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摘要：减小建筑能耗是体现绿色建筑的重要指标之一，夏季夜晚使用自然风冷却建筑室内温度，能够减小空调的运转能耗。本文提出了使用自然风对建筑室内温度进行冷却的方法，分析了自然风冷却建筑室温的机理，以北方某办公楼为例设计并进行了自然风冷却温控试验。试验结果表明，自然风流量越大的房间，室内温度的降温效果越明显。蓄热体分散布置的蓄冷量比集中布置大66%左右，蓄热体的质量越小，分散布置时的蓄冷优势越明显。
关键词：自然风冷却；温度控制；试验设计；绿色建筑
引言
建筑能耗是绿色建筑的重要指标之一，随着空调等制冷设备数量增长，制冷负荷和能耗在建筑能耗中所占的比例逐年增大，一方面增大了建筑使用的运行成本，另一方面加重了城市的热岛现象[1-2]。充分利用外界资源降温成为减小建筑制冷能耗的方法之一，如自然通风、绿植遮阳、蒸发吸热等[3]。
本文提出了夏季夜间充分使用自然通风对建筑室内温度进行降温冷却的方法，将凉爽的自然风引入室内对围墙隔断、运行设备、办公家居等进行冷却散热，从而减少了空调运转时间，减小了制冷损耗。另外白天将蓄冷量释放，调节室内的温度。以北方某办公大楼为案例，设计并进行了自然风冷却温控试验。
1自然风冷却的建筑温控分析
夏季夜晚自然风冷却依托建筑送风系统及门窗等通风设备，而影响自然风冷却效果的因素包括室外环境参数、建筑构架参数以及通风散风设备。其中，室外环境参数主要有大气温度、湿度等，建筑结构参数主要包括内部的运行设备、办公家居、围墙隔断等散热体，通风散风设备主要指送风机、门窗等通风设备。自然风冷却过程如图1所示。
图1中，房间甲、乙、丙分别有一个送风口与通风机连接，从送风口送入的凉爽气流排入室内后，充分与建筑运行设备、办公家居、围墙隔断接触，对其进行降温，温度升高后的热空气经房间的排风口排出，达到对室内温度持续降温的作用。为提高通风冷却的效果，在建筑内部空间充裕的情况下，安放布置比热容较大的蓄热体进行热量交换和存储，能够显著提高室内温度的调节效果和温度的恒定。
2.自然风冷却的建筑温控案例设计
本文基于提出的自然风冷却的建筑温控分析方法，选取北方某办公大楼为案例进行试验分析。该办公大楼共28层，高100m，面积36580 ，选取4层东向的407、408作为研究载体，简称房间甲、乙。选取大小相同、面积相等、相同朝向的411房间作为参考，简称房间丙，三个房间尺寸为7.8m×3.6m×3.3m。三个房间均只有一面外墙与大气接触，位置及布局如图2所示。为提高通风降温效果和试验的对比，该试验中在建筑内部安放桶装水作为蓄热体，提高热量的交换的存储效果，如图3所示。
图2 北方某办公大楼试验房间布局
本案例分两个阶段开展试验，第1阶段探究夏季夜间通风的适用条件及一定蓄热量下自然通风量对室内温度波动的影响；第2阶段探究足够的通风量下，不同的蓄热体质量及安放方式对室内温度波动的影响。
第1阶段试验将40个盛满水的水桶作为蓄热体均分2组分别置于甲、乙房间内，两个房间均进行夜间自然风通风。房间丙作为参考和对比，不设置水桶蓄热体也不进行夜间自然风通风降温。房间甲、乙的自然风冷却时间为23：00~07：00。房间甲的水桶布置方式为分散布置，房间乙的水桶布置方式为集中布置，如图3和图4 所示。
由表1可以看出，第1阶段不同通风流量下，房间甲的平均温度明显低于房间乙和房间丙。房间丙空气温度最低值出现在23：00~02：00之间，而房间甲和乙最低值出现在06：00左右，由于这是由于蓄热体的存在延长了热量交换过程，使最低温度出现时刻延迟了5个小时左右。由房间甲、乙温度曲线可以看出，房间甲的温度曲线明显低于房间乙，表明房间甲的自然风通风效果优于房间乙。
第2阶段的试验中，房间甲、乙的自然风流量均为1500 ，在蓄热体质量分别为1440千克和720千克两种情况下的试验，得出的温度数据如表2所示。
由图9可知，随着蓄热体质量的增大，蓄热体分散布置时所具备的蓄冷优势在逐渐减弱，当蓄热体质量为360千克时，蓄热体分散布置的蓄冷量比集中布置大66%左右，当蓄热体质量增大到1440千克时，蓄冷量的增量降低到40%左右。因此，蓄热体的质量越小，分散布置时的蓄冷优势越明显。另外，当通风量及通风时间相同时，随着蓄热体质量的增大，蓄冷量逐渐增大。
4.结论
本文提出了使用自然风对建筑室内温度进行冷却的方法，并对北方某办公大楼为案例进行了自然风冷却建筑温控试验，得到如下结论：
（1）采用自然风冷却的建筑降温效果显著大于不通风的建筑；
（2）自然风流量越大的房间，室内温度的降温效果越明显；
（3）随着蓄热体质量的增大，蓄热体分散布置时所具备的蓄冷优势在逐渐减弱，当蓄热体质量为360千克时，蓄热体分散布置的蓄冷量比集中布置大66%左右，当蓄热体质量增大到1440千克时，蓄冷量的增量降低到40%左右；
（4）蓄热体的质量越小，分散布置时的蓄冷优势越明显。当通风量及通风时间相同时，随着蓄热体质量的增大，蓄冷量逐渐增大。
参考文献：
[1]王昭俊，孙晓利，赵加宁，等．利用夜间通风改善办公建筑热环境的实验研究[J]．哈尔滨工业大学学报，2006，38（12）：2086-2088
[2]朱新荣．北方办公建筑夜间通风降温规律特征研究[D]．西安：西安建筑科技大学，2008
[3]李峥嵘，陈沛霖，裴晓梅．晚间通风房间热环境的改善[J]．建筑热能通风空调，2001，20（3）：27-28
论文作者:吴润培
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/9
标签：蓄热论文; 建筑论文; 房间论文; 自然论文; 温度论文; 体质论文; 室内论文; 《基层建设》2017年第14期论文;