２０１０年第２期（总第５９期） ＳＨＡＮＸＩ ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ 矽 缸ｉ夏与 钍 ２０１０年４月 薰 蘸 夏季自然通风对农宅室内热环境影响的研究 王 媛 ， 王国涛 ， 杜震宇 （】．太原理工大学环境科学与工程学院，山西 太原０３００２４；２．山西省经济与信息化委员会，山西 太原０３０００２） 摘 要： 以山西省运城地区农家住宅为研究对象，叙述了进行室内热环境参数现场测试的过程，分析了不同自然通风方 案对室内能耗、舒适性及人工调节便捷性的影响特征，提出了运城地区夏季室内自然通风的理想调节方式。 关键词：住宅；自然通风；热环境；舒适性 中图分类号：ＴＵ８３１．８ 文献标识码：Ａ 文章编号： １６７４—３９９７．（２０１０）０２．００４２—０４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｄｏｏｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ Ｓｕｍｍｅｒ ＷＡＮＧ Ｙｕａｎ ， ＷＡＮＧ ＧＵＯ—ｔａｏ ，ＤＵ Ｚｈｅｎ－ｙｕ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００２，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ ＹｕｎＣｈｅｎｇ ａｒｅａｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎａｔｕｒａｌ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ．Ａｎａｌｙｓｅｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ａｎｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，Ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｏｕｔｄｏｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｉｎｄｏｏｒ ｔｈｅｒｍ￣ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｍｏｄｅｓ．Ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｉｎｄｏｏｒ ｎａｔｕｒａｌ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｏｎ—ｃｏｎｄｉ— ｔｉｏｎｅｄ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｉｎ ＹｕｎＣｈｅｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｎａｔｕｒａｌ；ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ；ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ０引言 进入２１世纪，人们愈加追求高品质的生活环境， 空调的利用在创造舒适的室内环境的同时，也造成了 １测试的过程 １．１建筑概况及测试时间 被测试的农宅为一砖混且双面坡屋顶的平房，是 一巨大的能源消耗。此外，空调对人们的健康也形成了 定的威胁，随着空调在工作场所和居室的普及，空调 当地农家住宅的典型代表。该农宅层高５．５０ ｍ，室内 外高差０．３０ ｒｎ。外墙厚为０．２４ ＩＴＩ，内墙厚为０．１２ ｍ。 门窗户为木门窗。其平面结构见图ｌ。该农宅四周均 有其他住户。由于受周围建筑布局的导流作用，除了 特殊气候条件外，风向及风速常年比较稳定。试验是 对住宅的室内外热环境参数进行为期１周（２００９—０８— １５—２００９—０８—２１）的测试。测试的房间内没有空调设 施。由于被测试地区夏季常年温度较高，日夜温差也 不大，每天的通风测试时间段为全天２４ ｈ不间断测试。 病（ＳＢＳ）的发病率逐年增高。目前，人们在追求舒适生 活环境的同时，更重视能源的可持续利用，更关注自身 的健康，渴望接近自然。所以，发展生态建筑、绿色建 筑已是大势所趋。自然通风就是利用建筑物内外风压 和热压的压差为驱动力，实现室内外气流热质的交换 过程。其具有控制室内污染浓度水平，改善室内空气 质量，调节室内热环境等功能，且有节能环保等优 点［１＿３］。 笔者以山西省运城地区三管镇某农宅为研究对 象，对室内热环境参数进行了现场实测，以此为基础寻 求满足ＩＳＯ ７７３０及相关标准环境参数最低要求下的 有效自然通风方式。 收稿日期：２０１０ ０３—１０ 图１模型建筑物平面图 第一作者简介：王 媛，１９８１年生，女，山西运城人，２００４年毕业 １．２测试的内容 于太原理工大学建筑环境与设备工程专业，在读硕士研究生。 ・主要测试卧室在自然通风情况下所产生的温度 ４２ ・ ２０１０年第２期 王媛．等：夏季自然通风对农宅室内热环境影响的研究 ２０１０年４月 场、湿度场、速度场，分析室外温度和湿度逐时变化下 的室内热环境变化的状况。测试室内外空气的温度， 湿度，风速，ＣＯ，的浓度。 １．３系统检测点的布置测 在卧室的０．１０ ＩＴＩ，０．５０ ｒｎ，１．５０ ｍ，２．４０ ｍ的不同 高度处，布置了ＤＳ１８Ｂ２０数字化温度探头。卧室内布 置了测点４７个，其中，０．１０ ｍ处５个，０．５０ ＩＴＩ处８个， １．５０ ｍ处１９，２．４０ ｍ处ｌ５个。另外，在室外布置了３ 个；室内窗户处６个；门处不同高度５个。总共６１个数 字化温度测点。 布置了ＬＴＭ８８０３ ＣＯ２数字化ｃｏ，传感器２个，其 中，室内１个，室外１个，均在高度为１．５０ ＩＴＩ处。 布置了ＬＴＭ８９０１数字化温湿度一体化探头４个， 其中，室外每个窗口处各１个（共２个），室内２个。 １．４数据采集规则 对温度、湿度、Ｃ０２浓度数据，设定每３ ｍｉｎ由计算 机自动采集、记录１次数据。风速由人工测试，每１ ｈ 测量并读取数据。每次测试时对风速数据读２次求均 值，作为该次测量的结果。对微风的测试由于受外界 环境条件的影响较大，尽量在周围气流处于稳态情况 下再读数。 １．５测试方案 根据住宅的结构特点及人们的作息习惯，设计了７ 种试验方案。各方案的测试时间段均为０：００时至 ２４：Ｏ０时，共计２４ ｈ，从８月１５日开始至２１日结束，连 续不间断地进行测试。自然通风的控制方式见表１。 表１ 自然通风控制方式 日期 不同时段的控制方式 １５日 ００：Ｏ０—１４：ＯＯ １４：００—１９：００ １９：Ｏ０—２２：ＯＯ ２２：０Ｏ一２４：ＯＯ 第一天 开门、开窗 关南窗、开 北窗开门、关窗 、开门 开门、开窗 １６日 ００：００—８：３０ ８：３Ｏ一１５：３０ ｌ５：３０一ｌ６：３Ｏ １６：３Ｏ一２４：ＯＯ 第二天 开门、关窗 开门、开窗 关门、关窗 关门、开窗 ｌ７日 ００：００—２４：Ｏ０ 第三天 全天关门、开窗 ｌ８日 ００：Ｏ０—１Ｏ：Ｏ０ １０：００一ｌ７：０Ｏ １７：Ｏ０—２４：Ｏ０ 第四天 关门、开窗 关门、拉南窗 帘开南窗、关 、开北窗 北窗、关门 １９日 ００：００—９：０Ｏ ９：００一ｌ２：００ ｌ２：００一ｌ７：ｏｏ ｌ７：００—２４：０Ｏ 第五天 开南窗、关 开门、开 关南窗、开 关南窗、关 北窗、关门 南、北窗 北窗、关门 北窗、关门 ２０日 ００：００—６：００ ６：００—２４：００ 第六天 关南窗、关 开南窗、开 北窗、关门 北窗、关门 ２１日 ００：０Ｏ一６：Ｏ０ ６：００—２４：００ 第七天 开南窗、开 关南窗、关 北窗、关门 北窗、开门 ２测试结果及分析 ２．１测试结果分析 图２、图３、图４分别为８月１５日至２１日全天整点 时刻的室外温度、室外湿度和室外ＣＯ，浓度的变化曲 线图。ＣＯ，浓度和湿度的测试是该研究的主要关注内 容之一，其浓度的变化趋势在一定程度上代表着室内 空气质量的变化趋势。但由于笔者侧重点在于从温度 的角度研究不同人工调节方式下室外温度参数对室内 热环境状况的影响规律，所以，对ＣＯ 浓度和湿度的测 试结果及分析将另文讨论。 从监测的数据中得出：室外最高温度为３６．５℃， 最低温度为１９．４℃；室外最高湿度为７９％，最低湿度 为４２％；室外最高ＣＯ２浓度为９ ｘ １０～，最低ＣＯ２浓度 为８×１０一。 从图２、图３、图４中得出，室外最高温度为１５日 １４时的３４．６℃，最低温度为１９日０４时的１９．８℃；室 外最高湿度为１７日０９时的７３．５％，最低湿度为１６日 ０１时５５％；室外最高ＣＯ２浓度为９ ｘ １０～，最低ＣＯ２ 浓度为８×１０～。 …ｌ ５日一一一一１６日——ｌ７日一一一１ ８日 一…１９目一…－２０日一２１日 ‘ ’Ｋ ’ 。 ‘ ‘ ‘ ‘ 。 ’ ‘ 。 时间／时 图２室外温度变化曲线 一一一一１６日一１ ７日…一１ ８日 一一１９日…・一２０日——２１日 。 ’ ‘ 。 ’ ‘ 。 ‘ ‘ ’ ’ 时间／时 图３室外湿度变化曲线 从１５日至２１日的７ ｄ中，室外温度在００：Ｏ０时至 ６：００时，呈下降趋势；６：００时至ｌ４：０Ｏ时依次呈上升 趋势，大都在１４：００时达到１ ｄ中的最高温度；１４：００ 时至２４：Ｏ０时又呈下降趋势；全天的高温段出现在 ９：００时至１８：００时的时段中。 室内Ｃ０７浓度的变化不大（见图５），这个房间是 ・４２・ ２０１０年第２期 嵌 ｏｏ ８ ｏｏ ８ 纱 红ｉ夏．与 钍 ９ ８ ６ ４ ２ ２０１０年４月 供人们休息的卧室，在中国农村这个季节人们白天基 而不是直被室内空气吸收，使室内温度变化不大，处于 一本都在农田里劳作很少在家里停留。房间内人员流动 不频繁，停留时间也不长。从图５的曲线变化中可看 个较为稳定的状态。如图７，室内温度变较为平稳。 全天最大温差出现在２４：００，温差为３．４℃； 出，室内的ＣＯ，浓度还是比较稳定的。 ——１６日一…１７日一１８日 一一一一１９日一２０日 Ｗ … 。 。 ‘ ‘ ‘ ‘ 。 ’ ‘ ‘ 。 。 ’ 时间／时 图４室外ｃｏ２浓度 ——１ ７日 一一一１８日一１ ９日 …－２０日 ８ ７．８ ７．６ 谈７．４ ７．２ ７ ．／ ｆ、Ｉ－，／Ｊ Ｉｌ Ｉ Ｉ Ｉ，ｆ｝ １ｆ Ｉ。 ‘ 。 ‘ ’ ‘ ’ 。 ’ 。 ’ ’ ‘ 时间／时 图５室外ｃｏ２浓度 ２．２室内外温度对比结果分析 ａ）当房间的门窗全部打开时，室内空气温度与室 外空气温度变化趋势基本一致。门窗全部打开，００：００ 至６：００室内温度随室外温度的降低而降低，６：Ｏ０至 １４：００室内温度随室外温度的上升而上升。室内温度 随室外温度的波动而上下波动，且趋势基本相同，所不 同的仅是室内温度变化滞后于室外温度变化。如图６， 室外在６：００，１４：ｏ０达到全天最低和最高温度，而室内 在７：００，１６：Ｏ０达到全天最低和最高温度。室内温度变 化滞后于室外温度变化。最大温差出现在１４：０Ｏ时， 温差为３．２℃； …室外温度——室内温度 ３ ｐ ３ ｉ ２ ’ 。 ’ 。 ‘ 。 ‘ 。 ’ ‘ ’ ‘ 时间／时 图６ 室内外温度图变化曲线（８月１５日） ｂ）当房间的门窗全部关闭时，室内温度变化趋势 同室外，且室内外温差较大。室外温度受太阳辐射及 上下空气对流的影响较大，温度起伏较为明显。室内 由于门窗紧闭处于相对封闭的状态，减少了对流换热 的损失，进入室内的太阳辐射可以更多的被墙体吸收 ・４４・ 一１－室外温度——室内温度 。 ‘ ‘ ‘ ‘ ’ ‘ ’ 。 。 ’ ‘ 时问／时 图７ 室内外温度变化曲线（８月１９日） Ｃ）当房间开南窗、开北窗、开门或开南窗、开北窗、 关门。室内温度随室外温度的变化而变化。看从图６ 中００：００至１０：００和图８中００：００至１０：００，两者相对 比，前者为开南窗、开北窗、开门状态，后者为开南窗、 开北窗、关门状态。室外温度变化趋势基本相同，但室 内的温度环境有些差异，关门状态下比开门状态下室 内温降低程度大。这是因为关门状态下进入室内的热 空气比开门状态下进入的热空气少。人们感觉更为凉 爽； …室外温度——室内温度 时间／时 图８ 室内外温度变化曲线（８月１８日） ｄ）当房间仅开南窗或仅开北窗或仅开门时。仅开 南窗（见图９中００：００至９：Ｏ０），仅开北窗（见图７中 １２：００至１７：００），仅开门（见图９中００：００至８：３０）。 当室外温度降低时，室内温度并没有明显的变化，可以 得知在这些时间段内光靠以上简单的方式仅开门或仅 开一扇窗并不能很快使室内温度降低达到人们所需求 的舒适程度。 …室外温度——室内温度 ‘ 。 。 ‘ ’ ‘ 。 ‘ ‘ ‘ ’ ’ ’ 时间／时 图９ 室内外温度变化曲线（８月１６日） 经过以上的分析可以得出：在早上时段人们起床 后最好把两窗都打开达到空气顺畅流通，加快室外新 鲜空气进入室内。在１０：００时后，室外温度逐渐上升 人们有明显的热感，从时段可以关上门、拉上南窗帘或 ２０１０年第２期 王媛，等：夏季自然通风对农宅室内热环境影响的研究 ２０１０年４月 关上南窗，人为地控制室外高温进入室内，有效地阻隔 室外热空气对室内热环境的侵扰，减缓室内温度上升 的速度，保持室内温度变化不要太大，以免引起人体的 不舒适。当ｌ８：００以后室外温度开始下降，就可以打 开门窗，对室内进行全面通风，让室内环境与室外相 近，使室内温度快速下降，让在房间停留的人们感觉到 凉爽舒适。 受笔者结论的影响； Ｃ）夏季自然通风并不是简单地开、关窗户，具体方 案应与户型、建筑布局、当地气象资料，大气环境状况 及人们的生活习惯相结合； ｄ）在风压、开窗面积近似相等，不影响室内热舒适 性的前提下，建议采用风压下的混合开口自然通风方 式来改善室内质量。 参考文献： ［１］ 彦启森，赵庆殊．建筑热过程［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 版社．２０００． ３结论及建议 ａ）对试验区的建筑，夏季通过人为调节进行自然 通风是可行的，但要适时、适度、合理； ｂ）该研究虽然只以短期的实测数据为基础，对人 们的调节行为进行的分析，但对于其他时段正常天气 状况下的行为也有一定的参考意义。至于大风等特殊 ［２】 王 怡，刘加平，肖勇强．地域性气候条件下自然通风的有 效实数分析［Ｊ］．西安建筑科技大学学报，２００７，３９（４）：５４１— ５４６． ［３］ 陈兆辉，王万江，樊 辉．住宅建筑夏季自然通风方式下热 环境分析［Ｊ】．住宅科技，２００７（１）：２７—３０． 的气候特征下，人们通常都会自觉地“看天开窗”而不 读者与编者 ・反馈・ 千里信函送真情 百感交集聚信心 然决定录用在本刊的读者与编者栏目，以资鼓励。最 后，我们衷心希望这位最年轻的作者“继续为节能减排 呐喊助威”。 《山西能源与节能》改版创新以来，一直得到广大 读者朋友们的关心与支持。当我们打开一封封邮件， 看到一页页来稿，感动和责任油然而生。那些院士、专 家、学者、领导、企业家、技术员和学生们仿佛就出现在 面前，同我们热情交谈。 能源与节能，无疑是人类生存和发展中一个永恒 的主题。人们有理由担心煤炭、石油等传统能源所带 来的副作用，也有必要关注新能源和节能减排的新进 展。《山西能源与节能》作为宣传国家能源与节能 的窗口、推进能源与节能建设的助手、服务能源与节能 本期选登了几位典型的读者代表来信及他们的要 求与建议。 感谢国外读者、留美学者阅读本刊，真诚欢迎你们 赐稿，并提出意见。希望因此扩大《山西能源与节能》 在美国的发行、交流与影响。感谢企业家的信任与期 工作者的朋友，使命重大、责无旁贷。要积极搭建学术 研究的平台，发表科技权威的高见，为建立和发展具有 中国特色的新能源产业体系扎实工作、建言献策。 待，我们会热情地宣传你们企业的节能新技术、新产 品、新风采、新贡献。感谢专家学者的真知灼见，你们 拓宽新能源的视野新而远。天然气水合物（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅ）将是本世纪一种具有巨大潜在开发价值 的可替代能源。感谢深圳的那位中学生，他把科学的 数据、生活的实例、时代的要求和青年的责任很好地结 承蒙广大读者朋友们的厚爱和国家、省新闻出版 行政管理部门的支持，《山西能源与节能》即将更名为 《能源与节能》。新的《能源与节能》将继承和发扬自己 的优势与光荣，和新老朋友们一起，共同努力，争取在３ 年至５年内成长为国内外独具特色的广受读者欢迎的 合在一起，写出一篇不错的论文请求发表。与专业的 学术论文比较，这位中学生的文章略显稚嫩，但我们依 能源类优秀期刊。千里信函送真情，百感交集聚信心。 我们的目的一定要达到。我们的目的一定会达到。 （本刊编辑部） ・４５・
