寒冷地區(qū)建筑被動節(jié)能中自然通風(fēng)策略的深度剖析與量化研究一、引言1.1研究背景與意義在全球倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建筑能耗問題已成為國際社會關(guān)注的焦點(diǎn)。建筑作為能源消耗的大戶，其能耗占全球總能耗的比例相當(dāng)可觀。據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)，建筑能耗在許多發(fā)達(dá)國家已占全國總能耗的30%-40%，在發(fā)展中國家這一比例也在逐年上升。我國作為世界上最大的建筑市場之一，建筑能耗同樣不容小覷。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速和人們生活水平的提高，建筑能耗持續(xù)增長，給能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)帶來了巨大壓力。寒冷地區(qū)由于其特殊的氣候條件，建筑能耗問題更為突出。這些地區(qū)冬季漫長且寒冷，夏季短暫且涼爽，建筑需要消耗大量的能源用于冬季供暖和夏季制冷。以我國東北、華北和西北地區(qū)為例，這些寒冷地區(qū)的建筑在冬季需要依靠燃煤、燃?xì)饣螂娏Φ饶茉磥砭S持室內(nèi)的溫暖，而在夏季則需要使用空調(diào)等設(shè)備來降低室內(nèi)溫度。據(jù)相關(guān)研究表明，寒冷地區(qū)建筑的供暖能耗占建筑總能耗的50%-70%，制冷能耗也在逐年增加。除了供暖和制冷能耗外，寒冷地區(qū)建筑的通風(fēng)能耗也不容忽視。為了保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，建筑需要進(jìn)行通風(fēng)換氣，但傳統(tǒng)的機(jī)械通風(fēng)方式能耗較高，進(jìn)一步增加了建筑的能源消耗。自然通風(fēng)作為一種被動式節(jié)能技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在寒冷地區(qū)建筑節(jié)能中具有重要的應(yīng)用前景。自然通風(fēng)是指利用自然風(fēng)壓和熱壓等自然驅(qū)動力，使室外新鮮空氣進(jìn)入室內(nèi)，排出室內(nèi)污濁空氣，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的流通和更新。與機(jī)械通風(fēng)相比，自然通風(fēng)不需要消耗額外的能源，不僅能夠降低建筑的通風(fēng)能耗，還能減少對環(huán)境的污染。自然通風(fēng)還能改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高室內(nèi)熱舒適性，為居住者提供一個健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。在冬季，合理的自然通風(fēng)可以在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下，減少供暖能耗；在夏季，自然通風(fēng)可以有效地降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)的使用時間和能耗。近年來，隨著人們對建筑節(jié)能和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，自然通風(fēng)技術(shù)在寒冷地區(qū)建筑中的應(yīng)用越來越受到重視。許多國家和地區(qū)都開展了相關(guān)的研究和實(shí)踐，取得了一些有益的成果。在北歐國家，由于氣候寒冷，建筑普遍采用了高效的保溫隔熱措施和自然通風(fēng)系統(tǒng)，通過合理的設(shè)計(jì)和控制，實(shí)現(xiàn)了建筑的低能耗運(yùn)行。在我國，一些寒冷地區(qū)的建筑也開始嘗試采用自然通風(fēng)技術(shù)，并取得了一定的節(jié)能效果。然而，目前自然通風(fēng)技術(shù)在寒冷地區(qū)建筑中的應(yīng)用還存在一些問題和挑戰(zhàn)。例如，自然通風(fēng)的效果受到氣候條件、建筑布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，如何優(yōu)化自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，提高自然通風(fēng)的效率和穩(wěn)定性，是需要進(jìn)一步研究的問題。自然通風(fēng)與建筑供暖、制冷等系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行也需要進(jìn)一步探討，以實(shí)現(xiàn)建筑能源的高效利用。因此，開展寒冷地區(qū)建筑被動節(jié)能自然通風(fēng)策略的總結(jié)與量化分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過對自然通風(fēng)策略的深入研究，可以為寒冷地區(qū)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)和改造提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)師和工程師在實(shí)際工程中合理應(yīng)用自然通風(fēng)技術(shù)，降低建筑能耗，提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。本研究還可以為相關(guān)政策的制定和標(biāo)準(zhǔn)的完善提供參考，推動寒冷地區(qū)建筑節(jié)能工作的深入開展，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，自然通風(fēng)技術(shù)的研究起步較早，尤其是在寒冷地區(qū)的應(yīng)用研究取得了豐富的成果。北歐國家如瑞典、挪威和丹麥等，由于其寒冷的氣候條件，對建筑節(jié)能和自然通風(fēng)技術(shù)的研究非常重視。這些國家在建筑設(shè)計(jì)中廣泛采用自然通風(fēng)系統(tǒng)，并結(jié)合高效的保溫隔熱措施，實(shí)現(xiàn)了建筑的低能耗運(yùn)行。例如，瑞典的一些被動式房屋通過合理設(shè)計(jì)通風(fēng)口和氣流通道，利用自然風(fēng)壓和熱壓實(shí)現(xiàn)了良好的自然通風(fēng)效果，同時采用高性能的保溫材料和節(jié)能設(shè)備，大大降低了建筑的供暖能耗。在北美，美國和加拿大等國家也開展了大量關(guān)于自然通風(fēng)的研究。美國的一些研究機(jī)構(gòu)通過實(shí)驗(yàn)和模擬分析，深入研究了自然通風(fēng)在不同氣候條件下的應(yīng)用效果和優(yōu)化策略。例如，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）的研究人員對不同類型建筑的自然通風(fēng)性能進(jìn)行了測試和分析，提出了一系列自然通風(fēng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和優(yōu)化方法，為寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)的應(yīng)用提供了重要參考。在亞洲，日本和韓國等國家也在積極研究自然通風(fēng)技術(shù)在寒冷地區(qū)建筑中的應(yīng)用。日本的一些建筑采用了智能化的自然通風(fēng)控制系統(tǒng)，通過傳感器實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)，自動調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開啟程度和通風(fēng)時間，實(shí)現(xiàn)了自然通風(fēng)與建筑供暖、制冷系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，提高了建筑能源利用效率。韓國則注重在傳統(tǒng)建筑中挖掘自然通風(fēng)的智慧，并將其應(yīng)用于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，形成了具有本國特色的自然通風(fēng)技術(shù)體系。在國內(nèi)，隨著建筑節(jié)能工作的不斷推進(jìn)，自然通風(fēng)技術(shù)在寒冷地區(qū)建筑中的應(yīng)用研究也日益受到關(guān)注。許多高校和科研機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)研究，取得了一些有價(jià)值的成果。清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等方法，對自然通風(fēng)的原理、影響因素和應(yīng)用策略進(jìn)行了深入研究，為寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論支持。例如，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件對不同建筑布局和通風(fēng)方式下的室內(nèi)氣流組織進(jìn)行了模擬分析，揭示了自然通風(fēng)的流動規(guī)律和影響因素，為建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。一些寒冷地區(qū)的建筑項(xiàng)目也開始嘗試應(yīng)用自然通風(fēng)技術(shù)，并進(jìn)行了實(shí)踐探索。例如，在東北地區(qū)的一些新建建筑中，采用了合理的建筑朝向、布局和開窗設(shè)計(jì)，利用自然風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)了良好的自然通風(fēng)效果，降低了建筑的通風(fēng)能耗。同時，一些既有建筑也通過節(jié)能改造，增加了自然通風(fēng)設(shè)施，改善了室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高了居住者的舒適度。盡管國內(nèi)外在寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)策略方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足與空白?，F(xiàn)有研究大多集中在自然通風(fēng)的單一影響因素分析，如建筑布局、通風(fēng)口位置等，而對多種因素相互作用的綜合研究較少。在自然通風(fēng)與建筑供暖、制冷等系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行方面，雖然有一些研究，但仍缺乏系統(tǒng)性和深入性，尚未形成完善的理論和技術(shù)體系。目前對于寒冷地區(qū)不同季節(jié)自然通風(fēng)策略的優(yōu)化研究還不夠全面，特別是在冬季如何在保證室內(nèi)供暖需求的前提下，合理利用自然通風(fēng)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，還需要進(jìn)一步探索。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究圍繞寒冷地區(qū)建筑被動節(jié)能自然通風(fēng)策略展開，具體內(nèi)容如下：自然通風(fēng)策略總結(jié)：系統(tǒng)梳理寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)的基本原理，包括風(fēng)壓通風(fēng)、熱壓通風(fēng)以及風(fēng)壓與熱壓結(jié)合通風(fēng)的工作機(jī)制，分析其在不同氣候條件下的作用效果。全面總結(jié)寒冷地區(qū)不同建筑類型（如住宅、公共建筑等）適用的自然通風(fēng)策略，考慮建筑朝向、布局、開窗方式、通風(fēng)口位置與面積等因素對自然通風(fēng)效果的影響。例如，研究如何通過合理的建筑朝向和布局，充分利用冬季主導(dǎo)風(fēng)向，避免冷風(fēng)直接侵入室內(nèi)，同時在過渡季和夏季實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)；探討不同開窗方式（如平開窗、推拉窗、上懸窗等）在自然通風(fēng)中的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何根據(jù)建筑功能和使用需求選擇合適的開窗方式。分析自然通風(fēng)與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如墻體、門窗、屋頂?shù)龋┍馗魺嵝阅苤g的關(guān)系，研究如何在保證建筑保溫性能的前提下，優(yōu)化自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，提高建筑能源利用效率。例如，研究采用高性能保溫門窗時，如何合理設(shè)置通風(fēng)口，以減少熱量散失，同時實(shí)現(xiàn)有效的自然通風(fēng)。量化分析方法：引入相關(guān)量化指標(biāo)，如通風(fēng)量、通風(fēng)效率、室內(nèi)空氣齡、熱舒適性指標(biāo)（如PMV、PPD）等，對自然通風(fēng)效果進(jìn)行全面、客觀的評價(jià)。明確各量化指標(biāo)的計(jì)算方法和適用范圍，為后續(xù)的模擬分析和案例研究提供科學(xué)依據(jù)。運(yùn)用建筑能耗模擬軟件（如EnergyPlus、DeST等）和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件（如Fluent、ANSYSCFX等），對寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。通過模擬不同自然通風(fēng)策略下室內(nèi)氣流組織、溫度分布、通風(fēng)量等參數(shù)的變化情況，深入研究自然通風(fēng)的影響因素和作用規(guī)律，為自然通風(fēng)策略的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。以寒冷地區(qū)實(shí)際建筑項(xiàng)目為案例，對自然通風(fēng)策略的實(shí)施效果進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測。通過安裝溫濕度傳感器、風(fēng)速儀、二氧化碳濃度傳感器等設(shè)備，實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)和自然通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。將實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證模擬方法的準(zhǔn)確性和可靠性，同時進(jìn)一步了解自然通風(fēng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和挑戰(zhàn)。1.3.2研究方法本研究采用多種研究方法相結(jié)合的方式，以確保研究的全面性、科學(xué)性和可靠性，具體方法如下：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)的相關(guān)文獻(xiàn)，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，了解自然通風(fēng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)已有的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析存在的問題和不足，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。案例分析法：選取寒冷地區(qū)具有代表性的建筑案例，包括新建建筑和既有建筑改造項(xiàng)目，對其采用的自然通風(fēng)策略進(jìn)行詳細(xì)分析。通過實(shí)地考察、訪談相關(guān)設(shè)計(jì)人員和使用者，獲取建筑的設(shè)計(jì)資料、運(yùn)行數(shù)據(jù)和使用反饋等信息，深入研究自然通風(fēng)策略在實(shí)際應(yīng)用中的效果、優(yōu)點(diǎn)和不足之處，為自然通風(fēng)策略的優(yōu)化和推廣提供實(shí)踐參考。數(shù)值模擬法：利用建筑能耗模擬軟件和CFD軟件，建立寒冷地區(qū)建筑的物理模型和數(shù)學(xué)模型，對不同自然通風(fēng)策略下的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬分析。通過調(diào)整模型參數(shù)，如建筑布局、通風(fēng)口設(shè)置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能等，研究各因素對自然通風(fēng)效果的影響規(guī)律，預(yù)測不同自然通風(fēng)策略下的建筑能耗和室內(nèi)熱舒適性，為自然通風(fēng)策略的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究法：搭建自然通風(fēng)實(shí)驗(yàn)平臺，模擬寒冷地區(qū)的氣候條件，對自然通風(fēng)的原理和影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過改變實(shí)驗(yàn)條件，如風(fēng)速、溫度、濕度等，測量通風(fēng)量、氣流速度、溫度分布等參數(shù)，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，深入研究自然通風(fēng)的作用機(jī)制和優(yōu)化方法。對比分析法：對不同自然通風(fēng)策略的模擬結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，評估各策略的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。同時，將自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)、混合通風(fēng)等其他通風(fēng)方式進(jìn)行對比，分析不同通風(fēng)方式在寒冷地區(qū)建筑中的能耗、經(jīng)濟(jì)性和舒適性等方面的差異，為建筑通風(fēng)方式的選擇提供參考依據(jù)。二、寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)的理論基礎(chǔ)2.1自然通風(fēng)的原理自然通風(fēng)是一種借助自然力量實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣交換的通風(fēng)方式，主要依賴風(fēng)壓和熱壓作為驅(qū)動力。在寒冷地區(qū)，深入理解自然通風(fēng)的原理對于優(yōu)化建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)、提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量以及實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)至關(guān)重要。下面將詳細(xì)闡述風(fēng)壓通風(fēng)、熱壓通風(fēng)以及兩者結(jié)合通風(fēng)的原理。2.1.1風(fēng)壓通風(fēng)原理風(fēng)壓通風(fēng)是自然通風(fēng)的一種常見形式，其形成機(jī)制基于空氣流動的基本原理。當(dāng)風(fēng)遇到建筑物時，由于建筑物的阻擋，空氣流動狀態(tài)發(fā)生改變。在建筑的迎風(fēng)面，空氣被阻擋后速度減緩，動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，從而形成正壓區(qū)。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，迎風(fēng)面的正壓力約為風(fēng)速動壓力的0.5-0.8倍。氣流會向上偏轉(zhuǎn)并繞過建筑物的側(cè)面和背面，在這些區(qū)域形成局部渦流，空氣流速增加，靜壓降低，進(jìn)而形成負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓約為風(fēng)速動壓力的0.3-0.4倍。這種迎風(fēng)面與背風(fēng)面之間的壓力差，便是推動空氣流動的動力來源。室內(nèi)外空氣在壓力差的作用下，由壓力高的迎風(fēng)面一側(cè)向壓力低的背風(fēng)面一側(cè)流動，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的交換，形成風(fēng)壓通風(fēng)。我們?nèi)粘Ｉ钪兴f的“穿堂風(fēng)”，就是典型的風(fēng)壓通風(fēng)現(xiàn)象。當(dāng)風(fēng)垂直吹向建筑正面時，迎風(fēng)面中心處正壓最大，在屋角及屋脊處負(fù)壓最大，這種壓力分布特點(diǎn)決定了空氣的流動路徑和通風(fēng)效果。風(fēng)壓通風(fēng)的效果受到多種因素的影響。建筑形式是一個關(guān)鍵因素，不同的建筑外形和布局會導(dǎo)致空氣流動狀態(tài)的差異，進(jìn)而影響風(fēng)壓的大小和分布。例如，體型較為規(guī)整、表面光滑的建筑，空氣流動相對順暢，風(fēng)壓分布較為均勻；而造型復(fù)雜、有較多凹凸結(jié)構(gòu)的建筑，容易產(chǎn)生局部氣流紊亂，影響風(fēng)壓通風(fēng)效果。建筑與風(fēng)的夾角也對風(fēng)壓通風(fēng)有重要影響。當(dāng)建筑與風(fēng)向垂直時，迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓力差最大，通風(fēng)效果最佳；隨著夾角的減小，壓力差逐漸減小，通風(fēng)效果也會相應(yīng)減弱。建筑物周圍的自然地形同樣不可忽視。如果建筑位于開闊的平原地區(qū)，風(fēng)的流動較為順暢，風(fēng)壓通風(fēng)效果較好；若建筑周圍有山脈、樹林等障礙物，會阻擋或改變風(fēng)的方向和速度，從而影響風(fēng)壓通風(fēng)的效果。2.1.2熱壓通風(fēng)原理熱壓通風(fēng)，通常也被稱為煙囪效應(yīng)，其原理基于室內(nèi)外空氣的溫度差導(dǎo)致的密度差。當(dāng)室內(nèi)空氣由于人員活動、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等因素被加熱后，溫度升高，根據(jù)氣體熱脹冷縮的原理，空氣體積膨脹，密度變小而上升。此時，在建筑物高處設(shè)置出風(fēng)口，熱空氣便能順利排出室外。而室外相對低溫且密度大的空氣，會在壓力差的作用下從建筑物下部的進(jìn)風(fēng)口流入室內(nèi)，從而形成持續(xù)的空氣循環(huán)，不斷更新室內(nèi)空氣，帶走熱量與污濁氣體。熱壓的大小主要取決于兩個因素：一是兩個開口處的高度差H，高度差越大，熱壓越大；二是室內(nèi)外的空氣溫度差，溫度差越大，熱壓也越大。可以用公式P=\rhogH(\frac{1}{T_{out}}-\frac{1}{T_{in}})來表示熱壓的大小，其中P為熱壓，\rho為空氣密度，g為重力加速度，H為兩個開口的高度差，T_{out}為室外空氣溫度，T_{in}為室內(nèi)空氣溫度。在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中，建筑師們常常采用煙囪、通風(fēng)塔、天井中庭等形式來增強(qiáng)熱壓通風(fēng)的效果。以煙囪為例，煙囪具有一定的高度，能夠形成較大的高度差，有利于熱空氣的上升和排出，從而增強(qiáng)熱壓通風(fēng)的驅(qū)動力。通風(fēng)塔也是一種常見的利用熱壓通風(fēng)的設(shè)施，它通常設(shè)置在建筑物的高處，通過合理的設(shè)計(jì)，能夠有效地引導(dǎo)熱空氣排出，促進(jìn)室內(nèi)外空氣的交換。天井中庭則為建筑物內(nèi)部提供了一個豎向的空間，使得熱空氣能夠在其中上升并排出，同時冷空氣從周圍區(qū)域流入，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。與風(fēng)壓通風(fēng)相比，熱壓通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境和不良的外部風(fēng)環(huán)境。因?yàn)闊釅和L(fēng)主要依賴于室內(nèi)外的溫度差，而不受外部風(fēng)向和風(fēng)速的直接影響，所以在一些風(fēng)力不穩(wěn)定或外部風(fēng)環(huán)境較差的地區(qū)，熱壓通風(fēng)具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。2.1.3風(fēng)壓與熱壓結(jié)合通風(fēng)原理在實(shí)際建筑應(yīng)用中，風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)往往不是單獨(dú)作用的，而是相互協(xié)同、共同影響。多數(shù)情況下，兩者會相互疊加，形成更為復(fù)雜的通風(fēng)模式，以適應(yīng)不同的氣候條件和建筑環(huán)境。在有風(fēng)的晴天，室外風(fēng)的作用產(chǎn)生風(fēng)壓，同時室內(nèi)外的溫差也會產(chǎn)生熱壓。風(fēng)壓促使空氣從迎風(fēng)面進(jìn)入室內(nèi)，熱壓則使得室內(nèi)熱空氣上升并從高處排出，兩者共同作用，極大地提高了通風(fēng)效率。在寒冷地區(qū)的冬季，雖然室外溫度較低，但在白天陽光照射下，室內(nèi)可能會產(chǎn)生一定的熱量，形成室內(nèi)外溫差，從而產(chǎn)生熱壓通風(fēng)。此時若有合適的外部風(fēng)，風(fēng)壓和熱壓可以相互配合，在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下，盡量減少熱量的散失。在過渡季和夏季，當(dāng)室外風(fēng)速較大且室內(nèi)外溫差也較為明顯時，風(fēng)壓與熱壓結(jié)合通風(fēng)能夠更有效地降低室內(nèi)溫度，改善室內(nèi)熱舒適性。風(fēng)壓與熱壓結(jié)合通風(fēng)的優(yōu)勢在于能夠充分發(fā)揮兩者的長處，彌補(bǔ)各自的不足。風(fēng)壓通風(fēng)在風(fēng)力較大時通風(fēng)效果顯著，但受外部風(fēng)環(huán)境影響較大，具有不穩(wěn)定性；熱壓通風(fēng)相對穩(wěn)定，但通風(fēng)效果可能受到室內(nèi)外溫差大小的限制。兩者結(jié)合可以在不同的氣候條件下實(shí)現(xiàn)更高效、穩(wěn)定的通風(fēng)。在設(shè)計(jì)中需要特別注意避免風(fēng)壓和熱壓相互抵消而降低通風(fēng)效率。例如，當(dāng)風(fēng)壓和熱壓的作用方向相反時，可能會導(dǎo)致空氣流動受阻，通風(fēng)效果變差。因此，在建筑設(shè)計(jì)階段，需要通過合理的布局和通風(fēng)口設(shè)置，使風(fēng)壓和熱壓的作用相互協(xié)調(diào)，達(dá)到最佳的通風(fēng)效果。一般來說，在建筑進(jìn)深較小的部位，由于空氣流動路徑較短，利用風(fēng)壓可以較為直接地實(shí)現(xiàn)通風(fēng)；而在進(jìn)深較大的部位，單純依靠風(fēng)壓可能難以滿足通風(fēng)需求，此時熱壓通風(fēng)可以發(fā)揮重要作用，通過豎向的空氣流動，將新鮮空氣引入室內(nèi)深處。在寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中，充分考慮風(fēng)壓與熱壓結(jié)合通風(fēng)原理，合理規(guī)劃建筑布局、通風(fēng)口位置和面積等因素，能夠有效地提高自然通風(fēng)效果，降低建筑能耗，為居住者提供更加健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。2.2自然通風(fēng)對建筑節(jié)能的作用自然通風(fēng)作為一種被動式節(jié)能技術(shù)，在寒冷地區(qū)建筑節(jié)能中具有顯著的作用。它通過引入室外自然空氣，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的流通和更新，不僅能夠降低建筑能耗，還能改善室內(nèi)熱環(huán)境，提高居住者的舒適度。下面將從降低空調(diào)能耗、減少機(jī)械通風(fēng)能耗以及改善室內(nèi)熱環(huán)境三個方面詳細(xì)闡述自然通風(fēng)對建筑節(jié)能的作用。2.2.1降低空調(diào)能耗在寒冷地區(qū)，夏季雖然相對短暫，但隨著全球氣候變暖以及人們對室內(nèi)舒適度要求的提高，空調(diào)的使用頻率和時長也在逐漸增加，導(dǎo)致空調(diào)能耗成為建筑能耗的重要組成部分。自然通風(fēng)通過引入室外冷空氣，能夠有效地降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行時間和能耗。當(dāng)室外空氣溫度低于室內(nèi)時，開啟窗戶或通風(fēng)口，室外冷空氣在風(fēng)壓和熱壓的作用下進(jìn)入室內(nèi)，與室內(nèi)熱空氣進(jìn)行熱交換，從而降低室內(nèi)溫度。相關(guān)研究表明，在過渡季和夏季，合理利用自然通風(fēng)可使室內(nèi)溫度降低2-5℃，空調(diào)能耗降低20%-50%。在一些氣候較為溫和的寒冷地區(qū)城市，如大連，在過渡季通過自然通風(fēng)，可使室內(nèi)溫度保持在較為舒適的范圍內(nèi)，空調(diào)的使用時間大幅減少。自然通風(fēng)還能提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在空調(diào)運(yùn)行過程中，自然通風(fēng)可以預(yù)先對室內(nèi)空氣進(jìn)行降溫，減輕空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，使空調(diào)設(shè)備在更高效的工況下運(yùn)行。當(dāng)室內(nèi)溫度較高時，先利用自然通風(fēng)將室內(nèi)溫度降低一定程度，再開啟空調(diào)，空調(diào)系統(tǒng)無需長時間高負(fù)荷運(yùn)行即可達(dá)到設(shè)定溫度，從而降低了空調(diào)的能耗。2.2.2減少機(jī)械通風(fēng)能耗機(jī)械通風(fēng)是通過風(fēng)機(jī)等設(shè)備強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣交換的通風(fēng)方式，其能耗主要來自風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。在寒冷地區(qū)，傳統(tǒng)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)能耗較高，而自然通風(fēng)可以替代或部分替代機(jī)械通風(fēng)，從而降低風(fēng)機(jī)等設(shè)備的能耗。自然通風(fēng)利用自然風(fēng)壓和熱壓作為驅(qū)動力，無需消耗額外的電能，相比機(jī)械通風(fēng)具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。在一些建筑中，合理設(shè)計(jì)的自然通風(fēng)系統(tǒng)可以滿足大部分時間的通風(fēng)需求，僅在自然通風(fēng)無法滿足要求時才啟動機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，從而減少了機(jī)械通風(fēng)的運(yùn)行時間和能耗。對于一些小型住宅建筑，在春秋季節(jié)，通過合理的開窗設(shè)計(jì)和自然通風(fēng)布局，可完全依靠自然通風(fēng)滿足室內(nèi)通風(fēng)要求，無需開啟機(jī)械通風(fēng)設(shè)備。自然通風(fēng)還能降低機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)成本。由于自然通風(fēng)減少了機(jī)械通風(fēng)設(shè)備的使用時間，設(shè)備的磨損和故障概率相應(yīng)降低，從而減少了設(shè)備的維修和更換費(fèi)用，降低了建筑的運(yùn)營成本。2.2.3改善室內(nèi)熱環(huán)境室內(nèi)熱環(huán)境是影響居住者舒適度和健康的重要因素，而自然通風(fēng)能夠有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度，改善室內(nèi)熱環(huán)境，減少對人工調(diào)節(jié)設(shè)備的依賴。在寒冷地區(qū)的冬季，雖然室內(nèi)需要供暖，但如果長時間關(guān)閉門窗，室內(nèi)空氣質(zhì)量會下降，二氧化碳濃度升高，影響居住者的健康和舒適度。合理的自然通風(fēng)可以在保證室內(nèi)供暖效果的前提下，引入室外新鮮空氣，排出室內(nèi)污濁空氣，同時調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，使室內(nèi)熱環(huán)境更加舒適。通過在適當(dāng)?shù)臅r間開啟窗戶或通風(fēng)口，讓室外冷空氣進(jìn)入室內(nèi)，與室內(nèi)熱空氣混合，既能降低室內(nèi)二氧化碳濃度，又能保持室內(nèi)適宜的濕度。在夏季，自然通風(fēng)可以帶走室內(nèi)的熱量，降低室內(nèi)溫度，使居住者感受到?jīng)鏊Ｗ匀伙L(fēng)的流動還能促進(jìn)人體汗液的蒸發(fā)，增強(qiáng)人體的散熱效果，提高人體的熱舒適感。研究表明，在自然通風(fēng)條件下，人體對室內(nèi)溫度的可接受范圍會有所提高，即使室內(nèi)溫度略高于空調(diào)設(shè)定溫度，人們也能感到舒適。自然通風(fēng)還能改善室內(nèi)的氣流分布，避免出現(xiàn)局部過熱或過冷的現(xiàn)象。通過合理設(shè)計(jì)通風(fēng)口的位置和大小，以及建筑的布局和朝向，可以引導(dǎo)自然風(fēng)均勻地分布在室內(nèi)各個區(qū)域，使室內(nèi)熱環(huán)境更加均勻穩(wěn)定。三、寒冷地區(qū)建筑被動節(jié)能自然通風(fēng)策略總結(jié)3.1建筑規(guī)劃與布局策略3.1.1建筑朝向選擇建筑朝向的選擇是寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，它直接影響到自然通風(fēng)和采光的效果，進(jìn)而對建筑能耗和室內(nèi)熱舒適性產(chǎn)生顯著影響。寒冷地區(qū)冬季漫長寒冷，夏季短暫涼爽，因此在建筑朝向選擇時，需要綜合考慮冬季的防寒保暖和夏季的通風(fēng)散熱需求。在寒冷地區(qū)，南向通常是建筑朝向的首選。從采光角度來看，南向建筑能夠在冬季獲得充足的太陽輻射，有效提高室內(nèi)溫度，減少供暖能耗。我國北方地區(qū)，冬季太陽高度角較低，南向房間在白天能夠長時間接收陽光照射，室內(nèi)溫度明顯升高，從而降低了對供暖設(shè)備的依賴。南向建筑在夏季也具有一定的優(yōu)勢。雖然夏季太陽高度角較高，但通過合理設(shè)置遮陽設(shè)施，如遮陽板、百葉窗等，可以有效阻擋陽光直射室內(nèi)，減少室內(nèi)得熱，降低空調(diào)能耗。從自然通風(fēng)角度分析，南向建筑在過渡季和夏季能夠更好地利用自然通風(fēng)。我國大部分寒冷地區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟匣蚰掀珫|，南向建筑的迎風(fēng)面與主導(dǎo)風(fēng)向夾角較大，有利于形成良好的風(fēng)壓通風(fēng)，使室外新鮮空氣能夠順利進(jìn)入室內(nèi)，排出室內(nèi)污濁空氣，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，降低室內(nèi)溫度。如果建筑朝向偏離南向，自然通風(fēng)效果會受到一定影響。當(dāng)建筑朝向?yàn)闁|向或西向時，與夏季主導(dǎo)風(fēng)向夾角較小，風(fēng)壓通風(fēng)效果相對較弱，室內(nèi)通風(fēng)量可能不足，導(dǎo)致室內(nèi)空氣流通不暢，熱舒適性下降。然而，在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中，由于受到場地條件、周邊環(huán)境等因素的限制，建筑朝向可能無法完全正南。在這種情況下，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行權(quán)衡和優(yōu)化。如果場地條件允許，可以適當(dāng)調(diào)整建筑朝向，使其與夏季主導(dǎo)風(fēng)向夾角在30°-60°之間，以保證較好的自然通風(fēng)效果。還可以通過合理設(shè)計(jì)建筑的開口位置和大小，以及利用導(dǎo)風(fēng)板等輔助設(shè)施，來改善自然通風(fēng)效果。除了南向，東南向和西南向也是寒冷地區(qū)建筑朝向的較好選擇。東南向建筑在早晨能夠獲得充足的陽光，同時在夏季也能利用東南風(fēng)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，兼具采光和通風(fēng)的優(yōu)勢。西南向建筑則在下午能接收較多陽光，對于一些需要在下午獲得較好采光的功能空間，如客廳、書房等，是較為合適的朝向。在選擇東南向或西南向時，同樣需要考慮遮陽和通風(fēng)措施的設(shè)計(jì)，以避免夏季陽光直射和通風(fēng)不暢的問題。3.1.2建筑群布局優(yōu)化建筑群布局是影響寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)效果的關(guān)鍵因素之一，合理的布局能夠引導(dǎo)自然風(fēng)在建筑群中順暢流動，提高通風(fēng)效率，改善室內(nèi)外熱環(huán)境。常見的建筑群布局方式包括行列式、錯列式、斜列式和周邊式等，每種布局方式對自然通風(fēng)的影響各有特點(diǎn)。行列式布局是指建筑按照一定的間距和行列順序排列，這種布局方式較為規(guī)整，便于規(guī)劃和建設(shè)。在行列式布局中，前排建筑會對后排建筑的自然通風(fēng)產(chǎn)生一定的遮擋作用。當(dāng)建筑間距較小時，后排建筑處于前排建筑的風(fēng)影區(qū)內(nèi)，風(fēng)速明顯減小，風(fēng)壓降低，自然通風(fēng)效果不佳。為了改善行列式布局的自然通風(fēng)效果，可以適當(dāng)加大建筑間距。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建筑間距與建筑高度之比宜不小于1.5，這樣可以保證后排建筑能夠獲得足夠的風(fēng)速和風(fēng)壓，實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)。還可以通過調(diào)整建筑的排列方式，如采用交錯排列或前后錯位的方式，使后排建筑能夠避開前排建筑的風(fēng)影區(qū)，增加通風(fēng)機(jī)會。錯列式布局是將建筑在水平方向上交錯排列，這種布局方式能夠有效打破風(fēng)影區(qū)，使自然風(fēng)能夠更好地穿透建筑群。在錯列式布局中，建筑之間形成了不規(guī)則的通風(fēng)通道，氣流在通道內(nèi)流動時會產(chǎn)生一定的擾動，增強(qiáng)了空氣的混合和交換，提高了自然通風(fēng)效率。與行列式布局相比，錯列式布局的后排建筑能夠獲得更均勻的風(fēng)速分布，通風(fēng)效果更好。錯列式布局也存在一些不足之處，例如可能會導(dǎo)致建筑之間的視線干擾增加，以及在土地利用效率方面相對較低。斜列式布局是將建筑按照一定的角度傾斜排列，這種布局方式能夠進(jìn)一步引導(dǎo)自然風(fēng)的流動方向，使其更好地適應(yīng)地形和風(fēng)向。斜列式布局可以使建筑更好地利用不同方向的風(fēng)，增加通風(fēng)的可能性。在一些地形復(fù)雜或風(fēng)向多變的地區(qū)，斜列式布局能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提高自然通風(fēng)效果。斜列式布局還可以豐富建筑群體的空間形態(tài)，增加建筑的層次感和美感。在設(shè)計(jì)斜列式布局時，需要精確計(jì)算建筑的傾斜角度和間距，以確保通風(fēng)效果的同時，滿足建筑的功能和空間需求。周邊式布局是指建筑圍繞一個中心空間或庭院進(jìn)行布置，形成相對封閉的空間。這種布局方式在一定程度上能夠阻擋冬季寒風(fēng)的侵入，起到保溫防寒的作用。周邊式布局不利于自然通風(fēng)的順暢進(jìn)行。由于建筑相互遮擋，通風(fēng)通道狹窄且曲折，氣流在建筑群內(nèi)流動時受到較大阻力，通風(fēng)效率較低。在寒冷地區(qū)，除非有特殊的功能需求或景觀設(shè)計(jì)要求，一般較少采用周邊式布局。如果必須采用周邊式布局，可以通過設(shè)置較大的庭院開口、合理規(guī)劃通風(fēng)路徑以及增加通風(fēng)輔助設(shè)施等方式，來改善自然通風(fēng)效果。在優(yōu)化建筑群布局時，還需要考慮建筑群的整體迎風(fēng)方位。應(yīng)使建筑群的主要迎風(fēng)面與當(dāng)?shù)叵募局鲗?dǎo)風(fēng)向盡量保持一致，以充分利用自然風(fēng)壓，提高通風(fēng)效果。要避免建筑群形成過大的背風(fēng)區(qū)，減少風(fēng)影區(qū)對自然通風(fēng)的不利影響。可以通過合理設(shè)置建筑物的高度和位置，使建筑群的布局錯落有致，引導(dǎo)自然風(fēng)在建筑群內(nèi)均勻分布。在寒冷地區(qū)建筑規(guī)劃與布局中，合理選擇建筑朝向和優(yōu)化建筑群布局方式，對于實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)效果、降低建筑能耗、提高室內(nèi)熱舒適性具有重要意義。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體的場地條件、氣候特點(diǎn)和建筑功能需求，綜合考慮各種因素，制定出最適宜的建筑規(guī)劃與布局方案。三、寒冷地區(qū)建筑被動節(jié)能自然通風(fēng)策略總結(jié)3.2建筑設(shè)計(jì)策略3.2.1建筑體型設(shè)計(jì)建筑體型系數(shù)作為衡量建筑體型與自然通風(fēng)及能耗關(guān)系的重要指標(biāo)，對寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵意義。體型系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積之比，其中外表面積不包括地面。體型系數(shù)的大小直接反映了建筑的緊湊程度，對建筑的熱工性能和自然通風(fēng)效果產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)建筑體型系數(shù)較大時，意味著單位建筑體積的外表面積較大，這會導(dǎo)致建筑在冬季通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)散失的熱量增多，增加供暖能耗。在夏季，較大的體型系數(shù)也會使建筑吸收更多的太陽輻射熱量，從而增加空調(diào)制冷能耗。研究表明，體型系數(shù)每增大0.01，建筑能耗指標(biāo)約增加2.5%。體型系數(shù)還會對自然通風(fēng)產(chǎn)生影響。較大的體型系數(shù)可能會使建筑表面的風(fēng)壓分布更加復(fù)雜，增加局部氣流紊亂的可能性，從而影響自然通風(fēng)的效果。當(dāng)建筑體型較為復(fù)雜，有較多的凹凸結(jié)構(gòu)時，氣流在建筑表面流動時容易形成漩渦和死角，導(dǎo)致通風(fēng)不暢。從自然通風(fēng)的角度來看，合理的建筑體型設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小體型系數(shù)，使建筑更加緊湊。這樣可以減少建筑外表面積，降低熱量散失，同時有利于自然風(fēng)在建筑表面的均勻分布，提高自然通風(fēng)效率。一些研究和實(shí)踐案例表明，采用長方體或正方體等規(guī)整的建筑體型，能夠有效減小體型系數(shù)，改善自然通風(fēng)效果。在寒冷地區(qū)的住宅設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免設(shè)計(jì)過于復(fù)雜的造型，盡量采用簡單規(guī)整的體型，以降低建筑能耗，提高自然通風(fēng)性能。對于不同類型的建筑，在體型設(shè)計(jì)上也有不同的側(cè)重點(diǎn)。例如，對于高層建筑，由于其高度較大，受到的風(fēng)壓影響更為明顯，因此在體型設(shè)計(jì)時應(yīng)更加注重風(fēng)荷載的作用，避免出現(xiàn)不利于自然通風(fēng)的體型。一些高層建筑采用了流線型的體型設(shè)計(jì)，使氣流能夠更加順暢地繞過建筑，減少風(fēng)阻力，提高自然通風(fēng)效果。對于大型公共建筑，如商場、體育館等，由于其空間較大，內(nèi)部功能復(fù)雜，在體型設(shè)計(jì)時需要綜合考慮功能布局、采光、通風(fēng)等多方面因素。可以通過合理劃分功能區(qū)域，設(shè)置中庭、通風(fēng)豎井等方式，改善自然通風(fēng)效果，同時優(yōu)化建筑體型，降低能耗。在寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中，還可以通過設(shè)置遮陽設(shè)施、綠化等手段，進(jìn)一步優(yōu)化建筑體型對自然通風(fēng)和能耗的影響。在建筑的南向設(shè)置遮陽板或百葉窗，可以有效阻擋夏季的太陽輻射，減少室內(nèi)得熱，降低空調(diào)能耗；在建筑周邊種植樹木和花草，不僅可以美化環(huán)境，還能起到調(diào)節(jié)局部氣候、改善自然通風(fēng)的作用。通過合理的建筑體型設(shè)計(jì)，結(jié)合其他節(jié)能措施，可以實(shí)現(xiàn)寒冷地區(qū)建筑的被動節(jié)能和自然通風(fēng)優(yōu)化，為居住者提供更加舒適、健康的室內(nèi)環(huán)境。3.2.2門窗設(shè)計(jì)門窗作為建筑自然通風(fēng)的關(guān)鍵通道，其位置、大小和開啟方式對自然通風(fēng)效果有著決定性的影響。在寒冷地區(qū)，合理設(shè)計(jì)門窗是實(shí)現(xiàn)建筑被動節(jié)能自然通風(fēng)的重要環(huán)節(jié)，需要綜合考慮多方面因素。門窗位置的選擇應(yīng)充分考慮自然風(fēng)的流動路徑和建筑的功能布局。在寒冷地區(qū)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向通常為西北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)或南風(fēng)。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)將主要進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面，將出風(fēng)口設(shè)置在背風(fēng)面，以形成良好的穿堂風(fēng)，促進(jìn)室內(nèi)空氣的流通。在住宅設(shè)計(jì)中，客廳和臥室等主要功能房間的窗戶應(yīng)盡量朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，使自然風(fēng)能夠直接進(jìn)入室內(nèi)，提高通風(fēng)效率。門窗位置還應(yīng)避免受到周邊建筑物或障礙物的遮擋，確保自然風(fēng)能夠順暢地到達(dá)門窗處。如果建筑周邊有高大建筑物或樹木，可能會阻擋自然風(fēng)的流動，影響通風(fēng)效果，此時應(yīng)合理調(diào)整門窗位置或采取其他通風(fēng)措施。門窗大小直接關(guān)系到通風(fēng)量的大小。在保證建筑保溫性能的前提下，適當(dāng)增大門窗面積可以提高自然通風(fēng)效果。門窗面積過大也會導(dǎo)致建筑熱量散失增加，在寒冷地區(qū)的冬季不利于保溫。因此，需要根據(jù)建筑的功能需求、空間大小和氣候條件等因素，合理確定門窗面積。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在寒冷地區(qū)，窗戶面積與房間地面面積之比一般宜控制在1/6-1/4之間，這樣既能滿足自然通風(fēng)的需求，又能兼顧建筑的保溫性能。對于一些對通風(fēng)要求較高的空間，如會議室、健身房等，可以適當(dāng)增大門窗面積；而對于一些對保溫要求較高的房間，如臥室、書房等，則應(yīng)適當(dāng)控制門窗面積。門窗的開啟方式對自然通風(fēng)效果也有重要影響。常見的門窗開啟方式有平開窗、推拉窗、上懸窗、下懸窗等，每種開啟方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)。平開窗的開啟面積較大，通風(fēng)效果好，密封性也相對較好，但開啟時占用空間較大；推拉窗開啟方便，不占用室內(nèi)空間，但密封性相對較差，通風(fēng)面積有限；上懸窗和下懸窗通風(fēng)口可調(diào)整，適合不同通風(fēng)需求，但視野和通風(fēng)面積受限。在寒冷地區(qū)，冬季需要注重門窗的密封性，以減少熱量散失，因此平開窗和上懸窗相對更適合；在夏季，為了獲得更好的通風(fēng)效果，可以選擇開啟面積較大的平開窗或推拉窗。還可以通過設(shè)置可調(diào)節(jié)的通風(fēng)口或百葉窗等方式，靈活控制通風(fēng)量和通風(fēng)方向，滿足不同季節(jié)和使用場景的需求。在寒冷地區(qū)的門窗設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注重門窗的保溫隔熱性能。選擇雙層或三層中空玻璃、斷橋鋁窗框等高性能材料，可以有效提高門窗的保溫隔熱性能，減少熱量傳遞。安裝密封條和遮陽設(shè)施等，也能進(jìn)一步增強(qiáng)門窗的節(jié)能效果。在門窗開啟時，應(yīng)確保密封條的完好性，避免出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象；在夏季，通過安裝遮陽簾或百葉窗等遮陽設(shè)施，可以阻擋太陽輻射，降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)能耗。3.2.3中庭設(shè)計(jì)中庭作為建筑內(nèi)部的公共空間，在自然通風(fēng)中扮演著重要角色，尤其在寒冷地區(qū)，合理設(shè)計(jì)中庭能夠有效利用煙囪效應(yīng)，促進(jìn)室內(nèi)空氣流通，改善室內(nèi)熱環(huán)境，實(shí)現(xiàn)建筑的被動節(jié)能。煙囪效應(yīng)是中庭自然通風(fēng)的主要原理。當(dāng)室內(nèi)空氣受熱后，溫度升高，密度減小，會向上運(yùn)動。中庭作為一個豎向的空間，為熱空氣的上升提供了通道。在中庭的頂部設(shè)置出風(fēng)口，熱空氣在浮力的作用下會通過出風(fēng)口排出室外。而室外相對低溫且密度大的空氣則會從建筑下部的進(jìn)風(fēng)口流入室內(nèi)，形成持續(xù)的空氣循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。在寒冷地區(qū)的冬季，雖然室外溫度較低，但在白天陽光照射下，中庭內(nèi)的空氣可能會被加熱，產(chǎn)生一定的溫度差，從而引發(fā)煙囪效應(yīng)。通過合理設(shè)計(jì)中庭的高度、面積和通風(fēng)口位置，可以增強(qiáng)煙囪效應(yīng)，提高自然通風(fēng)效果。中庭的高度是影響煙囪效應(yīng)的重要因素之一。一般來說，中庭高度越高，熱空氣上升的動力越大，煙囪效應(yīng)越明顯。中庭高度過高也會帶來一些問題，如增加建筑的造價(jià)和能耗，影響建筑的穩(wěn)定性等。因此，在設(shè)計(jì)中庭高度時，需要綜合考慮建筑的功能需求、結(jié)構(gòu)安全和節(jié)能要求等因素。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對于一般的多層建筑，中庭高度宜控制在建筑總高度的1/3-1/2之間；對于高層建筑，中庭高度應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，一般不宜超過建筑總高度的2/3。中庭的面積也需要合理控制。面積過小，可能無法形成有效的空氣流動空間，影響自然通風(fēng)效果；面積過大，則會增加建筑的能耗和空間利用難度。中庭面積應(yīng)根據(jù)建筑的規(guī)模、功能和使用人數(shù)等因素來確定。對于小型建筑，中庭面積可以相對較小，一般占建筑總面積的5%-10%；對于大型公共建筑，中庭面積可適當(dāng)增大，一般占建筑總面積的10%-20%。還可以通過設(shè)置分隔或局部挑空等方式，優(yōu)化中庭的空間布局，提高自然通風(fēng)效率。通風(fēng)口的位置和大小對中庭自然通風(fēng)效果也至關(guān)重要。進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在建筑下部，靠近人員活動區(qū)域，以保證新鮮空氣能夠順利進(jìn)入室內(nèi)；出風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在中庭頂部，盡量靠近熱空氣聚集的區(qū)域，以利于熱空氣的排出。通風(fēng)口的大小應(yīng)根據(jù)中庭的面積、高度和通風(fēng)需求等因素進(jìn)行計(jì)算確定。通風(fēng)口面積過小，會限制空氣流量，影響通風(fēng)效果；通風(fēng)口面積過大，則可能導(dǎo)致熱量散失過多，在寒冷地區(qū)的冬季不利于保溫。一般來說，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的面積之和宜占中庭地面面積的5%-10%。在寒冷地區(qū)的中庭設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮冬季的防寒保暖措施?？梢栽谥型ロ敳吭O(shè)置可開啟的天窗或遮陽設(shè)施，在冬季關(guān)閉天窗，減少熱量散失；在夏季開啟天窗，利用自然通風(fēng)降低室內(nèi)溫度。還可以在中庭周邊設(shè)置玻璃幕墻或保溫墻體，提高中庭的保溫性能。為了避免中庭內(nèi)出現(xiàn)局部過熱或過冷的現(xiàn)象，需要合理設(shè)計(jì)中庭內(nèi)的氣流組織，通過設(shè)置導(dǎo)流板、風(fēng)扇等輔助設(shè)施，引導(dǎo)空氣均勻流動，改善室內(nèi)熱環(huán)境。3.3自然通風(fēng)技術(shù)措施3.3.1通風(fēng)口設(shè)置通風(fēng)口作為自然通風(fēng)的關(guān)鍵通道，其位置、數(shù)量、大小等參數(shù)的合理確定，對自然通風(fēng)效果起著決定性作用。在寒冷地區(qū)，通風(fēng)口的設(shè)置需要綜合考慮多種因素，以實(shí)現(xiàn)高效的自然通風(fēng)，并避免通風(fēng)短路等問題。通風(fēng)口位置的確定應(yīng)充分考慮自然風(fēng)的流動路徑和建筑的功能布局。在寒冷地區(qū)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向通常為西北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)或南風(fēng)。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)將主要進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面，將出風(fēng)口設(shè)置在背風(fēng)面，以形成良好的穿堂風(fēng)，促進(jìn)室內(nèi)空氣的流通。在住宅設(shè)計(jì)中，客廳和臥室等主要功能房間的窗戶應(yīng)盡量朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，使自然風(fēng)能夠直接進(jìn)入室內(nèi)，提高通風(fēng)效率。通風(fēng)口位置還應(yīng)避免受到周邊建筑物或障礙物的遮擋，確保自然風(fēng)能夠順暢地到達(dá)通風(fēng)口處。如果建筑周邊有高大建筑物或樹木，可能會阻擋自然風(fēng)的流動，影響通風(fēng)效果，此時應(yīng)合理調(diào)整通風(fēng)口位置或采取其他通風(fēng)措施。通風(fēng)口的數(shù)量和大小直接關(guān)系到通風(fēng)量的大小。通風(fēng)口數(shù)量不足或面積過小，會導(dǎo)致通風(fēng)量不足，無法滿足室內(nèi)通風(fēng)需求；通風(fēng)口數(shù)量過多或面積過大，則可能會導(dǎo)致熱量散失過多，在寒冷地區(qū)的冬季不利于保溫。因此，需要根據(jù)建筑的功能需求、空間大小和氣候條件等因素，合理確定通風(fēng)口的數(shù)量和大小。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在寒冷地區(qū)，窗戶面積與房間地面面積之比一般宜控制在1/6-1/4之間，這樣既能滿足自然通風(fēng)的需求，又能兼顧建筑的保溫性能。對于一些對通風(fēng)要求較高的空間，如會議室、健身房等，可以適當(dāng)增加通風(fēng)口的數(shù)量或增大通風(fēng)口面積；而對于一些對保溫要求較高的房間，如臥室、書房等，則應(yīng)適當(dāng)控制通風(fēng)口的數(shù)量和大小。通風(fēng)口的設(shè)置還應(yīng)避免通風(fēng)短路現(xiàn)象的發(fā)生。通風(fēng)短路是指自然風(fēng)在室內(nèi)流動時，沒有經(jīng)過有效的空氣交換，直接從進(jìn)風(fēng)口流向出風(fēng)口，導(dǎo)致通風(fēng)效果不佳。為了避免通風(fēng)短路，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口應(yīng)盡量相對錯開位置，使氣流在室內(nèi)改變方向，增加空氣與室內(nèi)空間的接觸面積，從而使室內(nèi)氣流更均勻。可以在室內(nèi)設(shè)置隔斷、屏風(fēng)等設(shè)施，引導(dǎo)氣流的流動方向，避免通風(fēng)短路。在一些大型建筑中，可以采用中庭、通風(fēng)豎井等豎向通風(fēng)通道，將不同樓層的通風(fēng)口連接起來，形成立體的通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高通風(fēng)效果，減少通風(fēng)短路的可能性。通風(fēng)口的形狀和開啟方式也會對自然通風(fēng)效果產(chǎn)生影響。不同形狀的通風(fēng)口，如矩形、圓形、三角形等，其空氣流動特性不同，對通風(fēng)效果也會產(chǎn)生不同的影響。一般來說，矩形通風(fēng)口的通風(fēng)效果較好，因?yàn)槠淇諝饬鲃虞^為順暢，阻力較小。通風(fēng)口的開啟方式也有多種，如平開窗、推拉窗、上懸窗、下懸窗等，每種開啟方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)。平開窗的開啟面積較大，通風(fēng)效果好，密封性也相對較好，但開啟時占用空間較大；推拉窗開啟方便，不占用室內(nèi)空間，但密封性相對較差，通風(fēng)面積有限；上懸窗和下懸窗通風(fēng)口可調(diào)整，適合不同通風(fēng)需求，但視野和通風(fēng)面積受限。在寒冷地區(qū)，冬季需要注重通風(fēng)口的密封性，以減少熱量散失，因此平開窗和上懸窗相對更適合；在夏季，為了獲得更好的通風(fēng)效果，可以選擇開啟面積較大的平開窗或推拉窗。還可以通過設(shè)置可調(diào)節(jié)的通風(fēng)口或百葉窗等方式，靈活控制通風(fēng)量和通風(fēng)方向，滿足不同季節(jié)和使用場景的需求。3.3.2導(dǎo)風(fēng)裝置應(yīng)用導(dǎo)風(fēng)裝置作為優(yōu)化自然通風(fēng)效果的重要手段，在寒冷地區(qū)建筑中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。導(dǎo)風(fēng)板、導(dǎo)流片等導(dǎo)風(fēng)裝置能夠有效地引導(dǎo)自然風(fēng)的流動方向，增加通風(fēng)量，改善室內(nèi)氣流分布，從而提高自然通風(fēng)的效率和質(zhì)量。導(dǎo)風(fēng)板是一種常見的導(dǎo)風(fēng)裝置，其工作原理基于空氣動力學(xué)原理。當(dāng)自然風(fēng)吹向?qū)эL(fēng)板時，導(dǎo)風(fēng)板會改變風(fēng)的流動方向，使其按照預(yù)定的路徑進(jìn)入室內(nèi)。導(dǎo)風(fēng)板的形狀、角度和位置對導(dǎo)風(fēng)效果有著重要影響。一般來說，導(dǎo)風(fēng)板的形狀應(yīng)根據(jù)建筑的外形和自然風(fēng)的方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保風(fēng)能夠被有效地引導(dǎo)。導(dǎo)風(fēng)板與墻面的夾角通常在30°-60°之間，這樣可以使風(fēng)在導(dǎo)風(fēng)板的作用下，以合適的角度進(jìn)入室內(nèi)，提高通風(fēng)效果。導(dǎo)風(fēng)板的位置應(yīng)設(shè)置在通風(fēng)口的迎風(fēng)側(cè)，距離通風(fēng)口的距離一般為通風(fēng)口直徑的1-2倍，以保證風(fēng)能夠順利地被引導(dǎo)進(jìn)入通風(fēng)口。在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)風(fēng)板在許多建筑項(xiàng)目中都取得了良好的效果。某寒冷地區(qū)的辦公建筑，在建筑的外墻上設(shè)置了可調(diào)節(jié)角度的導(dǎo)風(fēng)板。通過調(diào)整導(dǎo)風(fēng)板的角度，成功地引導(dǎo)了夏季主導(dǎo)風(fēng)向的自然風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，增加了通風(fēng)量，降低了室內(nèi)溫度，減少了空調(diào)的使用時間和能耗。在過渡季，利用導(dǎo)風(fēng)板引導(dǎo)自然風(fēng)，使室內(nèi)空氣得到了有效的更新，提高了室內(nèi)空氣質(zhì)量，為辦公人員提供了一個舒適的工作環(huán)境。導(dǎo)流片也是一種常用的導(dǎo)風(fēng)裝置，它通常安裝在通風(fēng)管道或通風(fēng)口內(nèi)部，通過改變氣流的流動方向，使氣流更加均勻地分布。導(dǎo)流片的工作原理是利用其特殊的形狀和排列方式，引導(dǎo)氣流在管道內(nèi)形成穩(wěn)定的流動，減少氣流的紊流和阻力。導(dǎo)流片的形狀有多種，如直板型、弧形、葉片型等，不同形狀的導(dǎo)流片適用于不同的通風(fēng)場景。直板型導(dǎo)流片適用于風(fēng)速較低、氣流較為穩(wěn)定的通風(fēng)管道；弧形導(dǎo)流片則能夠更好地適應(yīng)風(fēng)速較高、氣流變化較大的情況；葉片型導(dǎo)流片可以根據(jù)需要調(diào)整角度，實(shí)現(xiàn)對氣流方向和速度的精確控制。以某寒冷地區(qū)的大型商場為例，在商場的通風(fēng)系統(tǒng)中安裝了導(dǎo)流片。通過合理設(shè)計(jì)導(dǎo)流片的形狀和排列方式，使通風(fēng)系統(tǒng)中的氣流更加均勻地分布到各個區(qū)域，避免了局部區(qū)域通風(fēng)不足或過度通風(fēng)的問題。在冬季，導(dǎo)流片有效地引導(dǎo)了室外冷空氣的進(jìn)入，同時保證了室內(nèi)熱量的合理分布，提高了室內(nèi)的熱舒適性；在夏季，導(dǎo)流片幫助自然風(fēng)更好地進(jìn)入室內(nèi)，帶走室內(nèi)的熱量，降低了室內(nèi)溫度，提高了商場的通風(fēng)效率和顧客的購物體驗(yàn)。導(dǎo)風(fēng)裝置的應(yīng)用還可以與建筑的其他自然通風(fēng)策略相結(jié)合，進(jìn)一步提高自然通風(fēng)效果。在一些建筑中，導(dǎo)風(fēng)板與中庭、通風(fēng)豎井等豎向通風(fēng)通道配合使用，形成了立體的自然通風(fēng)系統(tǒng)。導(dǎo)風(fēng)板將自然風(fēng)引導(dǎo)至中庭或通風(fēng)豎井，然后通過豎向通風(fēng)通道將風(fēng)輸送到各個樓層，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)空氣的全面流通。這種結(jié)合方式不僅提高了通風(fēng)效率，還能夠有效地改善室內(nèi)的熱環(huán)境，減少建筑能耗。3.3.3通風(fēng)控制系統(tǒng)通風(fēng)控制系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)智能化運(yùn)行的核心部分，在寒冷地區(qū)建筑中具有至關(guān)重要的作用。它能夠根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的變化，自動調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開閉，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)與建筑室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化匹配，從而提高自然通風(fēng)的效率和穩(wěn)定性，降低建筑能耗。通風(fēng)控制系統(tǒng)主要由傳感器、控制器和執(zhí)行器三部分組成。傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)外的溫度、濕度、二氧化碳濃度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給控制器。常見的傳感器有溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器、風(fēng)速傳感器等，它們能夠精確地測量環(huán)境參數(shù)的變化?？刂破魇峭L(fēng)控制系統(tǒng)的核心，它接收傳感器傳來的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和算法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后發(fā)出控制指令給執(zhí)行器?？刂破魍ǔ２捎梦⑻幚砥骰蚩删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC），具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和控制功能。執(zhí)行器根據(jù)控制器的指令，控制通風(fēng)口的開閉、導(dǎo)風(fēng)裝置的角度調(diào)節(jié)等，實(shí)現(xiàn)對自然通風(fēng)的精確控制。常見的執(zhí)行器有電動閥門、電動百葉窗、電機(jī)驅(qū)動的導(dǎo)風(fēng)板等，它們能夠快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行控制指令。通風(fēng)控制系統(tǒng)的工作原理基于對室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測和分析。當(dāng)室內(nèi)溫度過高、二氧化碳濃度超標(biāo)或濕度不適宜時，傳感器會將這些信息傳輸給控制器。控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值和控制策略，判斷是否需要開啟通風(fēng)口進(jìn)行自然通風(fēng)。如果需要通風(fēng)，控制器會發(fā)出指令給執(zhí)行器，打開通風(fēng)口，引入室外新鮮空氣，排出室內(nèi)污濁空氣，從而改善室內(nèi)環(huán)境。在通風(fēng)過程中，傳感器會持續(xù)監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的變化，控制器根據(jù)這些變化實(shí)時調(diào)整通風(fēng)口的開度，以保證室內(nèi)環(huán)境始終處于舒適的范圍內(nèi)。當(dāng)室外風(fēng)速過大或過小，不利于自然通風(fēng)時，控制器也會根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整通風(fēng)策略，如關(guān)閉通風(fēng)口或啟動輔助通風(fēng)設(shè)備，以確保通風(fēng)效果和室內(nèi)舒適度。在寒冷地區(qū)，通風(fēng)控制系統(tǒng)需要充分考慮冬季的防寒保暖需求。在冬季，當(dāng)室外溫度過低時，通風(fēng)控制系統(tǒng)會自動減少通風(fēng)口的開啟時間和開度，以避免過多的冷空氣進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度過低。通風(fēng)控制系統(tǒng)還可以與建筑的供暖系統(tǒng)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)與供暖系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行。當(dāng)室內(nèi)溫度較低時，通風(fēng)控制系統(tǒng)會優(yōu)先保證供暖系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少自然通風(fēng)的強(qiáng)度；當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量下降時，通風(fēng)控制系統(tǒng)會在保證室內(nèi)溫度的前提下，適當(dāng)開啟通風(fēng)口，引入新鮮空氣，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。以某寒冷地區(qū)的智能住宅為例，該住宅安裝了先進(jìn)的通風(fēng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中的傳感器實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)外的溫度、濕度、二氧化碳濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器。在夏季，當(dāng)室內(nèi)溫度超過設(shè)定的舒適溫度時，控制器會自動打開窗戶和通風(fēng)口，利用自然通風(fēng)降低室內(nèi)溫度。當(dāng)室外風(fēng)速較小時，控制器會調(diào)整導(dǎo)風(fēng)裝置的角度，增強(qiáng)自然通風(fēng)效果。在冬季，當(dāng)室內(nèi)二氧化碳濃度升高時，控制器會根據(jù)室外溫度情況，合理控制通風(fēng)口的開啟時間和開度，在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時，盡量減少熱量散失。通過通風(fēng)控制系統(tǒng)的精確控制，該住宅實(shí)現(xiàn)了自然通風(fēng)的高效運(yùn)行，降低了建筑能耗，為居住者提供了一個舒適、健康的居住環(huán)境。四、寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)策略的量化分析方法4.1模擬軟件介紹在寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)策略的研究中，模擬軟件是實(shí)現(xiàn)量化分析的重要工具。通過模擬軟件，可以對自然通風(fēng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測不同自然通風(fēng)策略下室內(nèi)氣流組織、溫度分布、通風(fēng)量等參數(shù)的變化情況，為自然通風(fēng)策略的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。以下將詳細(xì)介紹兩款在自然通風(fēng)模擬中常用的軟件：DeST軟件和EnergyPlus軟件。4.1.1DeST軟件DeST（DesignEnvironmentSimulationToolkit）軟件是一款由清華大學(xué)自主研發(fā)的建筑環(huán)境設(shè)計(jì)模擬分析軟件，在建筑領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。該軟件基于計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）、傳熱學(xué)、建筑物理等多學(xué)科原理，能夠?qū)ㄖ臒釢癍h(huán)境、采光、通風(fēng)、能耗等多個方面進(jìn)行全面模擬和分析。DeST軟件具有豐富的功能模塊，其中在自然通風(fēng)模擬方面表現(xiàn)出色。它能夠精確模擬建筑在不同氣候條件下的熱工性能，預(yù)測室內(nèi)溫度分布情況，這對于分析自然通風(fēng)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響至關(guān)重要。通過模擬不同通風(fēng)策略下的室內(nèi)溫度變化，可以評估自然通風(fēng)在降低室內(nèi)溫度、減少空調(diào)能耗方面的效果。DeST軟件還能模擬墻體傳熱系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，為優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高建筑的保溫隔熱性能，減少熱量散失，同時也有助于自然通風(fēng)的有效實(shí)施。在寒冷地區(qū)，冬季需要減少熱量的散失，而夏季則需要防止過多的熱量進(jìn)入室內(nèi)，通過DeST軟件模擬墻體傳熱系數(shù)，可以選擇合適的墻體材料和構(gòu)造方式，滿足不同季節(jié)的需求。在自然通風(fēng)模擬中，DeST軟件的優(yōu)勢在于其對建筑熱環(huán)境的全面模擬能力。它不僅可以模擬自然通風(fēng)的氣流流動情況，還能結(jié)合室內(nèi)外氣象數(shù)據(jù)、室內(nèi)擾量以及室內(nèi)要求溫濕度等因素，綜合分析自然通風(fēng)對室內(nèi)環(huán)境的影響。在模擬過程中，軟件會考慮到建筑的朝向、布局、門窗開啟方式等因素對自然通風(fēng)的影響，從而給出更加準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。DeST軟件在某寒冷地區(qū)住宅項(xiàng)目中的應(yīng)用，通過模擬不同開窗方式和通風(fēng)口位置下的自然通風(fēng)效果，為建筑設(shè)計(jì)提供了優(yōu)化方案。模擬結(jié)果顯示，將臥室窗戶由平開窗改為上懸窗，并調(diào)整通風(fēng)口位置后，室內(nèi)通風(fēng)量增加了20%，室內(nèi)溫度分布更加均勻，熱舒適性得到顯著提高。這表明DeST軟件能夠?yàn)楹涞貐^(qū)建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)提供有力的技術(shù)支持，幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高建筑的自然通風(fēng)效果和能源利用效率。4.1.2EnergyPlus軟件EnergyPlus軟件是由美國能源部支持開發(fā)的一款全能耗模擬軟件，以C++為內(nèi)核，支持跨平臺運(yùn)行，在國際上被廣泛應(yīng)用于建筑能耗模擬和自然通風(fēng)量化分析。該軟件采用集成同步的負(fù)荷/系統(tǒng)/設(shè)備的模擬方法，能夠全面模擬建筑的能量需求和性能。在自然通風(fēng)量化分析中，EnergyPlus軟件的優(yōu)勢尤為突出。它可以模擬從單個房間到整個建筑群的能量使用情況，支持對多種建筑類型（如商業(yè)、住宅、教育等）的模擬，滿足不同建筑項(xiàng)目的需求。EnergyPlus軟件采用先進(jìn)的算法來模擬室內(nèi)外熱交換、空氣質(zhì)量、人工照明、建筑系統(tǒng)和設(shè)備性能以及相關(guān)的能耗。在模擬自然通風(fēng)時，它能夠精確計(jì)算通風(fēng)換氣率，考慮到通風(fēng)開口面積、壓差、空氣密度等因素對通風(fēng)量的影響，通過公式Q=C*A*sqrt((2*ΔP)/ρ)來準(zhǔn)確計(jì)算通風(fēng)量，其中Q是通風(fēng)量（單位：m3/s），C是通風(fēng)系數(shù)，A是通風(fēng)開口面積（單位：m2），ΔP是壓差（單位：Pa），ρ是空氣密度（單位：kg/m3）。該軟件還具備強(qiáng)大的氣象數(shù)據(jù)支持功能，能夠?qū)朐敿?xì)的氣象數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等，使模擬結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。在寒冷地區(qū)，氣象條件復(fù)雜多變，準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)對于自然通風(fēng)模擬至關(guān)重要。EnergyPlus軟件可以根據(jù)不同地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，模擬不同季節(jié)、不同天氣條件下的自然通風(fēng)效果，為建筑設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供更具針對性的建議。在某寒冷地區(qū)的商業(yè)綜合體項(xiàng)目中，EnergyPlus軟件被用于自然通風(fēng)量化分析。通過模擬不同季節(jié)的自然通風(fēng)情況，發(fā)現(xiàn)夏季利用自然通風(fēng)可使室內(nèi)溫度降低3-5℃，空調(diào)能耗降低30%左右；冬季在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下，合理控制自然通風(fēng)量，可減少供暖能耗10%-15%。該案例充分展示了EnergyPlus軟件在自然通風(fēng)量化分析中的應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)榻ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)，幫助業(yè)主實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。四、寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)策略的量化分析方法4.2量化分析指標(biāo)4.2.1通風(fēng)量計(jì)算通風(fēng)量作為衡量自然通風(fēng)效果的關(guān)鍵指標(biāo)，直接關(guān)系到室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性，其計(jì)算方法多種多樣，在寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)策略的量化分析中，基于壓差法和流量系數(shù)法的計(jì)算較為常見。壓差法是一種基于流體力學(xué)原理的通風(fēng)量計(jì)算方法。當(dāng)室內(nèi)外存在壓力差時，空氣會在壓力差的作用下通過通風(fēng)口流動，從而實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。根據(jù)伯努利方程，通風(fēng)量Q（單位：m3/s）與通風(fēng)口面積A（單位：m2）、壓力差\DeltaP（單位：Pa）以及空氣密度\rho（單位：kg/m3）相關(guān)，計(jì)算公式為Q=C_d*A*\sqrt{\frac{2*\DeltaP}{\rho}}，其中C_d為流量系數(shù)，取值范圍通常在0.6-0.8之間，具體數(shù)值取決于通風(fēng)口的形狀和阻力特性。在寒冷地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中，壓差法能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算出自然通風(fēng)的通風(fēng)量。某寒冷地區(qū)的住宅建筑，通過現(xiàn)場實(shí)測得到室內(nèi)外的壓力差為10Pa，通風(fēng)口面積為1m2，流量系數(shù)取0.65，空氣密度為1.2kg/m3，利用壓差法計(jì)算公式可得通風(fēng)量Q=0.65*1*\sqrt{\frac{2*10}{1.2}}\approx2.7m3/s。這一計(jì)算結(jié)果為評估該住宅的自然通風(fēng)效果提供了重要依據(jù)，有助于判斷室內(nèi)空氣的更新速率是否滿足居住者的需求。流量系數(shù)法是另一種常用的通風(fēng)量計(jì)算方法，它主要考慮通風(fēng)口的流量系數(shù)對通風(fēng)量的影響。流量系數(shù)是一個無量綱的參數(shù)，它反映了通風(fēng)口的阻力特性和空氣流動的順暢程度。不同形狀和類型的通風(fēng)口具有不同的流量系數(shù)，例如，圓形通風(fēng)口的流量系數(shù)一般比矩形通風(fēng)口的流量系數(shù)略高；而帶有格柵或百葉窗的通風(fēng)口，由于增加了空氣流動的阻力，其流量系數(shù)會相應(yīng)降低。在實(shí)際工程中，流量系數(shù)法的應(yīng)用較為廣泛。對于某寒冷地區(qū)的公共建筑，在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時，需要確定通風(fēng)口的大小和數(shù)量，以滿足室內(nèi)通風(fēng)需求。通過查閱相關(guān)資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定所選用通風(fēng)口的流量系數(shù)為0.7，根據(jù)室內(nèi)空間大小和人員密度等因素，計(jì)算出所需的通風(fēng)量為10m3/s，利用流量系數(shù)法公式Q=C_d*A*v（其中v為風(fēng)速，單位：m/s），可以反推出通風(fēng)口的面積A=\frac{Q}{C_d*v}。假設(shè)風(fēng)速為3m/s，則通風(fēng)口面積A=\frac{10}{0.7*3}\approx4.76m2。通過這種方式，能夠合理地設(shè)計(jì)通風(fēng)口，確保自然通風(fēng)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。通風(fēng)量對建筑節(jié)能和室內(nèi)環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響。充足的通風(fēng)量能夠有效降低室內(nèi)污染物濃度，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，減少居住者患呼吸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)。通風(fēng)量還能調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度，提高室內(nèi)熱舒適性。在夏季，適當(dāng)?shù)耐L(fēng)量可以帶走室內(nèi)的熱量，降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)的使用時間和能耗；在冬季，合理控制通風(fēng)量可以在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下，減少熱量散失，降低供暖能耗。如果通風(fēng)量過大，可能會導(dǎo)致熱量過度散失，在寒冷地區(qū)的冬季增加供暖負(fù)擔(dān)；通風(fēng)量過小，則無法滿足室內(nèi)通風(fēng)需求，導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量下降，影響居住者的健康和舒適度。因此，在寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確計(jì)算通風(fēng)量并合理控制通風(fēng)量至關(guān)重要。4.2.2節(jié)能率計(jì)算節(jié)能率作為衡量自然通風(fēng)對建筑節(jié)能貢獻(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)，其計(jì)算方法通?；趯Ρ扔袩o自然通風(fēng)情況下的建筑能耗。通過精確計(jì)算節(jié)能率，可以直觀地評估自然通風(fēng)在降低建筑能耗方面的效果，為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和改造提供科學(xué)依據(jù)。節(jié)能率的計(jì)算公式為：節(jié)能率=\frac{E_{no-nv}-E_{nv}}{E_{no-nv}}\times100\%，其中E_{no-nv}表示無自然通風(fēng)情況下的建筑能耗，E_{nv}表示有自然通風(fēng)情況下的建筑能耗。這一公式清晰地反映了自然通風(fēng)對建筑能耗的影響程度，節(jié)能率越高，表明自然通風(fēng)在降低建筑能耗方面的作用越顯著。以某寒冷地區(qū)的辦公建筑為例，在無自然通風(fēng)的情況下，通過建筑能耗模擬軟件計(jì)算得到該建筑全年的供暖和制冷能耗為100000kWh。在采用自然通風(fēng)策略后，通過調(diào)整建筑的開窗方式、通風(fēng)口位置和大小等措施，利用模擬軟件重新計(jì)算得到全年能耗為80000kWh。根據(jù)節(jié)能率計(jì)算公式，該建筑采用自然通風(fēng)后的節(jié)能率為\frac{100000-80000}{100000}\times100\%=20\%。這一結(jié)果表明，通過合理利用自然通風(fēng)，該辦公建筑的能耗降低了20%，充分體現(xiàn)了自然通風(fēng)在建筑節(jié)能方面的重要作用。自然通風(fēng)對節(jié)能率的貢獻(xiàn)受到多種因素的綜合影響。建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能是一個關(guān)鍵因素，良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠減少熱量的傳遞，降低建筑能耗，從而增強(qiáng)自然通風(fēng)對節(jié)能率的貢獻(xiàn)。在寒冷地區(qū)，采用保溫性能好的墻體材料、雙層或三層中空玻璃等，可以有效減少冬季熱量散失和夏季熱量進(jìn)入，使自然通風(fēng)在調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度時更加高效，進(jìn)一步降低能耗。建筑的朝向和布局也會影響自然通風(fēng)的效果和節(jié)能率。合理的建筑朝向可以充分利用自然風(fēng)，優(yōu)化建筑布局能夠減少風(fēng)的阻擋，促進(jìn)自然通風(fēng)的順暢進(jìn)行，從而提高節(jié)能率。周邊環(huán)境因素，如建筑物周圍的地形、綠化等，也會對自然通風(fēng)和節(jié)能率產(chǎn)生影響。如果建筑周圍有高大的山脈或密集的建筑群，可能會阻擋自然風(fēng)的流動，降低自然通風(fēng)效果；而合理的綠化布局可以改善局部微氣候，引導(dǎo)自然風(fēng)的流動，提高自然通風(fēng)效率，進(jìn)而提高節(jié)能率。為了更準(zhǔn)確地計(jì)算節(jié)能率，在實(shí)際應(yīng)用中通常借助建筑能耗模擬軟件，如DeST、EnergyPlus等。這些軟件能夠綜合考慮建筑的各種參數(shù)和氣象條件，精確模擬有無自然通風(fēng)情況下的建筑能耗。通過在軟件中輸入建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況、室內(nèi)人員活動等信息，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，就可以得到不同工況下的建筑能耗數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出自然通風(fēng)的節(jié)能率。利用這些模擬軟件還可以進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，研究不同因素對節(jié)能率的影響規(guī)律，為自然通風(fēng)策略的優(yōu)化提供更深入的指導(dǎo)。4.2.3室內(nèi)熱舒適性指標(biāo)室內(nèi)熱舒適性是衡量室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，直接關(guān)系到居住者的身心健康和生活質(zhì)量。在寒冷地區(qū)，自然通風(fēng)作為一種重要的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)手段，對室內(nèi)熱舒適性有著顯著影響。引入PMV（PredictedMeanVote）和PPD（PredictedPercentageofDissatisfied）等室內(nèi)熱舒適性指標(biāo)，能夠科學(xué)、客觀地評價(jià)自然通風(fēng)對室內(nèi)熱舒適性的改善效果。PMV指標(biāo)是由丹麥技術(shù)大學(xué)的PovlOleFanger教授提出的，它基于人體熱平衡原理，綜合考慮了人體新陳代謝率、服裝熱阻、空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速和相對濕度等六個因素，通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出人體對熱環(huán)境的平均熱感覺投票值。PMV指標(biāo)的取值范圍為-3到+3，其中-3表示冷，-2表示涼，-1表示稍涼，0表示中性，+1表示稍暖，+2表示暖，+3表示熱。PMV指標(biāo)可以預(yù)測人群對熱環(huán)境的平均反應(yīng)，當(dāng)PMV值在-0.5到+0.5之間時，認(rèn)為室內(nèi)熱環(huán)境處于舒適狀態(tài)，大多數(shù)人會感到滿意。PPD指標(biāo)則是基于PMV指標(biāo)計(jì)算得出的，它表示預(yù)計(jì)不滿意人群的百分比。PPD與PMV之間的關(guān)系可以通過公式PPD=100-95*exp(-(0.03353*PMV^4+0.2179*PMV^2))來表示。PPD指標(biāo)的取值范圍為0到100%，PPD值越低，表明對室內(nèi)熱環(huán)境不滿意的人群比例越小，室內(nèi)熱舒適性越好。在寒冷地區(qū)，自然通風(fēng)可以通過多種方式改善室內(nèi)熱舒適性。在夏季，自然通風(fēng)能夠引入室外相對涼爽的空氣，降低室內(nèi)溫度，增強(qiáng)空氣流動，促進(jìn)人體汗液的蒸發(fā)，從而提高人體的散熱效率，使居住者感到更加涼爽舒適。此時，自然通風(fēng)可以有效降低室內(nèi)的PMV值，減少PPD值，提高室內(nèi)熱舒適性。在冬季，雖然室外溫度較低，但合理的自然通風(fēng)可以在保證室內(nèi)供暖效果的前提下，引入室外新鮮空氣，排出室內(nèi)污濁空氣，調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，避免室內(nèi)空氣過于干燥。適當(dāng)?shù)淖匀煌L(fēng)還可以促進(jìn)室內(nèi)空氣的均勻混合，減少局部過熱或過冷的現(xiàn)象，使室內(nèi)溫度分布更加均勻，從而提高PMV指標(biāo)的均勻性，降低PPD值，提升室內(nèi)熱舒適性。以某寒冷地區(qū)的住宅為例，在未采用自然通風(fēng)時，室內(nèi)溫度分布不均勻，部分區(qū)域溫度過高，部分區(qū)域溫度過低，PMV值波動較大，PPD值較高，居住者感覺不舒適。在采用自然通風(fēng)策略后，通過合理設(shè)置通風(fēng)口的位置和大小，使自然風(fēng)能夠均勻地分布在室內(nèi)，室內(nèi)溫度分布更加均勻，PMV值趨于穩(wěn)定，且處于舒適范圍內(nèi)，PPD值顯著降低。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，采用自然通風(fēng)前，室內(nèi)PPD值為30%，采用自然通風(fēng)后，PPD值降低到15%，這表明自然通風(fēng)有效地改善了室內(nèi)熱舒適性，提高了居住者的滿意度。在實(shí)際應(yīng)用中，為了準(zhǔn)確評估自然通風(fēng)對室內(nèi)熱舒適性的影響，可以利用室內(nèi)熱環(huán)境模擬軟件，如EnergyPlus、CFD（計(jì)算流體力學(xué)）軟件等。這些軟件能夠模擬不同自然通風(fēng)策略下室內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度等參數(shù)的分布情況，進(jìn)而計(jì)算出PMV和PPD指標(biāo)，為自然通風(fēng)策略的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。通過調(diào)整通風(fēng)口的位置、大小、開啟時間等參數(shù)，觀察PMV和PPD指標(biāo)的變化，找到最佳的自然通風(fēng)方案，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)熱舒適性的最大化。4.3量化分析流程4.3.1模型建立在利用模擬軟件對寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)進(jìn)行量化分析時，模型建立是首要且關(guān)鍵的步驟，它直接關(guān)系到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。以EnergyPlus軟件為例，其模型建立過程涵蓋建筑幾何形狀、圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置等多個重要方面。在構(gòu)建建筑幾何形狀時，需依據(jù)建筑的實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙，精確確定建筑的外形、尺寸、層數(shù)、房間布局等信息。對于復(fù)雜的建筑形體，可能需要進(jìn)行適當(dāng)簡化，但要確保簡化后的模型能夠準(zhǔn)確反映建筑的主要特征和空間關(guān)系，避免因過度簡化而影響模擬結(jié)果的真實(shí)性。在創(chuàng)建某寒冷地區(qū)的多層住宅模型時，需詳細(xì)定義每層的房間數(shù)量、面積、形狀以及它們之間的連通關(guān)系，同時準(zhǔn)確設(shè)定建筑的長、寬、高尺寸，以保證模型能夠真實(shí)模擬自然通風(fēng)在該住宅內(nèi)部的流動路徑和效果。圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定同樣至關(guān)重要，它直接影響到建筑的熱工性能和自然通風(fēng)效果。圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括墻體、門窗、屋頂?shù)鹊牟牧蠈傩院蜆?gòu)造形式。墻體的傳熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)等參數(shù)，會影響墻體的保溫隔熱性能，進(jìn)而影響室內(nèi)外的熱量傳遞和自然通風(fēng)過程中的熱交換。在寒冷地區(qū)，通常采用保溫性能良好的墻體材料，如加氣混凝土砌塊等，并設(shè)置合適的保溫層厚度。門窗的傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、氣密性等參數(shù)對自然通風(fēng)和室內(nèi)熱環(huán)境也有顯著影響。采用雙層或三層中空玻璃、斷橋鋁窗框等，能夠有效提高門窗的保溫隔熱性能，減少熱量散失，同時保證自然通風(fēng)的正常進(jìn)行。屋頂?shù)谋馗魺嵝阅芡瑯硬豢珊鲆暎刹捎帽鼐聿?、保溫板材等材料，降低屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)。在EnergyPlus軟件中，需準(zhǔn)確輸入這些圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，以確保模型能夠準(zhǔn)確模擬建筑的熱工性能和自然通風(fēng)效果。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置是模型建立的重要環(huán)節(jié)，它涉及通風(fēng)口的位置、大小、開啟方式等參數(shù)的確定。通風(fēng)口的位置應(yīng)根據(jù)建筑的朝向、自然風(fēng)的主導(dǎo)方向以及室內(nèi)空間的功能布局來合理設(shè)置，以保證自然風(fēng)能夠順暢地進(jìn)入室內(nèi)，并在室內(nèi)形成良好的氣流組織。在夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)的寒冷地區(qū)，將主要進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在建筑的東南面，出風(fēng)口設(shè)置在西北面，有利于形成穿堂風(fēng)，提高自然通風(fēng)效率。通風(fēng)口的大小需根據(jù)建筑的空間大小、人員密度、通風(fēng)需求等因素進(jìn)行計(jì)算確定。通過合理計(jì)算通風(fēng)口面積，能夠確保通風(fēng)量滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性的要求，同時避免通風(fēng)量過大導(dǎo)致熱量散失過多或通風(fēng)量過小無法滿足通風(fēng)需求的問題。通風(fēng)口的開啟方式，如平開窗、推拉窗、上懸窗等，也會影響自然通風(fēng)的效果，在模型中需準(zhǔn)確設(shè)定通風(fēng)口的開啟方式和開啟角度。還需考慮通風(fēng)系統(tǒng)與建筑其他部分的協(xié)同作用，如通風(fēng)系統(tǒng)與中庭、通風(fēng)豎井等豎向通風(fēng)通道的連接和配合，以實(shí)現(xiàn)更高效的自然通風(fēng)。4.3.2參數(shù)設(shè)定模擬參數(shù)的設(shè)定是量化分析中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。模擬參數(shù)涵蓋氣象數(shù)據(jù)、室內(nèi)外邊界條件、人員活動強(qiáng)度等多個方面，每個參數(shù)都對自然通風(fēng)模擬有著獨(dú)特的影響。氣象數(shù)據(jù)是模擬自然通風(fēng)的基礎(chǔ)，它為模擬提供了真實(shí)的氣候條件。在寒冷地區(qū)，氣象數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等信息，這些數(shù)據(jù)隨季節(jié)和時間的變化而波動，對自然通風(fēng)效果有著顯著影響。在冬季，寒冷地區(qū)氣溫較低，風(fēng)速較大，風(fēng)向多為西北風(fēng)，這些氣象條件會影響自然通風(fēng)的可行性和通風(fēng)量。在模擬時，需要準(zhǔn)確輸入當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，以確保模擬結(jié)果能夠真實(shí)反映實(shí)際情況。可通過當(dāng)?shù)氐臍庀笳精@取歷史氣象數(shù)據(jù)，或者使用專業(yè)的氣象數(shù)據(jù)處理軟件生成符合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯臍庀髷?shù)據(jù)文件。在EnergyPlus軟件中，可導(dǎo)入典型氣象年（TMY）數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含了全年逐時的氣象信息，能夠?yàn)槟M提供全面的氣候條件。室內(nèi)外邊界條件的設(shè)定對于模擬自然通風(fēng)至關(guān)重要。室內(nèi)邊界條件主要包括室內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度等參數(shù)，這些參數(shù)反映了室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣質(zhì)量狀況。在寒冷地區(qū)的冬季，室內(nèi)通常需要供暖，因此室內(nèi)溫度設(shè)定應(yīng)符合供暖標(biāo)準(zhǔn)，一般為18-22℃。室內(nèi)濕度也需要控制在一定范圍內(nèi)，一般為30%-60%，以保證居住者的舒適度和健康。二氧化碳濃度則是衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，當(dāng)室內(nèi)人員密集時，二氧化碳濃度會升高，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，因此需要通過自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)來降低二氧化碳濃度。在模擬時，需根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)定室內(nèi)邊界條件，以準(zhǔn)確模擬自然通風(fēng)對室內(nèi)環(huán)境的影響。室外邊界條件主要涉及室外空氣的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向以及太陽輻射等參數(shù)。這些參數(shù)隨季節(jié)和時間的變化而變化，直接影響自然通風(fēng)的驅(qū)動力和通風(fēng)效果。在夏季，室外溫度較高，太陽輻射較強(qiáng)，自然通風(fēng)的主要目的是降低室內(nèi)溫度，此時需要考慮室外空氣的冷卻作用和太陽輻射對室內(nèi)得熱的影響。在冬季，室外溫度較低，風(fēng)速較大，自然通風(fēng)需要在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下，盡量減少熱量散失，因此需要準(zhǔn)確設(shè)定室外邊界條件，以模擬自然通風(fēng)在不同季節(jié)的運(yùn)行情況。人員活動強(qiáng)度也是模擬參數(shù)設(shè)定中不可忽視的因素。人員活動會產(chǎn)生熱量、濕氣和二氧化碳等污染物，這些因素會影響室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣質(zhì)量，進(jìn)而影響自然通風(fēng)的需求和效果。在辦公室、會議室等人員密集的場所，人員活動強(qiáng)度較大，產(chǎn)生的熱量和污染物較多，需要更大的通風(fēng)量來維持室內(nèi)的舒適度和空氣質(zhì)量。在模擬時，需根據(jù)不同場所的人員活動情況，合理設(shè)定人員活動強(qiáng)度參數(shù)，以準(zhǔn)確模擬自然通風(fēng)在不同人員活動場景下的作用?？蓞⒖枷嚓P(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和研究數(shù)據(jù)，確定不同人員活動強(qiáng)度下的熱量、濕氣和二氧化碳產(chǎn)生量，并將這些參數(shù)輸入到模擬軟件中。4.3.3模擬結(jié)果分析模擬結(jié)果分析是量化分析流程的核心環(huán)節(jié)，通過對通風(fēng)量分布、溫度場分布、能耗變化等關(guān)鍵指標(biāo)的深入剖析，能夠?yàn)樽匀煌L(fēng)策略的優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)寒冷地區(qū)建筑自然通風(fēng)效果的提升和能源利用效率的提高。通風(fēng)量分布是評估自然通風(fēng)效果的重要指標(biāo)之一，它直接關(guān)系到室內(nèi)空氣的更新速率和空氣質(zhì)量。通過模擬結(jié)果，可以清晰地了解不同區(qū)域的通風(fēng)量大小和分布情況，判斷自然通風(fēng)是否能夠滿足室內(nèi)各個區(qū)域的通風(fēng)需求。在某寒冷地區(qū)的辦公建筑模擬中，若發(fā)現(xiàn)某些房間通風(fēng)量不足，可能是由于通風(fēng)口設(shè)置不合理、建筑布局阻擋了氣流等原因?qū)е碌?。針對這些問題，可以通過調(diào)整通風(fēng)口的位置、大小或優(yōu)化建筑布局等措施，來改善通風(fēng)量分布，確保室內(nèi)各個區(qū)域都能獲得充足的新鮮空氣。還可以分析通風(fēng)量隨時間的變化情況，了解不同時段自然通風(fēng)的運(yùn)行效果，為通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供參考。在過渡季，通風(fēng)量可能會隨著室外風(fēng)速和溫度的變化而波動，通過分析通風(fēng)量的變化規(guī)律，可以合理調(diào)整通風(fēng)口的開啟時間和角度，以充分利用自然通風(fēng)，降低能耗。溫度場分布是反映室內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)鍵指標(biāo)，它對居住者的熱舒適性有著直接影響。通過模擬結(jié)果分析溫度場分布，可以了解室內(nèi)溫度的均勻性和不同區(qū)域的溫度差異。在寒冷地區(qū)的冬季，若室內(nèi)存在局部過熱或過冷的現(xiàn)象，會影響居住者的舒適度。通過分析模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)溫度場分布不均勻的原因，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差異、通風(fēng)氣流組織不合理等。針對這些問題，可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行優(yōu)化，如加強(qiáng)保溫性能較差區(qū)域的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫措施，調(diào)整通風(fēng)口的位置和大小，改善通風(fēng)氣流組織，使室內(nèi)溫度分布更加均勻，提高熱舒適性。還可以分析不同自然通風(fēng)策略下溫度場的變化情況，評估自然通風(fēng)在調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度方面的效果，為自然通風(fēng)策略的選擇和優(yōu)化提供依據(jù)。在夏季，比較不同開窗方式和通風(fēng)時間下的溫度場分布，選擇能夠有效降低室內(nèi)溫度的自然通風(fēng)策略。能耗變化是衡量自然通風(fēng)對建筑節(jié)能貢獻(xiàn)的重要指標(biāo)，通過分析模擬結(jié)果中的能耗數(shù)據(jù)，可以直觀地了解自然通風(fēng)在降低建筑能耗方面的作用。對比有無自然通風(fēng)情況下的建筑能耗，計(jì)算節(jié)能率，評估自然通風(fēng)的節(jié)能效果。在某寒冷地區(qū)的住宅模擬中，采用自然通風(fēng)策略后，建筑的供暖和制冷能耗明顯降低，節(jié)能率達(dá)到了一定水平。進(jìn)一步分析能耗變化的原因，如自然通風(fēng)對空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間和負(fù)荷的影響，以及對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱傳遞的影響等。通過這些分析，可以找出自然通風(fēng)節(jié)能的關(guān)鍵因素，為進(jìn)一步優(yōu)化自然通風(fēng)策略提供方向。還可以分析不同自然通風(fēng)參數(shù)（如通風(fēng)口面積、開啟時間等）對能耗的影響，通過調(diào)整這些參數(shù)，找到最佳的自然通風(fēng)方案，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的最小化。五、案例分析5.1案例選取與介紹5.1.1案例建筑概況本研究選取了位于我國東北地區(qū)某寒冷城市的[具體建筑名稱]作為案例進(jìn)行深入分析。該建筑為綜合性辦公建筑，集辦公、會議、休閑等功能于一體，總建筑面積為[X]平方米，建筑層數(shù)為[X]層，建筑高度約為[X]米。建筑主體采用框架結(jié)構(gòu)，平面布局呈長方形，長約[X]米，寬約[X]米。建筑內(nèi)部功能分區(qū)明確，一層設(shè)置了大堂、接待區(qū)和部分公共服務(wù)設(shè)施；二層至[X-1]層主要為辦公區(qū)域，每層劃分為多個獨(dú)立的辦公空間，通過走廊相互連通；頂層為會議室和休閑區(qū)，配備了大型會議室、休息區(qū)和觀景平臺。建筑的朝向?yàn)檎舷颍@種朝向的選擇旨在充分利用自然采光和通風(fēng)。在建筑的南側(cè)和北側(cè)分別設(shè)置了主要出入口，方便人員進(jìn)出。建筑的外立面采用了玻璃幕墻和保溫墻體相結(jié)合的形式，玻璃幕墻占外立面面積的[X]%，主要分布在建筑的南側(cè)和西側(cè)，以增加自然采光；保溫墻體采用了加氣混凝土砌塊，并設(shè)置了[X]厘米厚的保溫層，有效提高了建筑的保溫隔熱性能。在門窗設(shè)計(jì)方面，建筑采用了斷橋鋁窗框搭配雙層中空玻璃的門窗系統(tǒng)。窗戶類型包括平開窗和上懸窗，平開窗主要設(shè)置在辦公區(qū)域，開啟面積較大，便于通風(fēng)；上懸窗則主要用于衛(wèi)