湖南地区高校办公楼夏季通风节能潜力研究(修改字体)

2014·建筑热工与节能湖南地区高校办公楼夏季通风节能潜力研究蒋毅1、2，王可睿2（1.湖南城市学院 ，益阳 413000 ；2.华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室，广州 510640 ）摘要： 在湖南地区高校办公建筑中，夏季采用分体空调制冷的办公建筑数量较多，此类建筑节能潜力大，是节能改造的重点。

以湖南城市学院校本部办公楼为例，研究通风节能效果，将通风节能率作为通风节能效果的评价指标，对不同换气次数下的通风节能时数和节能率进行了研究，对室内外实测数据及模拟结果进行分析，得出通风在湖南地区对降温散热和降低空调能耗的具有显著的作用。

关键词：通风；高校办公建筑；节能效果1引言采用分体空调的办公建筑，办公人员的使用调节行为对建筑的能耗指标有很大的影响。

在保证热舒适的前提下，通过开窗引入自然风或采用智能联动控制进行机械通风，配合吊扇的使用，可减少空调的开启时间，达到节能的目的。

湖南省风资源丰富。

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》长沙市典型气象年的气象数据，长沙市（宁乡）的年平均风速为2.1m/s，夏季主导风向为东南风，典型气象年日平均风速如图1所示。

图1 典型气象年日平均风速从图中可得，5月-10月长沙地区大部分时间风速超过1m/s，将近一半时间风速超过2m/s。

因此，本地区的建筑在适合通风的时间内可充分利用通风来进行降温，节省能耗。

基金资助：湖南省住房和城乡建设厅科研项目：湖南高校既有建筑节能潜力调查及节能一体化改造研究（KY201209） 作者简介：蒋毅（1983-），男，湖南益阳，助教，硕士研究生(在读博士) email:zoroyi@2014·建筑热工与节能2计算模式的选取2.1研究对象选取湖南省益阳市湖南城市学院校本部办公楼为研究对象。

该建筑共四层，首层层高3.6m，2至4层层高3.3m。

建筑为南北朝向，中间有一中庭，各层房间均与外廊相连。

建筑平面如错误!未找到引用源。

所示。

图2 建筑平面图2.2气候特征及计算模式2.1.1气候特征分析通风能否满足室内人体热舒适要求，本研究中主要采用干球温度和湿度来确定。

选取《中国建筑环境分析专用气象数据集》中长沙典型气象年各月气象数据进行分析，如图3所示。

图3 6、7、8、9月典型气象年温湿度湖南地区5月大部分天数日最高干球温度在26℃以下，相对湿度低于90%；到了6月气温升高，由于降雨的关系，此月温度变化大，最高气温为35℃，最低气温为19℃，日平均气温大部分天数在26°以下。

此两月中，室外气温尚不太高，当室内气温出现过高现象时，可以通过通风来降温。

7、8月温度继续升高，日平均温度基本高过26℃，这段时间需要依靠空调制冷，只有在上午的部分时间温度低于26℃，可以根据室外温度情况推迟开启空调的时间。

9月入秋后气温开始下降，可充分利用自然通风来降温。

2014·建筑热工与节能2.1.2计算模式的确定一般建筑围护结构的热工性能采用连续空调运行模式评价，由此确定计算模式1的输入参数。

普通构造建筑通风满足室内热舒适时的最高室外温度为26℃[1]，取26℃为自然通风平衡温度。

当建筑室外温度小于或等于26℃，相对湿度低于90%时，室内可以通过自然通风满足室内热舒适；当室外温度高于26℃时，室内需要开启空调。

在夏季，当气温达到一定的值（容忍温度）时，开启空调，之后房间温度会保持在一个较低恒定温度（设定温度），夏季设定温度为26℃。

夏季使用风扇可接受的温度最高值，在珠三角地区为29.5℃[2]。

影响人的热舒适感觉的主要指标为空气温度、风速、辐射温度和湿度。

由于湖南地区空气湿度不会高于珠三角地区，故本地区的夏季使用风扇可接受的温度最高值可取为29.5℃。

关闭的房间换气次数0.5次/h，开窗风量按10次/h取[3] [4] [5]。

由此确定输入模式2。

另外，为研究通风之后建筑的能耗和通风量之间的关系，在计算模式2的基础上，将通风量分别设为20次/h、30次/h、40次/h和50次/h进行计算。

表1 计算模式项目 计算模式1 计算模式2气象参数 典型气象年 典型气象年人员作息 办公室人员/灯光/设备作息 办公室人员/灯光/设备作息换气次数空调运行模式 空调控制温度 空调容忍温度0.5次/h连续运行18℃~26℃18℃~26℃10次/h间歇运行18℃~26℃18℃~29.5℃2.3节能效果研究及评价通过对建筑的室温和空调能耗模拟分析，得出建筑的节能时数和自然通风节能率[6]。

图4 不同换气次数的能耗 图5 各层房间的节能时数 根据图4可得出，通风次数为10次/h时，按照计算模式b计算得到的能耗与通风次数0.5次/h，按照计算模式a计算得到的能耗相比，节能9.8%。

按照计算模式b，继续增大通风换气次数，能耗继续下降，但下降速度变缓，节能依次为3%、2.3%、0.6%和0.3%。

出现这种现象的原因可能是由于通风量达到一定程度之后，已经满足房间通过通风来降低室内温度、带走室内多余热量的目的，继续增大通风量对能耗的影响就不再明显。

对节能时数的影响，按楼层分如图5。

当通风次数由0.5次/h提高到10次/h时，建筑的通风节能时数增加。

这是因为通风次数的增加加速了室内外空气的流通，将室内的热量带到室外，通风节能时数也随之增加，空调的使用时间减少，能耗降低。

2014·建筑热工与节能对节能时数的影响，按南北向分如图6。

图6 不同朝向房间的节能时数从图6可看出，采用自然通风降温的方式，位于中庭北边的房间增加的节能时数要多于位于中庭南边的房间，多出的节能时数分别为一层61小时、二层375小时、三层240小时和4层251小时。

由于该地区夏季主导风向为南风或东南风，风从南面吹入位于中庭南边的房间，经过中庭降温再吹入位于中庭北边的房间，由于中庭的空气温度低于建筑南面的空气温度，所以出现这种差异。

3实测研究为研究自然通风对建筑室内热环境带来的影响，对所选取的建筑在过渡季（2013年9月19日-9月21日）进行温湿度实测，测试时间为24小时。

来评价建筑在使用中的热舒适状况。

测试的主要热环境参数有室内外温度和相对湿度。

所有测点距离地面1.5m以内，测量室外温度时避免太阳辐射影响采用防辐射筒，测试室内温度时房间一直处于门窗密闭中以避免通风对气温的影响。

3.1测点布置实测地点为湖南城市学院办公楼及周边区域，布置前提为：1、考虑室内外热环境；2、考虑东南西北四个方位室内对比；3、考虑室外和中庭的对比。

布置准测为：1、呈“米”字型布置，均匀覆盖；2、呈“C”字型布置，覆盖主要出入口和人行区域，如图7所示。

测点1布置在位于建筑西面的主要大厅入口处，测点二布置在天井中点处，另在首层、二层和顶层东、南、西、北四个角上的办公室布置测点。

图7 测点布置3.2测试结果分析实测期间天气晴朗，无降雨，风速小于2m/s，属于典型的过渡季气候。

测试得到的温湿度数据如图8、9所示。

2014·建筑热工与节能图8 实测温度图9 实测湿度由于门窗密闭屏蔽了自然通风对室内的影响，从图8可得到，位于建筑北面的东北、西北角办公室，白天受阳光直射的时间少，温度波动较小，气温恒定，一天中气温基本都超过29.5℃，此时室外气温在26°以下，可开启门窗引进自然通风降温。

东南角房间在上午会受到阳光直接照射，在11点室温会升至32℃以上；西南角办公室下午受阳光的直接照射，由于围护结构延迟作用，室温在下午15点达到最高37℃。

在上午11点之前，室内和室外的气温相差可达到5℃左右，是因为室内门窗关闭，热量无法散发出去。

此时室外气温在26℃以下，最低为23℃，可以充分开门开窗进行通风，加速室内热量的散发。

否则就需要开启空调来维持室内的热舒适性。

天井温度在上午略高于主入口处温度，这是因为天井上午受阳光直射而主入口处却被遮挡。

中午到下午的时间，由于下叠面性质的影响，中庭温度会略低于入口处温度。

到了晚上，主入口处四周无遮挡更利于散热，所以温度比中庭要低些。

从图9可看出室外湿度随温度变化明显，上午温度低，湿度高，但未超过90%；下午温度升高，湿度降低，处于48%-60%之间。

室内湿度变化相对较小，位于建筑东侧的房间室温相对低一些，湿度值高一些。

位于西南角的房间受南向和西向太阳光照射影响最明显，一天中温度变化较大，湿度的变化也比较大。

另外，室内外湿度值都处于热舒适范围。

4小结通风作为改善室内空气品质、创造健康舒适的室内环境、降低建筑能耗的有效措施，受到越来越多的重视。

由本文研究可得使用单体空调制冷的高校办公楼在进行节能改造时可考虑引入自然通风或者采用智能联动控制进行机械通风的方式来降低建筑的能耗。

参考文献：[1]张晓亮. 建筑环境设计模拟分析软件DeST第13讲住宅模拟优化实例[J]. 暖通空调，2005，35（8）：65-72.[2]张宇峰.夏热冬暖地区代表性城市与农村居住建筑热环境设计与计算指标[J]. 建筑科学，2014，已接受.[3]张才才[,李振海]. 上海市集合住宅气密性能实测及换气性能分析[J]. 节能，2005（2）：35-37.[4]李晓峰[,朱颖心].示踪气体浓度衰减法在民用建筑自然通风研究中的应用[J].暖通空调，1997，27（4）：7-10[5]简毅文.住宅热性能评价方法的研究[D]：[博士学位论文].北京：清华大学，2003.[6]秦翠翠.广州地区居住建筑自然通风节能效果与措施研究[D]：[硕士学位论文].广州：华南理工大学，2009.。