夜間通風降溫技術在建筑中的應用研究

王夢月，孔令今

(山東建筑大學熱能工程學院，濟南250101)

1 引言

當前，我國能源供給形勢嚴峻。對于夏熱冬冷地區(qū)，降低空調能耗是當前必須考慮的問題。對于空調房間，除了采用主動降溫技術外，一些被動降溫技術也應考慮在內，其對節(jié)能降耗起到很大的作用。夜間通風是一種有效的被動式降溫方式，利用周圍環(huán)境的冷空氣作為熱容來降低室內空氣溫度和降低建筑構件溫度，并將建筑構件中儲存的熱量排放到室外環(huán)境中，以改善室內舒適度。

2 夜間通風研究進展

夜間通風研究主要內容為不同氣候類型、不同建筑形式對夜間通風降溫效果的影響。最初對夜間通風的研究主要采用理論和實驗相結合的研究方法，通過分析獲得的實驗數(shù)據，進而得出不同因素對夜間通風的影響，在此基礎上提出一些簡單的設計方法。近些年，隨著仿真模擬技術的成熟與推廣，可以通過仿真模擬設置相關參數(shù)和邊界條件，進一步模擬夜間通風的問題，探明影響夜間通風降溫效果的因素。

3 各類影響因素的研究進展

3.1 氣候適宜性

陳海旎[1]等人利用建筑能耗模擬軟件Energyplus，分別選取北京、上海、廣州代表寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)進行研究，得出在相同的時間段，寒冷地區(qū)的夜間溫度低，通風帶走室內熱量的效果更佳。

亓曉琳[2]等人通過研究，驗證了夜間通風技術在北方嚴寒地區(qū)的辦公建筑中具有可行性。在研究過程中，引入了可量化分析夜間通風降溫潛力的氣候降溫潛力（Climatic Cooling Potential，CCP）的可視化方法，以此作為指標量化，得出各臺站夜間通風氣候降溫潛力值，與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結合，得出夜間通風氣候降溫潛力分布圖，并將分析結果可視化。

羅莉莉[3]等人通過分析某大學校園公寓熱濕環(huán)境測試結果，計算除熱能力，再結合重慶市空調耗電量模型，得出重慶市空調季節(jié)夜間通風節(jié)能潛力。計算出重慶地區(qū)具有夜間通風潛力值，且在空調季節(jié)可以節(jié)約1.58×108kW·h的電量。

3.2 夜間通風參數(shù)的影響

Artmann[4]等人研究了各類參數(shù)對夜間通風冷卻效果的影響，采用了HELIOS的模擬程序，分別對建筑結構的得熱量、空氣交換速率、熱交換效率以及氣候條件進行了研究。分析得出，氣候條件和空氣交換速率是最大的影響因素，熱交換效率與得熱量對冷卻效果也有較大的影響。

楊昌智[5]等人利用建筑能耗模擬分析軟件DeST，研究通風換氣時間、換氣次數(shù)與排風溫度之間的關系，得出建筑夜間通風的排風溫度隨通風時間的變化呈對數(shù)變化的規(guī)律。影響夜間通風效果的因素包括通風時間和換氣次數(shù)，所以，要尋找二者之間的最優(yōu)組合。最優(yōu)的通風時間和換氣次數(shù)組合可以使得排風溫度處于最高效點，進而實現(xiàn)通風能效的最優(yōu)控制。

3.3 建筑參數(shù)的影響

李崢嶸[6]等人以上海地區(qū)典型辦公建筑為例，研究樓層及朝向對夜間通風降溫節(jié)能效果的影響。通過分析北向房間和南向房間的夜間通風降溫效果可知，南向房間的日得熱量多，夜間所需通風時間長，與北向房間夜間通風效果相比較差。隨著樓層的升高，室內外氣壓差值變化越大，夜間通風降溫的效果越顯著，更能達到節(jié)能降耗的目標。

張東凱[7]等人針對7個室內布局基本相同的房間進行了夜間通風的實驗研究，針對不同的影響參數(shù)分析，研究不同天氣狀況、不同陽臺門開啟度及不同控制方案條件下，夜間通風對學生公寓降溫效果的影響。實驗結果表明：陰天室內夜間溫度降幅最大可達0.5℃，晴天降幅最大可達0.6℃，天氣狀況對夜間通風效果的影響較小；隨著換氣次數(shù)越大、通風時間越長，夜間通風的降溫效果越明顯，學生公寓的舒適性越好。

3.4 蓄熱對夜間通風的影響

朱新榮[8]等人以西安地區(qū)既有辦公建筑為研究對象，研究蓄熱和夜間通風對建筑室內熱環(huán)境的影響。分析實驗結果可知，采用夜間通風措施與未采用通風措施房間的平均室內溫度差值為1℃，最大差值超過2℃，說明夜間通風可以有效地帶走室內的熱量，降低室內溫度；采用蓄熱措施后其室內溫度可在此基礎上進一步降低約3℃。2種措施結合運用，有96%的時間可以在不使用空調設備的情況下達到室內熱舒適狀態(tài)，大大降低了空調能耗，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

王雯翡[9]等人研究由相變混凝土復合墻體構造的房間在夜間通風下的熱環(huán)境，利用焓法建立結合夜間通風的相變混凝土復合墻體動態(tài)傳熱和房間傳熱數(shù)學物理模型，結合仿真模擬方法，研究北京地區(qū)夏季和過渡季應用該相變復合墻體動態(tài)傳熱和室內熱環(huán)境的時變特性。對該相變復合墻體傳熱的影響因素，如相變溫度、相變層厚度、通風次數(shù)、通風時間以及相變層和絕熱層的位置等進行優(yōu)化分析。

楊柳[10]等通過對窯洞民居室內熱環(huán)境的調研后發(fā)現(xiàn)，窯洞的厚重墻體可有效降低室外溫度波動對室內溫度的影響，厚重的墻體相當于熱阻和隔熱層，在室內外溫差相同的情況下，降低室內外空氣的換熱量，減緩室內溫度的變化，從而創(chuàng)造出冬暖夏涼的室內環(huán)境。

4 結語

總結關于夜間通風的研究成果，將影響夜間通風的因素簡單地劃分為4類：（1）氣候適宜性；（2）夜間通風的參數(shù)；（3）建筑的參數(shù)；（4）建筑體的蓄熱。

夜間通風已經被證實為一種有效的被動式降溫方式，并通過實驗探究、數(shù)學分析、仿真模擬等方法，得出最佳換氣次數(shù)與通風時間組合等來提高夜間通風降溫效果，更好地起到節(jié)能降耗的作用。對于商業(yè)、教育以及辦公建筑，其作息特點都為夜間通風的引入提供了很好的條件，這種被動式降溫方式不僅可以滿足舒適度的要求，還能降低能耗。