探究住宅建筑自然通風對室內熱環境的影響

許正佳，孫 勇

（皖西學院 建筑與土木工程學院，安徽 六安 237010）

探究住宅建筑自然通風對室內熱環境的影響

許正佳，孫 勇

（皖西學院 建筑與土木工程學院，安徽 六安 237010）

在當前我國提出可持續發展戰略的背景下，建筑行業中提出了一種全新的理念即建設“綠色住宅”.而為了能夠有效減少能源的消耗，提升人們的居住舒適程度，在許多住宅建筑當中都選擇使用了自然通風的方式，其在改善室內熱環境方面更是具有無可比擬的優勢作用.基于此，本文將從簡單介紹自然通風改善室內熱環境的機理入手，結合實際住宅建筑并進行相關實驗，以探究住宅建筑自然通風對室內熱環境的具體影響.

住宅建筑；自然通風；室內熱環境

在住宅建筑當中，利用室內和室外的風壓與熱壓作用，從而實現空氣的相互對流，以此有效改善室內熱環境，減少住宅建筑能耗，調控室內溫度，為人們提供更加舒適的居住環境.因此在現代住宅建筑設計當中自然通風已經成為廣大設計師的共識，也是建設“綠色建筑”的一大關鍵舉措.本文將通過實驗分析的方式，驗證住宅建筑自然通風對室內熱環境產生的積極影響.

1 自然通風改善室內熱環境的機理

1.1 風壓

為盡可能滿足不斷增長的房屋建筑需求和有限的土地資源之間的矛盾，城市中出現了越來越多的高層建筑甚至是超高層建筑.而極高的建筑高度會對吹來的風產生一定的阻擋作用，使得動壓被轉換成靜壓、正壓等，受到空氣渦旋的影響，遭到建筑阻擋的風將會“繞行”，此時在動壓陰影區當中會形成一股負壓力.而建筑迎風與背風面之間將出現風壓，受此影響空氣之間可以相互流通，從而有效改善室內空氣品質[1].

1.2 熱壓

住宅建筑室內和室外之間會有一定的溫度差，而在此基礎之上住宅建筑室內與室外之間還會形成一定的密度差以及高差，此時與建筑物墻面保持90°角的位置處將出現壓力梯度，以有效實現自然通風.在這一機理之下，越來越多的住宅建筑開始通過設計使用煙囪等種種形式盡可能實現自然通風.

1.3 共同作用

通常情況下在住宅建筑中，風壓和熱壓的相互作用也是實現自然通風的重要保障.一般進深相對較小的住宅中會選擇運用風壓機理獲得自然通風的效果.反之則多使用熱壓機理以幫助住宅建筑獲得較好的自然通風效果.但在住宅建筑設計時需要盡可能防止出現熱壓和風壓相抵的情況，因此應當在風壓正壓區位置處設計熱壓出風口[2].

2 住宅建筑自然通風對室內熱環境的影響分析

雖然從理論上來說，自然通風確實能夠有效幫助住宅建筑改善室內熱環境、提高室內空氣流通速度、達到優化空氣品質的目的，但為進一步證明住宅建筑自然通風對室內熱環境的實際影響，本文將選擇使用實驗分析的方式進行驗證.

2.1 建筑概況

實驗中選擇的住宅建筑為筆者所在地區新建某小區中的板式住宅樓，住宅為一梯三戶一共六樓，共計三個單元；該住宅樓全部為三室兩廳兩衛的戶型，窗戶則統一使用的推拉式鋁合金窗并配以20目的紗窗，具有較好的密封性，風速和風向也相對比較穩定.而在該住宅建筑的前后左右均有其他樓房，因此樓房在南北方向上視野受限，東西向則相對較好.為有效驗證住宅建筑自然通風對室內熱環境的影響，本文以該建筑三層的三戶住宅進行實驗，住宅結構完全相同，實驗周期為7天，且房間內無任何制冷和制熱設備.

2.2 布置測點

為盡可能確保實驗范圍能夠覆蓋全部房間，在布置室內監測點時筆者選擇使用了對角線的測點布置方式，而對于面積相對比較大的客廳等區域，則統一使用了梅花式的測點布置方式.每一個測點距離墻面均保持在半米以上，并全部遠離制冷、制熱設備或是小截面通道，防止其對最終的實驗結果造成干擾.每一個測點距離地面均保持在1.5米，住宅中共有三個十平米的房間，每個方面中均布置一個測點，客廳面積相對較大因此布置了兩個測點，餐廳面積只有15平米，因此布置一個測點即可.在對住宅建筑進行實驗的過程中，為盡量避免其他因素的干擾，筆者封閉了衛生間、廚房、儲藏間的門窗，因此上述建筑部分并不在此次實驗范圍內.下圖展示的就是本次實驗住宅的測點布置示意圖，其中“數字#”表示的是與之相對應的房間、測點與窗戶.

圖1 實驗住宅建筑的測點布置示意圖

2.3 測試內容

實驗期間內天氣情況良好，無大風、暴雨等極端惡劣天氣，且室外風速基本保持穩定，尤其是在紗窗的整流作用下，從室外進入房間、客廳等位置處的風向基本固定、風速也保持勻速狀態.考慮到住宅建筑的整體結構布局，在此次實驗當中筆者設計了九種測試方式，第一種為設定1號和2號房間為開窗房間；第二種為設定2號和3號房間為開窗房間；第三種為設定1號和4號房間為開窗房間；第四種為設定3號和4號房間為開窗房間；第五種為除3號房間以外，其余房間均為開窗房間；第六種為設定2號、3號和4號房間為開窗房間；第七種為除4房間外，其余房間全部為開窗房間；第八種為除2號房間外，其余房間全部為開窗房間；第九種則將1號到4號房間全部設為開窗房間；所有方案的測試時間完全相同，即上午九點至下午六點，當室內溫度在18℃以下時立刻關閉窗戶，如果室內溫度超過22℃則立刻打開窗戶.下表展示的就是本次實驗的設計方案：

表1 實驗設計方案

2.4 數據采集

為有效保障實驗結果的真實性和有效性，本次實驗中使用的設備全部為專業的檢測儀器，并且每隔一個小時便會對住宅建筑外部的相對濕度以及二氧化碳濃度進行一次檢測.每隔半個小時便會對住宅建筑外部的實際溫度值和風速進行準確檢測.每隔半個小時會對住宅建筑內部的溫度和二氧化碳濃度等參數值進行檢測.另外，為避免因極端值和特殊值影響實驗數據的實效性，在每一次檢測當中，筆者都會進行兩次檢測，通過求取平均值的方式將其作為最終的檢測數據并進行逐項準確記錄.

2.5 結果分析

首先，在住宅建筑室外的溫度、濕度等檢測當中，在實驗期間內，室外的最低溫度為16℃，最高溫度為25℃，平均溫度值為20.5℃，室內外之間的溫度差值在10℃以內，基本上在方案一到方案九的實驗過程中，室外溫度始終處于這一范圍之內.另外，在實驗期間內，筆者通過讀取專業檢測儀器設備中獲取的數值可以發現室外的相對濕度差值較大，室外相對濕度最大為上午九點到十點，基本可以保持在65%以上，而下午兩點到四點之間的室外相對濕度值則小得多，基本不會超過35%.在實驗期間內，室外的最大風速為每秒1.3米，最小風速為每秒0.7米，平均室外風速值為每秒一米左右，而在實驗的七天之內，只有一天為東南風，其余六天均為西北風.

其次，在主宰建筑室內的溫度、濕度等參數檢測當中，在實驗期間內，筆者發現方案九即打開所有房間窗戶的方式，會產生巨大的通風量，使得房間內的溫度下降速度非常快，在短短的二十分鐘之內，室內溫度便降至16℃，因此筆者最終只能關閉窗戶.雖然其空氣流通速度非常快且降溫效果比較明顯，但在寒冷地區的住宅建筑中顯然并不適用.在方案一即只打開1號和2號房間的窗戶，以及在方案七打開除4號房間外其他全部房間窗戶的實驗過程中，室內溫度變化速度相對比較快，根據實驗要求筆者需要頻繁進行開窗和關窗.因此經過多重考慮，筆者最終發現方案三與方案五，以及方案六和方案八具有良好的實驗效果.上述方案中，室內溫度的變化速度相對比較平緩，具有較高的舒適度.

3 結論

總體來看，方案三與方案五，以及方案六和方案八中，住宅建筑通過自然通風，室內各房間的溫度分布比較平均，氣流速度可以保持在每秒0.85到1.0米之間，有利于房間的通風換氣.并且上述四個方案當中關窗頻率比較小，平均只需要關窗兩次，而根據檢測設備顯示，在上午十一點之后室外空氣質量優良，比較適合人們開窗通風[3].在下午五點之前，室外空氣質量也處于良好狀態，PM2.5基本在10到20之間，空氣中的一氧化碳和二氧化碳值分別在1和30左右，因此也比較適合人們開窗通風換氣.但此后室外的氣溫將迅速下降，加之受到晚高峰等其他因素的影響，室外的二氧化碳和其他污染物的濃度值將迅速增加，此時并不適合人們繼續開窗通風.因此在綜合考量之下，方案六中打開2號、3號和4號房間進行開窗通風的方式在改善室內空氣品質、加快室內空氣流通速度、調節室溫方面表現最優.

根據此次試驗我們可以明確得知，住宅建筑利用自然通風的方式使得室內能夠保持良好的氣流組織，在加快室內空氣流通速度之下，室內的有毒有害物質濃度能夠得到有效降低，并且在新鮮空氣的進入之下，此時人們能夠保持較高的舒適感.但住宅建筑的自然通風也需要根據具體的天氣情況進行隨時調整，如在霧霾、沙塵暴等特殊天氣下，并不適宜開窗通風，另外在冬季或氣溫偏低的情況下還需要適當縮短開窗通風的時間[4].

〔1〕李想.自然通風住宅建筑室內空氣品質的測試研究及治理措施[D].西安建筑科技大學，2015.

〔2〕王磊.寒冷地區不同年代住宅建筑室內熱環境調查研究[D].西安建筑科技大學，2015.

〔3〕王冬梅.垂直百葉對典型辦公建筑自然通風及室內熱環境影響研究[D].安徽建筑大學，2015.

〔4〕張明.西藏地區住宅建筑室內熱環境被動式調控策略研究[D].重慶大學，2015.

TU834.1

A

1673-260X（2017）09-0039-02

2017-07-02

皖西學院校級青年項目：皖西高校室內熱環境熱舒適度研究(WXZR1506)