探索運城地區農宅的室內熱環境及通風

0 引言

進入21 世紀，人們愈加追求高品質的生活環境，空調的利用在創造舒適的室內環境的同時，也造成了巨大的能源消耗。此外，空調對人們的健康也形成了一定的威脅，隨着空調在工作場所和居室的普及，空調病(sbs)的發病率逐年增高。目前人們在追求舒適的生活環境的同時，更重視能源的可持續利用，更關注自身健康，渴望接近自然。所以發展生態建築、綠色建築已是大勢所趨。自然通風無需耗能，通過合理佈置房間的開窗位置和麪積，既達到了自然採光的目的，又可依靠室內外的風壓及熱壓差，形成有組織的自然通風，在室外氣候適宜時可達到調節室內熱環境的目的。因此，自然通風越來越受到廣泛關注。本站提供大量工商管理畢業論文，如有業務需求請諮詢網站客服人員！

自然通風就是利用建築物內外的壓差（包括風壓和熱壓）為驅動力實現室內外氣流的熱、質交換過程。房間中的自然通風是由於建築物的開口處（門，窗，過道）存在着空氣壓力差而產生的空氣流動，利用室內外氣流的交換，可以降低室温，保證房間內正常的氣候條件與新鮮潔淨的空氣。同時房間有一定的空氣流動，可以加強人體的對流和蒸發散熱，提高人體熱舒適度，改善人們的工作和生活條件。造成空氣壓力差的原因有二：熱壓作用和風壓作用。

熱壓取決於室內外空氣温差所致的空氣密度和進出口的高度差。

自然通風具有能控制室內污染濃度水平，改善室內空氣質量，調節室內熱環境等功能，並且有節能環保等優點。自然通風越來越受到人們的重視。近年來，我省對自然通風的利用頒佈很多措施。但用於實際研究的不多。王怡等人以寒冷地區典型建築為例提出了動態計算自然通風有效時數的方法，為不同地域條件下自然通風的策略分析提供了思路。下面以我省運城地區三管鎮某農宅為研究對象，對室內熱環境參數進行了現場實測，以此為基礎尋求滿足國際標準iso7730 及相關標準環境參數最低要求下的有效自然通風方式。

根據國際標準iso7730 及相關標準，評價該系統的熱舒適性有以下標準：

1. 室內空氣温度（或作用温度）夏季<26℃

2. 室內相對濕度30%~70%

3. 0.1m 與1.1m 之間的温差不能超過3℃4. 地面温度在18~19℃5. 平均空氣氣流速度在0.1~0.3m/s 範圍內6. 吹風風險不滿意率《15%7. 置換通風的送風速度一般為0.25m/s1 測試的過程1.1 建築概況及測試時間試驗農宅位於山西省運城市三管鎮，運城市位於山西中西南端，與陝西、河南兩省隔黃河而相望，北與臨汾市毗連，東與晉城接壤。地理座標在北緯34°35′-35°49′，東西長201.87公里，南北寬127.47公里，同鄰省的渭南市和三門峽市一起構成黃河中游“金三角”。全區屬暖温帶半乾旱大陸性季風氣候。其基本特徵是，氣候温和，春季乾燥多風；夏季炎熱多雨，雨水豐沛，光能，風能較豐富，熱量資源充足；秋季涼爽連陰；冬季乾燥寒冷。

進行測試的農宅為三管鎮一磚混且雙面坡屋頂的平房住宅，是農家住宅的典型代表。該農宅，層高5.50m，室內外高差0.30m。外牆厚為0.24m,內牆厚為0.12m.窗户為木窗，門為木門。該農宅四周均有其他住户。由於受周圍建築佈局的導流作用，除了特殊氣候條件外，風向及風速常年比較穩定。實驗是對住宅的室內外熱環境參數進行了為期一週（XX-8-15到XX-8-21）的測試。測試房間內均沒有空調設施。由於被測試地區夏季常年温度較高，日夜温差也不大，每天的通風測試時間段為全天24 小時不間斷測試。農宅外觀圖如圖3 所示，農宅結構平面如圖4 所示。農宅圍護結構的熱物性參數見表1。

1.2 測試內容與方法

本次實驗研究的重點為：農宅在自然通風系統作用下，當外界天氣環境變化時，室內熱環境的變化狀況及其能否滿足人體的舒適度。農宅內部熱環境是多種因素共同作用的結果。

本次實驗通過對夏季自然通風下農宅內外的温度、濕度、co2 濃度的測量和分析，在滿足濕度和co2濃度基本條件下，通過比較不同工況對農宅內温度的影響，分析和評價影響夏季室內温度的主要原因，為數值模擬提供驗證數據，最終為温室的結構優化提供理論支持。

室內外需測定的環境因素有：室內外空氣的温濕度、co2 濃度、和室內外風速。試驗過程中使用的儀器及詳細參數。

1.3 實驗方法及測點佈置

本實驗採用一套室內環境信息採集裝置變壓器220v/24v，轉換器（圖6）及多功能數據採集控制模塊ltm8662(圖7)。將温濕度傳感器、温度傳感器、co2 濃度傳感器通過數據線連接到數據採集中心自動連續記錄室內的空氣温度、相對濕度和co2 濃度，並存儲在電腦中，人為設定存儲時間間隔是3 分鐘。

①室內空氣温度：採用數字化温度探頭測得。為了保證温度傳感器不受太陽輻射的影響，在外側覆蓋一鋁箔杯罩。測點佈置為：分別在卧室不同高度0.10m、0.50m、1.50m、2.40m 佈置了數字化温度探頭，共計47 個。0.10m 處佈置了5 個探頭，0.50m 處佈置了8 個探頭，1.50m 處佈置了19 個探頭，2.40m 處佈置了15 個探頭；室內窗户0.50m、1.50m 處各佈置了3 個探頭；門處0.10m 處佈置了1 個探頭，0.50m 處佈置了1 個探頭，1.50m 處佈置了2 個探頭，2.40m 處佈置了1 個探頭；室外佈置了3 個探頭高度分別為0.10m、1.50m、2.40m.

②室內空氣濕度：採用數字化温濕度一體化探頭測得。為了把卧室內空氣濕度控制在人體舒適的範圍內，我們在室內牀上0.40m 高處放置一個温濕度傳感器，在卧室中央1.50m 高處佈置了一個温濕度傳感器。

③室外空氣温濕度：採用數字化温濕度一體化探頭測得。室外距供試卧室南側3.00m 遠，2.00m 高地平台上佈置一温濕度傳感器，在供試卧室外側北窗台上佈置另一温濕度傳感器。

④風速：室內外風速測量採用ey3-2a 電子微風儀，由於自然通風條件下風口風速受室外天氣影響較大，風速變化較大，因此每隔一小時測試一次室內外風速。

⑤co2 濃度：採用數字化co2 傳感器獲得（，在卧室沙發1.20m 處和室外距供試卧室南側3.00m 遠，2.00m 高地平台上各放置一個數字化co2 傳感器。

1.4 實驗數據採集温度、濕度、co2 濃度、由計算機直接採集數據，人為設定每3 分鐘由電腦記錄一次數據。風速儀器為人工測試，每小時測量並讀取數據。每次測試時對風速讀取兩次求平均值作為該測量的記錄結果。微風儀的測試過程受外界干擾影響較大，所以，儘量在周圍氣流處於穩態的情況下讀取。

1.5 實驗測試方案根據住宅的結構特點與人們的生活作息習慣，實驗共設計了7 種方案，各方案的測試時間段均為0:00～24:00 共計24 小時連續不間斷測試。自然通風的控制方式見測試結果及分析2.1 室內外測試結果分析co2 濃度和濕度的測試是本研究的主要關注內容之一，其濃度的變化趨勢在一定程度上能代表室內空氣質量的變化趨勢。但由於本文側重點在於從温度的角度研究不同人工調節方式下室外温度參數對室內熱環境狀況的影響規律，所以，對co2 濃度和濕度的對比測試結果及分析將另文討論。

分別為全天00:00～24:00 每時刻的室外温度、室外濕度和室外co2濃度的變化曲線圖。

從電腦連續7 天監測的數據中得出：室外最高温度為36.5℃，最低温度為19.4℃；室外最高濕度為79%，最低濕度為42%；室外最高co2濃度為10ppm，最低co2 濃度為8ppm。

分別為全天00:00～24:00 所監測的室外温度、室外濕度和室外co2的濃度的變化曲線圖。從圖12 中可以得出室外最高温度為15 日下午2 點34.6℃，最低温度為19 號早上4 點19.8℃。可以得出室外最高濕度為17 日上午9 點73.5%，最低濕度為16 號早上1 點55%。圖中可以得出室外最高co2 濃度為9ppm，最低co2 濃度為8ppm。

從15 日至21 日7 天的室外温度變化曲線中我們還可以得出00:00～6:00温度成下降趨勢；6:00～14:00 温度依次上升大都在14:00 時達到一天最高温度； 14:00～24:00 温度又成下降趨勢；全天的高温段出現在13:00～18:00。8 月15 日天氣晴朗炎熱可從中看出它的全天温度都比其他幾日高。

從16 日至21 日6 天的室外濕度變化曲線（如圖13）中我們可以得出一般情況下，下雨天濕度較大，晴天濕度較小。較大濕度日變化與氣温的日變化相反，最大值出現在日出前，最小值出現在2:00 左右，當然在天氣突變時，濕度的這種規律就被破壞。如高温低濕的午後，突然烏雲翻滾，濕空氣洶湧而至，室外的濕度就會迅猛的上升。8 月16 日中午12：00 後開始下雨，從圖13 中可以看出濕度在12:00 後就開始增大。又如8 月20 日全天陰天小雨，全天濕度都較大。從圖13 中看出全天濕度較高在65%以上。

2.2 室內外温度對比結果分析

1.當房間的門窗全部打開時，室內空氣温度與室外空氣温度變化趨勢基本一致。門窗全部打開，00:00～6:00 室內温度隨室外温度的降低而降低，6:00～14:00 室內温度隨室外温度的上升而上升。室內温度隨室外温度的波動而上下波動，且趨勢基本相同，所不同的僅是室內温度變化滯後於室外温度變化。如圖16 中室外在6:00、14:00 達到全天最低和最高温度，而室內在7:00、16:00 達到全天最低和最高温度。室內温度變化滯後於室外温度變化。

最大温差出現在14:00 時刻，温差為3.2℃。

2.當房間的門窗全部關閉時，室內温度變化趨勢同室外，且室內外温差較大。室外温度受太陽輻射及上下空氣對流的影響較大，温度起伏較為明顯。室內由於門窗緊閉處於相對封閉的狀態，減少了對流換熱的損失，進入室內的太陽輻射可以更多的被牆體吸收而不是直被室內空氣吸收，使室內温度變化不大，處於一個較為穩定的狀態。室內温度變較為平穩。全天最大温差出現在24:00 時刻，温差為3.4℃。

3.當房間開南窗、開北窗、開門或開南窗、開北窗、關門。室內温度隨室外温度的變化而變化。看圖16 中00:00～10:00 和00:00～10:00，兩者相對比，前者為開南窗、開北窗、開門狀態，後者為開南窗、開北窗、關門狀態。室外温度變化趨勢基本相同，但室內的温度環境有些差異，關門狀態下比開門狀態下室內温降低程度大。這是因為關門狀態下進入室內的熱空氣比開門狀態下進入的熱空氣少。人們感覺更為涼爽。查看企業戰略管理論文。

4.當房間僅開南窗或僅開北窗或僅開門時。僅開南窗見中00:00～9:00，僅開北窗見圖17 中12:00～17:00，僅開門見圖19 中00:00～8:30。當室外温度降低時，室內温度並沒有明顯的變化，可以得知在這些時間段內光靠以上簡單的方式僅開門或僅開一扇窗並不能很快使室內温度降低達到人們所需求的舒適程度。

3 結論及建議

3.1 結論

總之經過以上的分析我們可以得出：在早上時段人們起牀後最好把兩窗都打開使空氣流通順暢，使室外的新鮮空氣更快的進入到室內。在10:00 後室外温度逐漸上升人們有明顯的熱感，我們可以關上門、拉上南窗簾或關上南窗，人為控制室外高温進入室內，有效阻隔室外熱空氣對室內熱環境的侵擾，從而減緩室內温度上升的速度。讓室內温度變化不要太大，以免引起人體的不舒適。當下午18:00 以後室外温度開始下降，我們可以打開門窗，對室內進行全面通風讓室內環境與室外相近，使室內温度快速下降讓在房間停留的人們感覺到涼爽舒適。

3.2 建議

（1）在進行實驗的地區的建築夏季通過認為調節進行自然通風是可行的，但要適時、適度、合理。

（2）本研究雖然是以短期的實測數據為基礎對人們的調節行為進行的分析，但對於其他時段正常天氣狀況下的行為也有一定的參考意義。至於起大風等特殊的氣候特徵下人們通常都會“看天開窗”而不受本文結論的影響。

（3）夏季自然通風並不是簡單的開、關窗，具體方案應與户型、建築佈局、當地氣象資料，大氣環境狀況及人們的生活習慣相結合。

（4）在風壓、開窗面積近似相等，不影響室內熱舒適性的前提下，建議採用風壓下的混合開口自然通風方式來改善室內質量。