利用自然通风技术降低建筑能耗研究.pdf

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1、 0 0 年 第 期 (总 第 卷 第 期 建 筑 节 能 No 5 i n 2 0 0 7 ( T o t a l N o 1 9 5 ， Vo 1 3 5 1 一 节能技术 ENE RGY S AVI NG TECHN0L 0GY 利用 自然通风技术降低建筑能耗研究 谭涛 ， 王勇 ， 罗庆： ( 1 中国建筑设计研究院重庆 建筑设计股份有限公司， 重庆4 0 0 0 1 3 ； 2 重庆 大学城环学院 ， 重庆 摘要 ： 自然通风是一项无能耗的通风技术， 利用得 当可 以解决建筑中的通风和排热等 问题 ， 在解决建筑能耗 的研究 中， 利用 自然通风 是一个很好 的选择 。 通过 C F

2、 D模拟和实验研 究得 到了利用 自然通 风技术降低建筑能耗的方法 。经过结果对 比， 得到 了较好 的 结论， 为建筑 节能提供 了一种思路 。 关键词： 自然通风 ； 建筑能耗： 建筑节能 中图分类号： T U8 3 4 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 6 7 3 7 2 3 7 ( 2 0 0 7 ) 0 5 0 0 1 2 0 3 Re s e a r c h on Ap pl y i ng t h e Te c h n ol og y o f Na t ur a l Ve n t i l a t i o n t o R e du c e Bu i l di n g En e

3、r gy Co ns u mp t i on T A N T a o ， WAN G y 0 n g ， LU OQi n g ( 1 C h i n a A r c h i t e c t u r e De s i g n& Re s e a r c h G r o u p C h o n g q i n g A r c h i t e c t u r e De s i gn Co ， L t d ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 1 3 ， C h i n a ； 2 F a c u l ty o f Ur b a n C o n s t r u c t i o n&

4、E n v ir o n me n t a l E n g i n e e ri n g ， C h o n g q i n g U n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Na t u r a l v e n t i l a t i o n i s a v e n t i l a t i o n t e c h ni q u e o f z e r o e n e r g y c o ns u mp t i o n ， wh i c h C an h an d l e o

5、u t t h e p r o b l e ms o f v e n t i l a t i o n an d e l i m i n a t e h e a t in bu i l d i n g s i f i t i s a p pl i e d a p p r o p ria t e l y Na t u r e v e n t i l a t i o n i s a g o o d c h oic e i n r e s e arc h o n d e c r e a s i n g e n e r gy c o n s u mp t i o n f o r b u i l di n

6、 g s Th e me t h o d s o fd e c e a s i n g e n e r gy c o n s u mp t i o n f o r b u i l d i n g b y u s ing n a t u r e v e n t il a t i o n t h r o u g h CF D s i m u l a t i o n a n d e x p e rime n t are p r o p o s e d Co mp a ri n g wi t h t h e t wo r e s u l t s ， p r e f e r a b l e c o n

7、c l u s i o n s a r e o b tai n e d A me t h o d i s p o i n t e d o u t for e n e r gy e ffi c i e n c y i n b u i l d i n g s ， wh i c h i S n a t u r a l v e n t i l a t i o n Key wor ds ： n a t ur a l v e n t i l a t i o n ； e n e r gy c o n s u mp t i o n f o r b u i l d i n g s ； e n e r gy e

8、ffic i e n c y i n b u i l d i ng s 0 引言 自然通风有 自己独特的优势， 不需要外部动力就 能够得到较好的通风效果 ， 这种效果应用在建筑领域 就能够保证通风换气 以及废热的排放。 设计较好的水 电站通风和高大厂房的通风 的主要手段就 是利用 自 然通风技术， 并且得到了实践的检验。将 自然通风技 术应用到建筑中， 同样能够起到降低能耗的作用。 降低建筑能耗是暖通技术的一个重要课题 。 降低 建筑 能耗的途径通常有两种方法 ， 一种是从暖通空调 系统出发降低系统运行能耗； 另一种即是从建筑维护 结构出发降低建筑本身的能耗 。 后一种方法一般是考 虑建筑朝向

9、、 建筑材料类型、 建筑结构型式等等， 如果 这些措施处理得 当， 能够降低建筑负荷。这些措施是 一 种静态的处理方法 ， 如果采用动态 的方法即将 自然 通风技术引入到能耗处理分析过程， 这就为建筑节能 又提供 了一种新思路。 本文提供一种利用 自然通风技术降低建筑能耗 的途径 。 l 利用 自然通风降低建筑外墙 负荷 收稿 日期 ： 2 0 0 6 1 2 0 5 1 房间负荷 的形成是房间在各种外扰、 内扰及建筑 维护结构 的热工特性等因素综合作用下的必然结果。 外扰主要包括室外气候参数如室外空气温度、 太阳辐 射 、 风速及邻 室温度； 内扰则主要是室 内设备、 照 明、 人员及通风等

10、热湿源和空调冷热源等 。在通常情况 下， 房 间内的负荷变化受房间空调制冷量( 或供热量) 、 围护结构传热、 通过玻璃直接进入的太阳辐射 、 通风 与空气渗透得热 、 室 内人员散热 、 设备散热、 照明散热 传热等因素影响。在上述多种影响因素 中， 维护结构 传热就可以通过 自然通风技术进行改善 ， 从而降低建 筑负荷， 起到建筑节能的 目的。 根据传热原理，维护结构 的传热影响因素 由维 护结构物 理参 数 以及维护结构两侧表面温 度决定 。 在室 内设计参数 以及维护结构型式确定后，降低维 护结构外表面温度就能够降低传热温差 ，从而 降低 室内负荷 。 对于建筑维护结构， 外表面除外

11、窗外 ， 主要就 是 外墙 。由于外窗有通风和采光要求， 同时窗户 的处理 已经有很多方法， 在此暂不讨论。解决外墙壁面温度 的途径就是外墙通风技术。 外墙通风原理即是在外墙 维普资讯 http:/ 设置通风墙体 ， 该墙体与建筑外墙构成通风道 ， 利用 热压通风使空气在通风道内流动， 从而迅速带走墙体 内的热量， 降低建筑外墙温度 ， 减少传热量。 通风墙体的构造如 图 1 。建筑型式采用重庆市小 城镇节能项 目的原始图形 ， 建筑布局如 图 2 。 根据建筑型式，采用 C F D对北 向和西 向通风墙 体进行模拟， 模拟北向通风墙体 的条件是太 阳辐射强 度为 1 0 0W mz ， 室外

12、干球温度为 3 5， 模拟计算结果 如图 3 。 北 向外墙采用 了通风墙体后 的各层温度分布 曲 线如 图4 。 从夹层内空气分布看 ， 温度梯度比较明显。在这 种情况下， 在夹层 内能够顺利形成热压 。通风墙体的 外表面在太 阳辐射作用下，外墙外壁温度 4 2 9 4； 外墙 内壁温度 3 8 9 4： 通风墙内空气温度 3 4 9 6； 内墙外壁温度 3 3 O 3： 内墙内壁温度 3 1 O 3。 对于 建筑外墙 ， 其外表面温度 由 4 2 9 4降低到 3 3 0 3， 内壁温度为 3 1 0 3。 图 1 通风墙体构造图 墙外壁温度 4 3 3 8； 墙 内壁温度 3 8 7；

13、可以看出， 设置通风墙体后建筑 内表面温度 比没 有设置通风墙体 的墙体内表面温度下降 7 4。传热 温差 由5下降为 2。 对于外墙传热， 如果导热过程按照稳定传热过程 来考虑 ， 可 以根据 Q = K F A t 进行计算 ， 在传热系数 和传热面积确定 的条件下，传热量和温差成正 比， 即 外墙传热负荷可下 降 6 0 ， 另一方面 ， 由于外墙 内表 面温度降低 ，墙面内表面 向室内辐射的热量下降， 可 以使负荷进一步 降低 ， 根据模拟负荷计算 ， 室 内负荷 可以下降 1 1 左右。 5 O 4O 3 0 赠 2 O l O 0 图 3 北 向通风墙模拟计算结果图 一： 二 l

14、2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 l 1 l 2 l 3 l 4 通风墙 体( 北) 温度分布 +夹层空气分布 +外墙外壁温 外墙 内壁温 * 一 内墙外壁温 - * _ 内墙 内壁温 竖向高度 图 4 北向外墙采用通风 墙体后的各层温度分布 曲线 同理 ， 对西 向通 风墙进行模拟 ， 模拟条件是太阳 辐射强度为 6 0W m ， 室外干球温度为 3 5。模拟计 算结果如 图 5 。 图 2 模型的原型建筑布局 图 5 西 向通风墙模拟计算结果图 如果在没有采用通风墙体， 在其他条件相 同情况 西向外墙采用了通 风墙体后 的温度 分布 曲线如 下采用普通墙体， 其温度分布如下 ： 图

15、6 。 3 莒 罩 砌 B B B B B B B E E 裟 耀 溜 辫 群 器 器 群 器 一 维普资讯 http:/ 5 0 4 0 3 0 赠 2 O l 0 0 1 1 1 1 ： 一 ! _一! l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 l 1 l 2 l 3 l 4 通 风墙体( 西) 温度分布 图 一夹层空气 分布 一外墙外壁温 外墙内壁温 * 一 内墙外壁温 +内墙内壁温 竖 向高度 图 6 西 向外墙采用通风 墙体后的各层温度分布 曲线 模拟结果如下： 外墙外壁温度 3 9 8 9； 外墙 内 壁温度 3 7 5 ； 通风墙 内空气温度度 3 5 0 5； 内墙 外壁温度

16、 3 4 O 2； 内墙 内壁温度 3 3 0 2。 对于建筑 外墙， 其外表面温度由 3 9 8 9降低到 3 4 0 2， 内壁 温度为 3 3 0 2。 如果在没有采用通风墙体， 在其他条件相 同情况 下采用普通墙体 ， 其温度分布如下： 墙外壁温度 4 1 4； 墙内壁温度 3 7 4； 可 以看 出， 设置通风墙体后建筑 内表面温度 比没 有设置通风墙体的墙体内表面温度下降 5 8 7。 C。传 热温差由 4下降为 1。 同理， 根据传热原理 ， 可 以得到西 向外墙传热负 荷下 降 7 5 ，同时室 内内表面 向室 内辐射 的热量下 降， 根据模拟负荷计算 ， 室 内负荷可以下降

17、1 2 左右。 综上， 外墙通风结构 由于有夹层存在 ， 实 际是将 辐射热外墙体 的升温转嫁到通风墙的外墙上， 由于辐 射升温 的热量首先是传导到通风道 内， 由于热压 的存 在， 形成从下到上的气流 ， 能使热空气迅速将热量带 走， 气流与建筑的实际外墙外表面的传热才构成了外 墙的传热量， 因此， 负荷降低。 以上是夏季模拟结果 。 在冬季 ， 将风口关闭， 通风 道成为具有一定厚度不流动空气 的保温墙， 同样降低 外墙负荷。 外墙通风的成本很低 ，实际是仅增加了一个风 道， 且一面可以利用原建筑外墙的外表面代替， 因此， 增量成本很低。该方法已有实际工程应用 。 2 结论和建议 利用外墙

18、通风可 以使外墙传热负荷降低 明显， 由于各向外墙太阳辐射值的不 同， 各向通风墙体降低 负荷值是不 同的； 如果有两面以上外墙 ， 室内负荷 降低值更加明显； 墙体 内加强热压可 以通过太阳能 辐射管来解决 ； 通风道的长宽比例尺寸 ， 对通风量 有一定的影 响， 应有一个最佳 比例 ； 应进行采用通 风墙体与采用保温墙体 的经济技术分析；该 C F D 模拟的原型建筑正在建设， 能耗降低率待实验验证。 参考文献： 【 l 】 彦启森， 赵庆珠 建筑热过程 M1 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 8 6 ( V AN Qi S e l l ， Z HAO Qi n g - z h u B

19、 u i l d i n g He a t P r o c s M B e i j i n g ： Ch i n a Ar c h i t e c t u r e&B u i l d i n g P r e s s ， 1 9 8 6 ) 【 2 】 朱光俊，张晓亮 外墙保温技术对空调负荷的影响【 J 节能技术2 0 0 5 ,2 3 ( 1 ) ： 3 2 3 5 ( Z HU Gu a n g - j u n ，Z H ANG Xi a o l i a n g E ff e c t s o n O u t s i d e Wa l l He a t P r e s e r v a t i

20、o n T e c h n o l o g y t o Ai r C o n d i t i o n i n g C a r r i e s J E n e r gy C o n s e rva t i o n T e c h n o l o gy， 2 0 0 5 ， 2 3 ( 1 ) ： 3 2 3 5 ) 【 3 】 杨建坤， 张旭， 刘东等 自然通风作用下中庭建筑热环境的数值模拟 J 暖通空调，2 0 0 5 ， 3 5 ( 5 ) ： 7 2 7 5 (VAN G J i a n - k u n ， Z HA NG Xu ， L 1 U Do n g ， e t a 1 Nu me

21、 r i c a l S i mu l a t i o n o f T h e r ma l E n v i r o n me n t i n At ri um B u i l d i n g s wi t h Na t u r a l Ve n t i l a t i o n J HV&AC，2 0 0 5 ， 3 5 ( 5 ) ： 7 2 7 5 ) 【 4 】 李峰，李雪 高层建筑外墙体与空调节能 J 制冷， 1 9 9 8 ， ( 1 ) ： 2 5 3 0 ( U F e n g ， L I Xu e Hi g h - r i s e B u i l d i n g Ou t s

22、i d e W a l l a n d Ai r - c o n d i t i o n in g E n e r gy- s a v i n g J Re f r i g e r a t i o n ， 1 9 9 8 ， ( 1 ) ： 2 5 3 0 ) 作者简介： 谭涛( 1 9 7 4 一 ) ， 女， 中国建筑设计研究院重庆建筑设计股份 有限公司， 工程师。 单位地址： 重庆市渝中区双钢路 3 号科协大厦四楼( 4 0 0 0 1 3 ) 联系方式： 8 9 0 3 4 8 8 8 8 0 1 2 ， 8 9 0 3 9 2 5 6 ( 传真) ； E m a i l ： t t

23、d y j 1 2 6 c o m 触赞 讯 烟台新建住宅强制 推广 太阳 簇与建筇捆 绑设计胞工 r- P - h - - n _ - - - _ - 据山东省烟台市建设部门介绍， 烟台市城市中心区今年新 建住宅小区将强制推广太阳能与建筑捆绑设计施工， 这将有效 降低 当地 的建筑能耗。 据介绍， 烟台强制推广的热水器一体化设计和施工， 就是 要求新建住宅项 目在建设之初，将太阳能热水器的设计、 安 装， 作为建筑整体设计、 施工的一部分加 以考虑， 做到太阳能 热水器与建筑 同步设计、 同步施工， 在保障建筑结构和产品使 用安全的同时，有效地解决太阳能热水器与建筑规划不协调 的难 题。其

24、具体措施 是： 低层 、 多层建筑 ， 全面推广太 阳能热水 器与建筑一体化设计和施工； 小高层、 高层住宅建筑， 采取试 1 点形式推广 。凡是应采 用太 阳能热水器而未设计的， 或未 与建 筑一体化设计的， 一律不得通过施工图审查； 擅 自取消太阳能 热水器或施工质量不合格的， 不予竣工备案。年 内试点建筑面 积要达到新开工同类型住宅建筑面积的 2 0 以上， “ 十一五” 末 达到 5 O 以上 。 据记者了解， 烟台市年 日照时数在 2 2 0 0 h以上， 具有丰富 的太阳能资源。 到 2 0 1 0年， 全市预计需新建住宅 4 0 0 0万 m2 以 上， 按使用太阳能热水器后平均每户每天节约 2 。 电计算， 全市 每天可节电 1 0 0万。 以上； 对市民家庭而言， 每年可节电7 0 0 。 以上， 节省开支 4 0 0多元。 ( 摘自 中国建设报孙宏瞍) 维普资讯 http:/