1、建筑環(huán)境學(xué)期末論文被動式熱壓自然通風(fēng)爭辯綜述建環(huán)零林冠婧000110右，而建筑能耗的相當(dāng)一大局部用于室溫調(diào)整。太陽能是一種清潔便利的型能源。利用太陽能的被動式熱壓自然通風(fēng)應(yīng)時而生。本文綜合介紹并分析了被動式熱壓自然通風(fēng)的三種主要方式及其相應(yīng)爭辯成果。關(guān)鍵字：自然通風(fēng) 換氣量 被動式熱壓自然通風(fēng)一引言相比，自然通風(fēng)的最大好處在于它不消耗動力，獲得適當(dāng)?shù)耐L(fēng)換氣量。此外， 自然通風(fēng)對提高室內(nèi)空氣質(zhì)量、改善人體熱舒適性也有明顯的好處。當(dāng)室內(nèi)氣溫高于室外的氣溫時，自然通風(fēng)還能使建筑構(gòu)件降溫。在炎熱干旱地區(qū)，夏季室外氣溫高達(dá)四十多度，太陽輻射是建筑的主要得熱。這么大的熱負(fù)荷假設(shè)全承受機(jī)械通風(fēng)，能耗巨大且

2、不經(jīng)濟(jì)。另外，隨著太陽能采暖的普及，被動式太陽能住宅passive solar house夏季過熱成了太陽能利用中的一個問題。如何解決以上問題，更好地利用太陽能？一個行之有效的方法是利用被動式熱壓自然通風(fēng)，主要方式包括太陽煙囪solar chimne、太陽能屋頂集熱器roof solar collecto、特隆布墻tromble wal。部由于空氣密度不同，熱空氣趨向于上升，而冷空氣則趨向于下降的特點(diǎn)，促進(jìn)自然通風(fēng)。熱壓作用與進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)的風(fēng)口高度差，以及室內(nèi)外空氣溫度差存在著親熱的關(guān)系：高度差愈大，溫度差愈大，則熱壓通風(fēng)的效果愈明顯。蓄熱墻，通常含有絕熱材料，內(nèi)外壁之間有確定間隔，分別有開口與

3、外界或室內(nèi)相通。內(nèi)壁吸取太陽能，可以到達(dá)相當(dāng)高的溫度。從而使內(nèi)外壁消滅較大溫差， 導(dǎo)致氣體的密度差，在夾壁內(nèi)形成自然對流，浮力作用使氣流上升，與外界形成煙囪效應(yīng)。這種室內(nèi)外的氣體循環(huán)不僅帶進(jìn)風(fēng)，增加換氣量，還帶走了室內(nèi)多余的熱量和濕氣。同時，內(nèi)壁含有絕熱材料，可以削減外界對室內(nèi)的傳熱量，這就有效降低了室內(nèi)熱負(fù)荷，改善人體熱舒適性。熱系統(tǒng)吸取的太陽輻射也越大，其中空氣溫度也越高，從而產(chǎn)生更大的通風(fēng)換氣量。此外，這種冷卻方式均是在建筑物構(gòu)造上加以簡潔改進(jìn)，能與建筑設(shè)計(jì)較好地融合，表達(dá)了生態(tài)建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想。特隆布墻的通風(fēng)力氣孰強(qiáng)孰弱，如何運(yùn)用其到達(dá)最好效果，很多學(xué)者作了大量的試驗(yàn)與爭辯。爭辯方法

4、通常承受試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合。試驗(yàn)中通風(fēng)效果的好壞1建筑環(huán)境學(xué)期末論文因此可用數(shù)值模擬對被動式熱壓自然通風(fēng)的效果進(jìn)展推想和分析。本文對幾種主 要被動式熱壓自然通風(fēng)方式作了簡潔介紹，并對它們的局部爭辯成果作了總結(jié)與 分析。二太陽煙囪傳統(tǒng)煙囪與直式太陽煙囪的比較1 爭辯了傳統(tǒng)煙囪和直式太陽煙囪換氣量的區(qū) 墻。試驗(yàn)在冬季進(jìn)展，承受示蹤氣體法測量氣體流量。傳熱模型氣泄漏，有煙囪示意圖V氣體體積流量 Dh出口煙囪的水力半徑 SOC出口面積口面積熱膨脹系數(shù)T=ToutTextK局部損失系數(shù)f沿程損失系數(shù)由上方程，即可求得相應(yīng)條件下的氣體體積流量。結(jié)論 1020，日照強(qiáng)時，通風(fēng)量的增幅加大。MonthDai

5、ly global radiationhorizontalsurfacew/m2Reference averageflow rate (l/s)Conventional averageflow rate(l/s)Solar assistanceefficiencies(%)January2943137124.310.2March5671105.786.422.4Solar assistance efficiencies60。5mm的絕熱材料已接近抱負(fù)絕熱。MonthAverageflowratel/sSolar assistance efficiencies(%)Thickness0cm5cm

6、Ideal0cm5cmIdealJanuary128.8135.5137.03.79.010.2March93.8103.7105.78.620.122.4 assistance efficiencies的提高影響不大。但增加蓄熱墻的厚度能增大日間蓄熱量，從而降低日間氣體流量，增加夜間氣體流量。但10cm以上再增大厚度意義不大。斜式太陽煙囪22建筑環(huán)境學(xué)期末論文2022 年，Mohsen.M.Aboulnaga 爭辯了傾斜式太陽煙囪的傾角、間距對換氣量27。傾角2540，間0.100.25m。斜式太陽煙囪構(gòu)造如下見下頁：理論分析Q k A2(ghsin )1 exp(ZL)(a)S(t) UL

7、TaU TL_Ts UURRLlZhfwn/mcpQ體積流量Kcoeffient of discharges(t)平均太陽輻射Uheatcoeffienth煙囪高度A- 面積 w寬度 L長度n樓層數(shù)a吸取率 transimittance下標(biāo)含義：R房間L損失l進(jìn)口s煙囪外界結(jié)論0.20m，當(dāng)間0.10m 時，降溫效果不明顯；傾角為35時氣流量最大。安裝有太陽煙囪之850w/m2 0.81m3/s,1.60kg/s。 小結(jié)由于斜式煙囪太陽照耀面積更大，吸取更多熱量，自然對流較為猛烈。但斜式的建筑難度大于直式?？傮w看來，太陽煙囪產(chǎn)生的換氣量仍較小，可通過增加煙囪數(shù)目或與其他被動式太陽能熱壓自然通風(fēng)

8、構(gòu)件相結(jié)合連續(xù)增大換氣量。三太陽能屋頂集熱器(RSC)一般太陽能屋頂集熱器32022 年，Jongjit Hirunlabh, Sopin Wachirapuwadon, Naris Pratinthong Joseph3建筑環(huán)境學(xué)期末論文Khedari 爭辯了一般太陽能屋頂集熱器的傾角、長度對換氣量的影響，并對四種不同型式的太陽能屋頂集熱器進(jìn)展了比較。試驗(yàn)工況為夏季。圖1是試驗(yàn)RSC的CPAC monier roof tiles，下層是低導(dǎo)熱系數(shù)的灰泥板。圖1圖2理論分析將RSC的傳熱過程看為一維非穩(wěn)態(tài)傳2結(jié)論1屋頂傾角對氣體流量的影響60 度前，隨傾角增大流量顯著增加。60 度之后，流量隨

9、傾角增大而減小。所以RSC 的2060 度之間。RSC 的影響RSC 產(chǎn)生的氣體流量小于長度之和相當(dāng)?shù)膬啥屋^短的RSCRSC 12m 之間。依據(jù)上兩因素的影響，設(shè)計(jì)了四種類型的屋頂，如以以下圖。4建筑環(huán)境學(xué)期末論文MonthSpecific air flow ratem3/sMarchModel A0.0416Model B0.0619Model C0.0666Model D0.0713July0.03610.05370.05660.0597November0.03890.05780.06330.0685D 得到的氣體流量最大。但其值也較小，無法滿足 可供給自然通風(fēng)，但單純承受它無法滿足人們需

10、要，要與其他冷卻機(jī)構(gòu)如特隆布墻同時使用。運(yùn)用Breathing wall 的太陽能屋頂集熱器41995年，Hoyano et al.制造了一種型墻體breathing wall.。Breathing wall 有很多層鋁箔嵌在內(nèi)部木頭框架里，鋁箔之間是空氣夾層，在每層鋁箔確實(shí)定位置都鉆有很多小圓孔。氣體可通過這些圓孔流通，帶走熱量 Yoon AkiraHoyano breathing wall breathing wall 單位開口面積對換氣量及鋁箔夾層內(nèi)水氣分散的影響。試驗(yàn)在冬季進(jìn)展。冬季白天， 太陽照耀時，鋁箔被加熱，室外冷氣流經(jīng)過鋁箔被預(yù)熱，削減了通風(fēng)帶進(jìn)屋內(nèi)的冷量。同時，承受Breat

11、hingwall 作為蓄熱體，可將熱壓與風(fēng)壓作用相結(jié)合，增大換氣量。試驗(yàn)裝置及通風(fēng)原理5建筑環(huán)境學(xué)期末論文試驗(yàn)裝置構(gòu)造如上，屋頂上部掩蓋有縫隙的瓦片，下部為Breathingwall。試驗(yàn)26.5145.02Fig 主要動力熱壓和風(fēng)壓作用下的流淌形式。結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果說明為了供給足夠的換氣量0.5次每小時，兩模型 Breathingwall 的單位通風(fēng)面積要求分別為10cm2/m2和5cm2/m2。在風(fēng)速達(dá)10m/s，513.2/12.5，相當(dāng)于熱流密度128/158w/m2通風(fēng)面積為11.3cm2/m2，就可保證在風(fēng)速10m/s下，鋁箔夾層內(nèi)無內(nèi)局部散。 小結(jié)太陽能屋頂集熱器產(chǎn)生的氣體流量同時受

12、斜面垂直高度和所承受的太陽輻射量制約。傾角越大，斜面垂直高度越高，熱壓增加；但同時所承受的太陽輻射后，氣體流量達(dá)最高點(diǎn)，連續(xù)增大傾角，氣體流量反而削減。RSC組合通風(fēng)效果要強(qiáng)于單個長的RSC。單獨(dú)承受一般太陽能屋頂集熱器，換氣量很小，遠(yuǎn)不能滿足人們需要。但 了爭辯，對于冬季晚上，筆者認(rèn)為應(yīng)在氣體夾層中設(shè)置隔熱層，或封閉屋頂上的全部進(jìn)氣口，以防止室外冷風(fēng)滲透及屋內(nèi)熱量散失。四特隆布墻Tromblewalls一般特隆布墻51997 年，Guohui Gan CFDcomputational fluid dynamics對特隆布墻進(jìn)展模擬分析，爭辯了風(fēng)道寬度，墻體得熱，絕熱程度，氣體開口位置對換氣量

13、的影1920。特隆布墻簡介 夏季降溫，也可用于冬季采暖。當(dāng)用于冬季采設(shè)置如a，外界冷氣流從底部進(jìn)入，與屋內(nèi)氣流混合，經(jīng)蓄熱墻加熱后，在浮力作用下上升，從風(fēng)道頂部流入房間。用于夏季降溫時， 節(jié)氣閘設(shè)置如b。在熱帶地區(qū)，由于外界溫度過高，這種冷卻方式不行行。但在類似英國夏季外界氣6建筑環(huán)境學(xué)期末論文節(jié)氣閘把握進(jìn)入房間的氣流量。結(jié)論1風(fēng)道寬度的影響由左圖，當(dāng)風(fēng)道進(jìn)口寬度固定在0.1m 時，風(fēng)道寬度對氣體流量影響很小，可無視不記。當(dāng)進(jìn)口與風(fēng)道寬度相等時，Q L 滿足下式：Q143.4L0.6582上限。2墻體得熱wallheatgain及墻高的影響由上圖易知，氣體流量隨墻體得熱和墻高的增加而顯著增長。

14、絕熱的影響玻璃和蓄熱墻的絕熱程度能夠影響壁外表的溫度，從而轉(zhuǎn)變氣體流量。措施承受雙層玻璃絕熱蓄熱墻l/s 前30.630.6后34.0(一樣太陽光)35.9一樣墻壁得熱36.5增幅111719熱墻絕熱好。蓄熱墻絕熱不僅有效增大換氣量，還能夠阻擋外界多余熱量進(jìn)入室內(nèi)。氣體出口位置的影響假設(shè)把特隆布墻的側(cè)面氣體出口改到墻體頂部，氣體流量能從 30.6l/s 增大到40.2l/s，增幅高達(dá) 30。由此可見，假設(shè)太陽能僅用于通風(fēng)，太陽煙囪的效果比特隆布墻好。墻metallic solar7建筑環(huán)境學(xué)期末論文wallMSW62022年，J.Hirunlabh. W.Kongduang ，P. Nampr

15、akaiJ.Khedari 爭辯了在熱帶氣候下風(fēng)道高度與間距對帶金屬板的特隆布墻換氣量的影響及 MSW 產(chǎn)生的熱MSW1m2m 構(gòu)造如圖。試驗(yàn)在過渡季十一月進(jìn)展。結(jié)論：高度與間距的影響 MSW 的溫度上升。高度 2m，間距 14.5cm 時,最大的平均氣體流量到達(dá)0.015kg/s。MSW 產(chǎn)生的熱舒適性32時，MSW在引進(jìn)風(fēng)，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時，還可以有效帶走室內(nèi)產(chǎn)熱，滿足人體熱舒適性。小結(jié)拔風(fēng)作用減弱。因此，流量隨間距增長有一上限。底部進(jìn)入，從頂部排出。而對特隆布墻，氣體要經(jīng)過蓄熱墻與玻璃的假設(shè)干個側(cè)面進(jìn)出口在室內(nèi)外形成循環(huán)。氣體流入開口的突然縮小，流出的突然擴(kuò)大與氣體轉(zhuǎn)彎引起的局部損

16、失都增加了熱壓的損失。因此，選用單種被動式熱壓自然通風(fēng)方式，在一樣條件下，太陽煙囪比特隆布墻好。五多種被動式熱壓通風(fēng)方式的綜合應(yīng)用8建筑環(huán)境學(xué)期末論文特隆布墻太陽煙囪combinedwallroof solarchimney7 S.N.Abdrabboh 在斜式太陽煙囪根底上，對與特隆布墻相結(jié)合的太陽煙囪的通風(fēng)效果進(jìn)展?fàn)庌q。其理論分析與斜式太陽煙囪同。構(gòu)造示意圖結(jié)論850w/s2327時，3.45m2.3m3/s0.81m3/sRSC.MTW.TW.MSW綜合82022 Joseph Khedari , Boonlert Boonsri, Jongjit Hirunlabh 將RSC.MTW.

17、TW.MSW綜合，爭辯了綜合后的室內(nèi)外溫差、產(chǎn)生的換氣量。試驗(yàn)在夏季進(jìn)展。構(gòu)造示意圖9建筑環(huán)境學(xué)期末論文上圖為 MTW.TW.MSW各自的構(gòu)造圖以及試驗(yàn)所搭建的房子。10建筑環(huán)境學(xué)期末論文結(jié)論1室內(nèi)氣溫波動當(dāng)全部氣體入口被封閉時，室內(nèi)外最高溫差為 6；當(dāng)僅有一般的門和窗翻開時，室內(nèi)外最高溫差為 4；當(dāng)太陽煙囪窗口也被翻開時，溫差降到 3。也就是說，承受太陽煙囪后，有效縮小了室內(nèi)外溫差。2)產(chǎn)生的換氣量如 Fig96-9m2 的四種太陽能集熱構(gòu)件綜合后，產(chǎn)生總換氣量在1015m3/h 1.6-2.5 次。小結(jié)由以上兩試驗(yàn)可看出，將多種被動式熱壓通風(fēng)方式結(jié)合能明顯增大換氣量。七總結(jié)增大室內(nèi)的通風(fēng)換

18、氣量，引進(jìn)室外風(fēng)，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。增加長度高度，增加絕熱程度，增大受熱面積，是提高被動式熱壓通風(fēng)產(chǎn)生換氣量的主要措施。單種方式的熱壓通風(fēng)產(chǎn)生換氣量往往不大，在與其它方式同時使用后換氣量明顯增加。作為一種興的自然通風(fēng)方法，被動式熱壓自然通風(fēng)具有相當(dāng)潛力，進(jìn)展前景看好。但其仍有確定局限。主要表現(xiàn)在熱壓作為一種動力，其壓強(qiáng)有限，而機(jī)械動力可高達(dá)上百帕 ，這樣這種熱壓通風(fēng)無法應(yīng)用于高層建筑，只適用于低層的平房或別墅。目前所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)也僅限于低層建筑，甚至只是單個房間。從長遠(yuǎn)看來，隨爭辯的深入和技術(shù)的成熟，被動式太陽能熱壓通風(fēng)的應(yīng)用將愈來愈廣泛。參考文獻(xiàn)：11建筑環(huán)境學(xué)期末論文Clito Afonso

19、 , Armando Oliveira ,Solar chimneys: simulation and experiment,Energyand Buildings 3220227179Mohsen M.Aboulnaga, A roof solar chimney assisted by cooling cavity for naturalventilation in building in hot arid climates:an energy conservation approach in al-ain city,P:S0960-1481(98)00090-1Jongjit Hirun

20、labh, Sopin Wachirapuwadon, Naris Pratinthong, Joseph Khedari*,New configurations of a roof solar collector maximizing natural ventilation ,Buildingand Environment 36 (2022) 383-391Senghwan Yoon and Akira Hoyano, Passive ventilation system that incorporates apitched roof constructed of breathing walls for use in a passive solar house,PI I :S0038 092X(98)0