中国铁路哈尔滨局集团有限公司海拉尔房产建筑段
摘要：北方地区的建筑施工单位非常重视住宅的保暖功能设计，主要是因为北方地区在冬季会出现持续性的低温情况，因此必须要将住宅保暖工作做好，以便减少寒冷季节带给居住者的痛苦，在寒冷地区开展住宅施工工作时，设计者更要关注住宅的保暖需要，通过调整住宅的通风系统来强化建筑的保暖效果，本文根据已知的民用住宅采暖与通风设计经验，对其自然通风数值设定展开探讨。
关键词：北方寒冷地区；民用住宅；冬季；自然通风数值
在给北方寒冷区域建设民用型住宅时，设计者不仅仅需要将建设建设的基础工作做好，同时还需要根据该区域的季节性特点，来完成内部功能性系统设计工作，通过调整通风以及采暖系统来使住宅在多个季节中均可以保持较强的舒适感，通风工作对于现代建筑来说是比较重要的，在冬季时，建筑内部通风情况会发生变化，设计者需要从自然通风处理工作入手，充分提升住宅内部空气质量，建设良好的热环境，本文简要研究我国北方的部分寒冷区域的住宅的自然通风数值设置情况。
1 自然通风概述
在一定的条件下计算自然通风数值是一件比较复杂的工作，甚至还需要建设模型，但是在建设前，需要先对自然通风的实际内涵有一定的了解。之所以需要根据住宅的设置情况来确定自然通风数值，主要是因为这一数值可以帮助改变室内热环境、品质与污染物浓度等，可以使住宅具有更高的环保化程度。在获得自然通风数值后，还可以进一步优化建筑的门窗设计工作，找出合适的窗户设置位置、确定窗户的占墙面积，同时使室内通风量数值更加清晰，设计者还可以确定风速与以上几个设计元素之间的关系，很多国家针对住宅的自然通风需求展开了研究，以满足建筑的保温设置需要与散热需求。
在给住宅进行通风时，可以选用的通风方法有很多，不同的通风方式最终达到的通风效果也略有不同，传统的机械化通风方法已经不适合被应用到当前的现代型建筑之中，越来越多的住宅选用自然通风的通风方式，尤其在冬季，寒冷区域的住宅需要提供优质的采暖服务，室内存在比较严重的热能损耗情况，既有的通风条件变得更为复杂化，早晚的温差也被逐渐扩大，一些居民为了使室内的温度保持平衡，会选择通过控制开关窗户的时间作为主要的通风方式，而如果开窗时间控制不当，就会使住宅内部出现严重的污染问题，暖通设计工作也将面临一些全新的困扰，因此在实际的通风活动之中， 必须优先将自然通风数值确定下来，并以其为设计核心，设置出合适的住宅通风模式，避免因通风而给住宅内部温度造成影响。
2 自然通风数值计算
在确定自然通风数值时，设计者需要根据已有的住宅建设条件来完成模型设计工作，并求解出最终数值。
2.1 计算过程
寒冷地区冬季气温低，一年内较冷的天数所占比重大。以黄河上游的内陆城市为例，属于中温带大陆性季风气候，全年降水少，太阳辐射潜力大，全年日照时数约为２００ｈ 。 １月平均气温为－６．９℃ ，极端最低温为－２１．７℃ 。计算中，根据室外逐时温度和太阳辐射强度得到室外综合温度，再以气固耦合的方式并考虑围护结构的衰减和延迟效应，获得通过外墙的热流密度，以此热流密度作为数值模拟室内热环境的热边界条件。所以，这部分区域冬季室外的低温条件决定了建筑自然通风模式与其他温和地区自然通风模式必然存在显著差异。
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在三维直角坐标系下采用 ６ 面体结构网格对计算空间进行离散。考虑进、排风口处流动参数的高梯度变化，为获得这些区域流动参数的准确信息，对其进行了局部加密。利用本文构造的３套网格（网格数分别为５２０ ５９０ 、 ６７２ １３８和８６８ ４３４ ）进行了数值试验，所得（ｘ＝８．９８ｍ，ｙ＝３ｍ）处的速度和温度计算结果均吻合得很好，说明所得解是网格独立性的。考虑计算的经济性，决定选用６７２ １３８作为后续计算的网格数。
应用ＳＩＭＰＬＥ算法求解速度／压力耦合问题；梯度项方程采用 Ｇｒｅｅｎ － Ｇａｕｓｓ Ｃｅｌｌ Ｂａｓｅｄ 格式离散；动量方程、能量方程、湍流动能方程、湍流动能耗散率方程、组分输运方程均采用二阶迎风格式离散。
为了确定合理的通风工况，设置多种工况展开研究规定同时满足：通风１ｈ后距地面１．１ｍ 高度水平面（规定为工作区高度）上温度的平均值不低于１６． ０℃和该平面上污染物浓度不高于文献的要求值２．１７×１０－９ｋｍｏｌ／ｍ３ ，则认为该工况是符合通风要求的。据此，当进风温度为０℃、进风速度为１．２ｍ／ｓ时，工况１～２大约在通风２２ｍｉｎ时温度下降到室内采暖要求的最低温度１６．０ ℃，而 Ｃ７ Ｈ８ 要降到室内空气质量标准要求上限值２．１７×１０－９ｋｍｏｌ／ｍ３以下则需要２９ｍｉｎ ，这说明在通风时间上不能同时满足最低采暖温度和最高污染物允许浓度的要求。工况３～６更不能满足自然通风的要求（此处不再给出计算结果）。当进风温度为０℃ 、进风速度为０．４ｍ／ｓ时，可知距地面１．１ｍ 高度水平面上温度的平均值和该平面上污染物浓度平均值随时间变化趋势。可以看出，不同通风工况下室内温度随时间的下降速度不同。但通风６０ｍｉｎ ，工况７～１２均能满足室内采暖温度需要。工况９～１２对应的Ｃ７Ｈ８平均浓度变化趋势非常接近，并且在５１ｍｉｎ时接近文献规定的上限值。综合室内采暖温度要求及污染物浓度上限值两个因素，确定工况９～１２的通风时长为５１ｍｉｎ。
2.2 计算结果
通风１５ｍｉｎ后通风效率均呈下降趋势。这是因为刚开始通风时，房间内Ｃ７Ｈ８分布较均匀，随着通风的持续进行，Ｃ７Ｈ８浓度出现分层现象，Ｚ＝１．１ｍ水平面上的Ｃ７Ｈ８面平均浓度下降趋势因此变缓，从而导致排风口的Ｃ７Ｈ８平均浓度下降速率比Ｚ＝１．１ｍ水平面上的Ｃ７Ｈ８面平均浓度下降速率高。但总体上，工况１２的通风效率要高于工况１０和工况１１的通风效率，这与不同的开窗方式密切相关。由以上分析可知，“双进口、单出口”的开窗方式对于污染物的排除效率较高。这也是自然通风中流场、温度场与污染物浓度场耦合作用的结果。
3 结束语
本文以北方寒冷区域的常见住宅建设状况为研究对象，对其在冬季时的具体自然通风数值计算工作进行了探讨，设计者面对不同的建筑住宅建设状况可以选定不同的通风模式，同时也可以达到完全不同的通风效果，自然通风直接关系着住宅的内部空气与温度变动，在冬季温度偏低的条件下，工作人员可以通过人为干涉的方式来调整自然通风，如果只开关窗户，是很难达到通风需求的，可以借助改变建筑布局、优化住宅户型来更好地提升室内通风效果，在确定自然通风数值时必须要注意结合住宅内部居民的生活习惯。
参考文献：
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论文作者:范经柱
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/26
标签：住宅论文; 自然论文; 数值论文; 工况论文; 温度论文; 浓度论文; 冬季论文; 《防护工程》2018年第17期论文;