重庆地区通风舒适区及通风季节划分.doc

重庆地区通风舒适区及通风季节划分1 前言近年来，随着环境问题的日益突出和能源的日益紧张，人们开始研究建筑如何适应当地的气候特点，在满足室内居住条件和舒适条件的前提下，有效的减少建筑能源消耗的比例。国家“十一”五课题提出研究长江流域居住建筑通风季节与时段的划分，就是研究的新的技术和方法，充分利用当地的气候资源，减少能源的消耗和利用，走可持续发展的能源道路。2 室内热环境的影响因素及评价指标2.1室内热环境舒适性的影响因素人体与环境之间不停地进行能量交换,因此影响人体热舒适是环境气象条件、人的生理调节、心理影响、卫生等因素综合作用的结果。大体上可归结为空气温度、相对湿度、空气流速、平均辐射温度四个物理因素和衣服热阻、人体新陈代谢率两个人为因素。为了便于对问题的研究，同时考虑到人体随着气候的变化会不断调整自己的着装，即人体的自我适应能力。在对重庆地区通风舒适区的划分不考虑衣着、新陈代谢率等个体的差异以及平均辐射温度对其他各个因素的影响。2.2室内热环境的评价指标对热环境的评价可根据三类不同的标准1即生存标准、舒适性标准、工作效率标准。目前用于室内热环境评价的主要指标见表1。表1 热环境评价指标指标提出者适用范围卡它冷却力Hill,1914风速不大,且风向不重要时当量温度teq Dufton,1932供暖的房间,8teq24,V0.5m/s有效温度ETHoughton,Yaglou,19231ET43,0.1m/sV3.5m/s新有效温度ET*Gagge,Stolwijk Nishi, 1971坐姿工作,轻装的情况标准有效温度ET*Gagge,Stolwijk Nishi, 1971适用于未发生寒战的温度范围预测平均投票数PMVFanger, 1972-2PMV23 通风舒适区的确定3.1适应性模型的提出ASHRAE Standard 552和ISO77303对室内热环境的评价指标都是基于稳态的热环境条件下，对非空调建筑下的热环境研究存在明显的不足。大量的研究与实测表明，在空调稳态热环境下的PMV与实际的热感觉投票TSV吻合较好，而在自然通风环境下，两者存在明显的区别。另外夏一哉等4对北京自然通风条件下的热环境进行调查，结果显示基本上都在ASHRAE舒适区之外。另一方面，在ASHRAE Standard 555-6中，重要的文化、社会及传统因素被忽视，即使在相对温和的气候区也需要借助空调系统，导致扩大了对空调的需求，通风的合理应用受到限制。de Dear和Brager认为热平衡模型能够很好的解释一些行为的适应性，比如：空气流速的变化、人体着装的变化等。但是忽略了心理因数而导致的人们对于室内热舒适性要求的改变。以4大洲不同气候区的160栋建筑的21000调查数据为基础，de Dear和Brager首次明确提出适应性模型ACS7-8(adaptive comfort standard)。适应性模型认为人们工作和生活在自然通风建筑中，由于当地气候的季节性变化和日变化使人们对于室内舒适度适应区间较大，期望也会随着室外温度的改变而改变。de Dear和Brager将室内最优的舒适温度与月平均室外温度（月平均最高温度和最低温度的代数平均值）联系起来，给出适应性模型的一个线性回归公式: (1)式中：Tn室内舒适温度；Ta室外空气平均温度,其中 Ta5,33。西安建筑科技大学杨柳博士通过对我国5个代表城市住宅建筑的实测调查结果统计分析，得出适用于我国不同气候区的人体中性温度与室外空气平均温度的线性关系式9: (2)其中：Tn18,30，波动区间(2.02.5)，回归直线拟合度R=0.986。茅艳根据“气候适应性模型”，通过对夏热冬冷地区典型城市（南京、上海、重庆）调查数据的分析，得到夏热冬冷地区人体热舒适模型中性温度与室外空气平均温度的线性关系式10： (3)其中：Tn16.5,27.8，波动区间(2.02.5)，回归直线拟合度R=0.907。3.2 影响舒适区主要因素范围的确定3.2.1舒适温度根据重庆地区的气候特点11，采用de Dear和Brager提出的通风舒适区理论，以茅艳提出的线性回归方程确定重庆地区通风舒适温度： (4)其中：Tn16.5,27.8，波动区间(2.02.5)。通风舒适温度是随着气候、人的心里等各种因素是不断变化的，因此建议重庆地区的通风舒适温度为：1630。3.2.2适宜的空气流速室内气流会对人体产生两大作用：一是增强了人体与周围环境之间的换热；二是风速的加大可能会产生吹风感。夏季，空气温度较高，风速大有利于人体散热、散湿，提高热舒适度。冬季，室内空气温度较低，空气相对湿度低，容易产生吹风感，产生不舒适感。当气流速度小于0.50m/s时，人一般感觉不到气流的存在，当气流速度大于0.50m/s时，长时间暴露使人有不适感12。据测定，在舒适温度范围内，一般气流速度为0.15m/s时，人即可感到空气新鲜；在室内即使温度适宜，由于空气流动速度很小，也会有沉闷感13。夏天，当气流大于1.00m/s，气温可降1，在冬季，气流过大不利于调节体温，使人体散热加快，尤其在低温高湿环境中。因此室内适宜的空气流速一般在0.10m/s0.50m/s，夏季高些，冬季低些。同时研究表明，当空气流速达到0.10m/s以上并保持不变，可以适当提高室内最优的舒适温度。空气流速与室内最优舒适温度的关系14： (5)3.2.3舒适相对湿度相对湿度对于人体热舒适的影响,主要表现在影响人体皮肤到环境的蒸发热损失方面。当相对湿度保持在40%70%范围内时15-16,人体可以保证蒸发过程的稳定,而且此时空气流速的作用非常重要。如果空气处于静止状态,则会造成靠近皮肤的空气层水蒸气分压力较大,人体表面蒸发受阻,从而导致不适。夏季温度比较高时,如果相对湿度高于70%,会抑制人体散热，使人感到十分闷热、烦躁,从而引起人体的不适。而且这种不适感随空气相对湿度的增加而增加。冬天温度比较低时，相对湿度增大，则会使热传导加快约20倍，使人觉得阴冷、抑郁。同时室内环境相对湿度较大会造成建筑潮湿,甚至有时会出现凝水现象。当室内相对湿度低于30%时，因上呼吸道粘膜的水分大量散失，人会感到口干、舌燥，甚至咽喉肿痛、声音嘶哑和鼻出血等，并易患感冒17。专家们研究认为，相对湿度上限值不应超过80%，下限值不应低于30%。然而，人的体感并不单纯受温度或相对湿度两种因素的影响，而是两者综合作用的结果18。通过实验测定：干球温度27，相对湿度50；与干球温度26，相对湿度60这两种空气状态给人的感觉是一样的，即温度高时相对湿度降低，相对湿度高时温度降低。根据相关室内热湿环境的研究及卫生学的要求，结合重庆地区的气候特点本文考虑把相对湿度保持在35%70%作为室内比较舒适的区间。当相对湿度不在该区间时，对室内舒适温度进行修正，确定通风的最佳室外温度。3.3通风舒适区舒适温度是假定空气流速小于0.10m/s，相对湿度为50%的条件下确定的。考虑风速大于0.10m/s小于0.50m/s的情况下对舒适温度影响，取舒适温度区间为1633。在此假定Tn =Ta即当室外空气温度与室内舒适温度相同时，在焓湿图上绘出该条曲线，以该线为基准线把空气温度、相对湿度、空气流速的相互影响用有效温度Te结合起来19见式（6）。在焓湿图上绘制出该曲线临界点最不利工况下一系列的等效点，从而绘出重庆地区通风舒适区见图1。 (6)其中：Te有效温度。图1 重庆地区通风舒适区：a)ASHRAE舒适区；b)通风舒适区4重庆地区通风季节的划分4.1重庆地区通风季节的划分的依据根据绘制的重庆地区的通风舒适区，与ASHRAE舒适区相比较见上图1，把重庆地区的通风季节划分为三类见表2。表2 重庆地区通风季节的划分的依据通风类别空气温度相对湿度风速不适宜通风期T16或T3335%或70%V1.00m/s或V0.01m/s通风舒适期限制通风期16T2035%70%0.20m/sV0.30m/s27T3335%70%0.40m/sV0.50m/s适宜通风期20T2735%70%0.20m/sV0.40m/s4.2重庆地区通风季节的划分由表2确定的空气温度、相对湿度、风速，根据典型气象年的逐时气象参数20，结合重庆地区的气候特点，综合考虑日平均温度、日最高温度、日最低温度及空气流速、相对湿度的影响。划分重庆地区的通风季节。把重庆地区的通风期划分为：不适宜通风期、适宜通风期和限制通风期。一、不适宜通风期 从11.154.5共141天，该时间段日平均温度、最高日平均温度均小于16，但个别天数温度高于16，可能与当天的太阳辐射强度有关。平均风速1.01.5m/s，最大风速可达6m/s，但持续时间很短,可采取有效的措施控制进入室内的风速。由于该时间段室外温度相对较低，随着风速的增大人体越易产生不舒适感，既风速对于人体的热舒适起反作用。考虑到室内空气品质对人体健康的影响，参考相关文献建议室内风速不能大于0.20V0.30m/s。日平均相对湿度在62%95%，在该时期内只有11天相对湿度在70%以下，这段时间内温度也相对高一点；同样也説明在该时期内绝大多数时间需要除湿。二、适宜通风期 大体上可以分为春季通风期和秋季通风期，从4.66.20为春季通风期，共76天；8.2010.5为秋季通风期，共46天。春季通风期，日平均温度12.229.9，最高日平均温度为35.4，最低日平均温度为11.0，高温持续时间比较短。日平均相对湿度在53%93%。平均风速1.52.0 m/s,最大风速可达7.0m/s。随着温度的升高，风速的逐月缓慢增大，在一定程度上起到改善人体热舒适的作用。另外该通风期内存在通风间歇期：5.75.12共5天。该时间段内从11：0017：00温度大于30，因此在该时间段限制通风。日平均相对湿度在53%70%基本上可以满足室内相对湿度要求。秋季通风期，日平均温度16.928.9，最高日平均温度为34.5，最低日平均温度为12.1。日平均相对湿度在53%97%。平均风速1.01.5 m/s,最大风速可达5.0m/s。随着温度的升高，风速的逐月缓慢变小。总体上看该时间段日平均相对湿度不能满足室内通风的要求，应采取相应的除湿措施技术。在适宜通风期内存在一些天数大于或小于适宜舒适区的条件，可能与该时间段阴雨天气，晴空日照等天气的变化有关。三、限制通风期 即通风间歇时期。从6.218.19该时期共61天和10.611.15该时期共41天。在6.218.19期间，日平均温度23.131.7, 最高日平均温度为37.7，最低日平均温度为22.2C，高温持续时间比较长。因此该时间段一般要求白天限制通风，晚上强化通风。日平均相对湿度在60%96%,其中1/3的时间相对湿度为60%70%，满足室内相对湿度的要求；但同时除湿也是该时期的主要任务。平均风速1.52.0 m/s,最大风速可达7.0m/s，适当的提高室内风速可以有效的提高室内的舒适度。在10.611.15期间，日平均温度12.822.3, 最高日平均温度为34.5，最低日平均温度为11.9C，高温持续时间比较短。因此该时间段一般要求白天强化通风，晚上限制通风。日平均相对湿度在53%97%,只有少数几天满足室内湿度的要求，所以除湿是该时期的主要任务。平均风速1.01.5 m/s,最大风速可达6.0m/s。5 小结对重庆地区通风舒适区及通风季节的划分，在一定程度上可以有效的指导人们采取适当的通风技术措施，满足室内热环境的要求，保证人的热舒适性。同时也能够有效的节约能源消耗，改变一味的天热就开空调，天冷就采暖的生活习惯，有效的指导人们充分利用当地的气候资源。另一方面，由于气候的复杂多变性和实时动态变化性，以及气象参数之间的相互影响，用典型气象年气象数据分析来分析划分重庆地区的通风季节，存在着一定的局限性。参考文献：1 纪秀玲,李国忠,戴自祝.室内热环境舒适性的影响因素及预测评价研究进展. 卫生研究,2003,32(2):295-298.2ASHRAE.ANSI/ASHRAE 55-1992,Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta:American Society of Heating,Refrigerating and AirConditioning Engineers,Inc.1992.3 ISO.International Standard 7730,Moderate thermal environments-determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort.Geneva:International Standards Organization.1984.4夏一哉，赵荣义，江亿.北京市住宅环境热舒适研究.暖通空调，1999，29(2):1-5.5 HEISELBERGP，MURAKAMIS，ROULETCA(ed.)Venitlaiton of Large Spaces in BuildnigsAnalysis and Prediction TecnhiquesR1EA Annex 26 Report，Denmark：Department of Building Technology and Structural Engineering，Aalborg Universiyt,19986 KNABEG,WERDINH,KLINGNER M,LAUCKNERG,BILLERBECK GKUMZE JDemand guided conrtol of the indoor air quality in domestic buildingsACLIMA 2000CBrussels，Belgium.7 Richard J. de Dear and Gail S. Brager. The adaptive model of thermal comfort and energy conservation in the built environment. International Journal of Biometeorology, Volume 45, Number 2 ,July, 2001. Pages: 100-108.8 Richard J. de Dear and Gail S. Brager. Thermal comfort in naturally ventilated buildings: revisions to ASHRAE Standard 55. Energy and Buildings, Volume 34, Issue 6, July 2002, Pages: 549-561.9 杨柳. 建筑气候分析与设计策略研究博士学位