机械通风)人体可接受的湿度范围会有所增加，将自然通风和机械通风下人体可接受的室内湿度上限定为90%。Climate Consultant软件中设计策略的控制条件设置如下:

热舒适下室内控制条件:温度范围18～28℃;最大相对湿度80%;最小露点温度2.2℃。

自然通风下室内控制条件:室内有效风速范围0.2～2.0 m/s;最大相对湿度90%;最大湿球温度22.8℃;人体可接受的最大温升4.2℃。

机械通风下室内控制条件:室内有效风速范围0.2～2.0 m/s;最大相对湿度90%;最大湿球温度22.8℃;最大机械送风速度2.0 m/s;人体可接受的最大温升4.9℃。

根据ASHRAE Standard 55—2004[14］可知:当风速为最小有效风速0.2 m/s时，自然通风和机械通风下人体可接受的最大温升均为0℃;当风速达到最大舒适风速2.0 m/s时，自然通风和机械通风下人体可感知的最大温升分别为4.2℃和4.9℃。也就是说，自然通风和机械通风下室内有效温度的范围分别为18.0～32.2℃和18.0～32.9℃。

自然通风与机械通风不同之处在于:自然通风下室内风速主要取决于室外气流速度，即使室外其他参数值落在自然通风有效范围内，如果风速太小或太大均不能计为有效时间。机械通风则不同，室外风速不再是影响通风效果的因素，而且同样的送风速度下，机械通风和自然通风下人体可感知的最大温降是不同的。

3 贵州省不同城市夏季通风有效性分析

贵州省不同代表性城市夏季室外气象条件差异很大，例如，毕节夏季晚上22:00以后到上午10:00以前室外温度大部分时间低于18℃，不需要开空调。为了避免夏季室外干球温度在18℃以下时刻对有效时间百分比的影响，毕节有效时间和有效时间百分比的计算时间控制在10:00到22:00之间。同理，兴义的计算时间控制在10:00到24:00之间。由表1可知:贵阳和遵义室外空气温度在18℃以下的时刻相对较少，这两个城市计算时间定为全天24 h。

采用自然通风和机械通风措施后，热舒适区域相应拓宽，落在热舒适区域的时间段也有了明显的增加。自然通风时，不同城市夏季日有效时间百分比散点分布图如图1所示，毕节地区的日有效时间比分布较散，主要分布在20%～60%，60%以上也有一部分分布值。其他3个城市的散点分布相对较集中，大都分布在0% ～40%，因此，自然通风在毕节地区有相对更好的应用潜力。

图1 自然通风下4个城市夏季日有效时间比散点图

采用机械通风时，不同城市夏季日有效时间百分比散点分布图如图2所示，除遵义地区外，其他3个城市的日有效时间百分比都相对较高，大部分有效值均分布在60%以上，有部分时间甚至达到了100%。

图2 机械通风下4个城市夏季日有效时间比散点图

不采用通风措施时，4个城市夏季室内处于热舒适范围的有效时间比相对较小。当采用自然通风和机械通风措施后，4个城市6月～8月的月有效时间比见表2和表3。在夏季，自然通风的平均有效时间比分别为:毕节44.0%、贵阳25.7%、兴义21.9%、遵义21.1%。采用自然通风后各个城市室内热环境有了很大改善，尤其是毕节地区，由原先的3.1%上升到了44.0%。由于夏凉冬冷地区夜间室外气温较低，通过墙体蓄冷可以减少部分白天负荷。因此，毕节地区如果建筑布局合理，自然通风结合适当的机械辅助通风基本上可以替代夏季空调的使用。贵阳、兴义和遵义地区自然通风的有效时间相对于热舒适的有效时间有了很大改善，然而，要想替代夏季空调满足室内人员要求尚且不能达到很好的效果，因此，需要考虑机械辅助通风。

表2 自然通风下有效时间比及均值 %

表3 机械通风下有效时间比及均值 %

由表3可知:采用机械通风后，各个城市的有效时间比相对于自然通风有了很大的改善。贵阳市7月份最高已经达到了87.4%，夏季的有效时间比也由最初的1.3%上升到了85.1%;兴义地区夏季的有效时间百分比也达到了80.8%，可见，机械通风对于贵阳和兴义地区来说可以有效地改善夏季室内热环境。如果能够设置合理的送风方式和气流组织形式，基本上可以取代空调降低夏季建筑能耗。对于遵义地区来说，采用机械通风后也有了一定的改善，有效时间比上升到了51.6%。虽然不像贵阳和兴义地区那样可以达到80%以上，但如果合理地利用通风，可以相对减少空调开启时间。

4 结论

本文针对贵州省不同气候条件下的4个代表性城市的通风有效性进行了分析，研究表明:在贵州省大部分地区，居住建筑基本上可以采用自然通风或机械通风的形式来维持室内的热舒适性要求。采用通风代替空调不仅节能效果显著，而且可以使室内空气品质得到大幅度的提高，更有利于人体健康。

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