成都地区利用自然通风的潜力分析

上传者：刘晓芹
|
上传时间：2015-04-22
|
密次下载

成都地区利用自然通风的潜力分析

李琼１孟庆林１赵立华１龚波２

（１．华南理工大学亚热带建筑教育部重点实验室，广州５１０６４０；２．铁道部第二勘测设计院，成都６１００３１）

摘要：传统观念普遍认为成都地区采用自然通风的潜力很小。结合成都地区整体地理、气候特征，从风速、风向、气温、相对湿度、太阳辐射、总云量和日照这些气候条件以及建筑微环境两方面，对该地区利用自然通风的潜力进行深入分析。结果表明，成都地区在春、秋季及夏初具有一定利用自然通风的潜力；盛夏季节宜采用间歇通风；而冬季采暖季节不宜采用自然通风。采用自然通风的建筑要尽量规划在空旷的城郊修建，避开污染源和噪声源，布局和朝向要充分考虑全年主导风向，建筑问保持适当的间距，一般为建筑高度的０．７。１．１倍。关键词：成都地区自然通风潜力

自然通风是利用风压和热压（烟囱效应）两种驱动力进行的通风，是当今生态建筑所普遍采用的一项重要技术措施…。自然通风一方面可以实现有效被动式制冷，在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温

度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，有利于减少能耗，降低污染，符合建筑可持续发展的思想；另一方面可

以提供新鲜、清洁的自然空气（新风），有利于人的生理和心理健康，满足人和自然交往的心理需求。随着“回归自然”成为人们的要求，全球温暖化问题成为世人瞩目的焦点，保护地球资源和环境的可持续发展理论成为许多国家的国策，自然通风将是节约能量、获得热舒适性和保持室内健康环境最经济的选择。ＳＡＲＳ侵袭后，人们更加表现出对健康通风的渴求，自然通风这种健康节能的方式受到前所未有的重视。目前，自然通风在我国诸多地区，尤其在华南片区得到广泛采用，但是在地处西南片区的成都，充分利用自然通风的工程实例却并不多见。

１成都地区地理、气候概况

成都地区位于东经１０４。０１’，北纬３００４０’，地处川西平原东南部，属亚热带湿润季风气候，具有冬暖、春早、夏长、四季分明及降雨多、湿度大、日照少的气候特征，成都地区的四季划分如表１所示。

成都地区四季开始期和持续天数

测站

开始期

成都

（月，日）

３．５

表１

秋

冬

持续天数

７６

春

持续天数

８１

夏

开始期（月，日）

５．２５

持续天数

１１３

开始期（月，日）

９．１５

开始期（月，日）

１１．２５

持续天数

９５

成都地区在我国建筑热工分区中属于夏热冬冷地区。夏热冬冷地区由于纬度较低，丘陵和水网地带较集中造成夏天气候闷热、冬季寒冷，而且夏季往往是静风天气。至于四川、重庆冬天较为暖和，是由于北部有秦岭的阻挡所致。在此地区夏季白天利用全天自然通风在连晴高温天气会造成大量热风侵入室内，引起严重的“过热”。这样导致建筑设计者普遍认为这一地区利用自然通风潜力很小，夏季降温几乎都采用空调。但是建筑能否采用自然通风，不能一概而论。

夏热冬冷地区主要城市夏季高温的比较如表２所示【２Ｊ。从结果可以看出，成都地区虽属夏热冬冷地区，但极端最高温度小于其余城市，且最高气温大于３５℃的天数仅为５天。这说明从气温方面分析，成都地区利用自然通风有一定的潜力。自然通风受地域性气候条件、建筑布局等因素的影响，具有地域性和季节性

作者简介：李琼（１９８０一），女，湖北人，博士研究生

Ｊ７０

成都地区利用自然通风的潜力分析

的特点。因此成都地区建筑采用自然通风的潜力应从成都地域性气候条件和建筑微环境两方面进行分析。

夏热冬冷地区主要城市夏季高温（℃）的比较

城市上海杭州南京合肥南昌武汉长沙成都重庆

极端最高气温

３９．４３９．９３９．７３９．１４０．１３９．３３９．０３６．７４１．９

表２

日最高气温≥３５。Ｃ年Ｅｔ数（天）

８．７２１．９１５．８１６．３２７．７２１．０２９．９５．Ｏ２５．Ｏ

２成都地区利用自然通风的气候潜力分析

参照国家气象中心１９７１～２０００年实测记录３０年整编的气象数据【３Ｊ３，取３０年是按照世界气象组织规定的能够反映一地气候特征的时间段。自然通风气候潜力分析所需气候数据一般包括：风速、风向、气温、相对湿度、太阳辐射以及总云量和日照。

２．１风速和风向

风速和风向是描速风特征的两个要素。风速的大小常作为建筑设计初期考虑能否采用自然通风的关键因素。气候统计资料显示，成都年平均风速为１．２ｍ／ｓ，年最多风向为№ｉＥ（北东北）。表３给出了成都地区１９７１～２０００年，３０年累年按月值统计的风速和风向。分析可得出，月平均风速为０．８一１．４ｍ／ｓ，全年主导风向是ＮＮＥ和Ｎ（北风）。由于成都全年风速较小，使合理优化建筑风环境，引导自然通风进入居住区显得格外重要。这就对成都采用自然通风建筑在布局和间距上有严格的限制。文献［２］表明对于年平均风速小于２ｍ／ｓ的地区，建筑密集地风速要比郊区小１５％一３０％。因此，成都地区采用自然通风的建筑要尽量安排在空旷的城郊修建，降低城市建筑群对风速的削减作用，这也符合成都以及各大城市向延线发展的趋势，其

次建筑布局和朝向要充分考虑全年主导风向，便于自然通风的引入，且建筑间保持适当的间距，一般来讲，

在综合考虑了风向投射角与房间中风速、风场和涡漩的关系上，房屋间距应该为建筑高度的０．７～１．１倍【４Ｊ。

成都地区１９７１—２０００年３Ｄ年累年月平均风速（ｎＶｓ）和月最多风向

月份各月平

０．９

１．Ｏ

１．２

１．３

１．４

１．３

１．１

１．２

ｌ

表３

１０

２

３４５６７８９１ｌ１２

Ｏ．９０．９０．８

均风速各月最多风向

ＮＮＥＮＮＥＮＮＥＮＮＥＮＮＥＮ

Ｎ

ＮＮＥＮＮＥ

Ｎ陋

ＮＮＥ

２．２气温和相对湿度

气温和相对湿度是关系到自然通风建筑热舒适性的重要因素。其中气温尤为重要，因为气温直接影响人体与外界发生的热交换，并且相对湿度在气温较高时对热舒适产生显著的影响【５Ｊ。

据３０年累年气象资料统计可知，成都地区年平均气温１６．Ｉ。Ｃ，气温年较差１９．６。Ｃ，年极端最高气温３６．７℃，年极端最低气温一５．９６Ｃ，年平均相对湿度８２％。３０年累年按月值统计的气温、相对湿度及四季典

１７１

泛亚热带地区可持续建筑设计与技术

型月（１、４，７、１０月）日较差大小见表４。图ｌ给出了成都３０年累年月平均湿度变化趋势，由图可知成都地区月平均相对湿度都在７５％以上，且变化幅度很小。湿度大给成都自然通风应用带来了严峻的挑战，也是成都建筑设计者普遍不采用自然通风除了风速小外的另一个主要原因。

成都地区１９７１—２０００年３０年累年月平均气温（℃）、相对湿度（％）及四季典型月日较差（℃）

月份ｌ表４１２

７．１２７．５３１１．５４５２１．Ｏ６２３．７７８９２１．２１０１７．Ｏ１ｌ１２．１月平均气温

月极端

最高气温

月极端

最低气温

各月平均相

对湿度（％）

四季典型

月日较差５．６１６．７２５．２２５．Ｏ１７．５２２．５２８．１３２．８３４．９３５．２３５．３３６．７３５．８２９．１２４．５１８．Ｏ—３．９—２．８一１．２２．１７．４１３．２１６．８１６．５１２．６３．２一ｌ一５．９８３８ｌ７９７８７６８ｌ８６８５８５龉８３８４７．２８．９７．７５．８

＾

桨

ｖ

越

列

嚣

罂

罟吕％踞配鲫他％＂

图１成都地区３０年累年月平均湿度变化趋势

通过对表４中累年月平均温度的分析，可得到：

（１）冬季（１１月末一２月末）：月平均温度在５—８＇ｔ３之间。１月平均温度５．６℃为全年最低，虽然由于地形屏障的影响使这个温度高于大部分夏热冬冷地区１月平均温度，但由于成都地区冬季日照率低，湿度大，使得这～地区冬季具有阴冷潮湿的特点№ｊ，此时仍属采暖季节，增强围护结构气密性防止热损失是冬季采暖节能的关键，而采用自然通风在冬季不但会带走室内热量，还会引起强烈的风感，所以成都地区不具备冬季自然通风潜力。?

（２）春季（３月初一４月末）：月平均温度１１一１７℃，气候温和，但相对湿度接近８０％。虽然相对湿度过高会引起人的不舒适，但热舒适大量研究结果表明，温度高于２８℃时，潮湿感才相对显著［５］５。因此成都地区春季具有一定利用自然通风这种节能通风方式改善室内热环境的潜力。

（３）夏季（５月中旬一８月末），月平均温度２０—３０℃。夏初（５月初。６月），月平均温度２０。２４℃，５月初温度仍相对温和，自然通风仍可作为通风降温方式。进入６月温度上升，为了克服相对湿度对人体热舒适的影响，可采用加大室内风速来改善湿度和温度对热舒适的影响。盛夏（７—８月），月平均温度近２６。Ｃ，７、８月虽说是成都全年降水最丰富的月份，但是成都地理环境促成成都夏季潮湿闷热的盆地热效应极为突出【６Ｊ。１９９０年以来，尤其是西部大开发的几年，随着成都城市人口的大幅增加，建筑物面积与道路面积增加及工业的迅猛发展，成都地区夏季降水明显减少，温度攀升【７ｌ，使得盛夏成都地区的气候表现出夏热冬冷地区盛夏气候的共性，并受湿度影响出现“高温、高湿”天气。大量实测结果表明［２｜，夏热冬冷地区盛夏在连晴高温天１７２

成都地区利用自然通风的潜力分析

气中，夜间和清晨室外气温低，风速小，多为静风。白天特别是午后室外气温高时，风速也大。室外风速变化规律与室外气温基本相同。这种室外风速的日变化规律导致成都盛夏全天持续自然通风，会使白天特别是午后室外热空气大量侵入室内，造成室内气温紧随室外气温迅速上升，室内大量蓄热，室内热环境恶化。到了夜间和清晨，不能将室外冷空气大量送入室内，室内蓄热不能很快清除，气温居高不下。因此，成都盛夏适宜间歇通风而不是全天持续自然通风。所谓间歇通风旧Ｊ即白天特别是午后室外气温高于室内时，关闭外门窗，在保证卫生条件下限制通风，避免热风侵入，遏制室内空气上升，减少室内蓄热；在夜间和清晨室外气温下降，低于室内时强化通风，加快排除室内蓄热，降低室内气温。对于热舒适要求不严格的场合，可采用白天限制通风、夜间和清晨自然通风即“间歇自然通风”并相应增大室内风速的方式。用于增加室内风速的装置主要是电扇。然而，在大多数对热舒适要求严格的场合空调仍是成都地区这段时间的降温首选，此时建筑采取相应隔热遮阳措施来降低空调能耗是必要的。近年来在夏热冬冷地区夏季采用间歇机械通风降低蓄热逐步受到关注【２Ｊ２。间歇机械通风即为白天限制通风、夜间和清晨用通风扇强化通风的方式，它与间歇自然通风方式同属间歇通风。采用间歇机械通风，可省去室内电扇，它既可提供所需的风速，又能消除室内蓄热，降低室内气温，减少空调运行时间，投资和消耗与电扇相当，会受到广大居民的欢迎。但采用此种通风方式时，要注意降低通风扇噪声，并加强住宅区域的换气，避免住宅区处于城市热岛中【２］２。

（４）秋季（９月中旬一１０月末），月平均温度１６～２２℃。由于初秋季节上空有时有副热带暖高压维持，造成温度相对较高，但湿度对人体的影响小于盛夏，此时自然通风同样具有潜力。

通过对四季典型月日较差分析，夏季７月日较差为７．７℃，春季气温的日较差最大，为８．９℃，秋、冬较小。参考文献Ｅｓ］对北京、上海两地公寓建筑夜间通风试验结果分析，可说明，尽管成都湿度大，但昼夜温差小，采用夜间通风出现结露的可能性反而小，但同时它也使得夜间通风对次日白天自然通风热舒适性改善效果不明显。然而对于白天采用空调的建筑，在确保安全情况下开窗进行夜间通风也是减小白天冷负荷的可行方式。

２．３太阳辐射

太阳辐射是地球上热量的主要来源，是决定气候的主要因素。太阳辐射由直接辐射和天空散射辐射组成。成都年太阳平均总辐射量３４４０．４８Ⅲ／ｍ２，月平均总辐射量如表５所示。由表可知，成都７、８月辐射量最高，１２月最低，春秋升降变化显著，特别是受秋雨的影响，９月起急剧减小。这同月平均温度分析时情况相符。

成都地区１９７１～２０００年３０年累年各月平均太阳总辐射■（Ｏ．０１川／秤ｌ

月份

各月平均

太阳总辐射

月份

各月平均

太阳总辐射ｌ２３４５襄５６１５∞ｌ７１７４２２２７５３ｌ３６５黯ｌＯ４１４９９４１０２５８９ｌｌ１２４２７８３４２４６ｌ２７８５４２１５２１１６２卯１３８６６

２．４总云量和日照

云量和日照，影响到地面和大气之间的辐射平衡和热量平衡，因而在一定程度上决定着当地气温的变化和气候干湿情况归ｊ。四川盆地西南地区的总云量为我国云量最多中心，成都年平均总云量达８．４成。四川也是我国日照最少的地区，成都全年日照时数为１０７３．２ｈ，全年日照百分率为２４％。成都地区３０年累年月值平均总云量、平均日照时数、日照百分率见表６。

成都地区云量多、日照少的特点，使得这一地区降水相对丰富、全年气温不致过高，这也为在这一地区采用自然通风提供了契机。１７３

泛亚热带地区可持续建筑设计与技术

成都地区１卯１—２０００年３０年累年月值平均总云■、平均日照时数、日照百分率

月

份

ｌ

２

３

４

表６

１１

１２

５６７８９ｌＯ

各月平均总云量（成）各月日照时数（ｈ）各月日照百分率（％）

８．１

８．８

８．８８．４８．５８．６８．１７．５８．９９．ｏ８．４８．１

５３．３５１．４８３．１１１３．９１２１．７１１７．２１３１．９１５５．０７７．６５９．４５７．２５１．６

１７１７２３３０

２９

２８

３１

３８

２ｌ１７１８１６

３利用自然通风的建筑微环境分析

建筑微环境包括建筑周围风速分布及气温分布、城市地形与布局、建筑内部布置、建筑高度、室外噪声

水平及室外污染等ｕ…。建筑微环境对自然通风的影响很复杂。在自然通风建筑的设计初期，对建筑与邻近建筑群布局间的风环境优化对于自然通风引入非常重要。自然通风一般把窗户作为开口，开窗位置离噪声源和污染源的距离也是自然通风设计考虑的重点，特别是开窗位置对主导风向和噪声源及污染源之间发生冲突时怎样权衡才能在避免污染和噪声的同时发挥自然通风潜力逐渐引起研究者的关注【１１】。目前，计算流体力学（ＣＦＤ）和建筑能耗分析商业软件应用到建筑微环境分析中，为自然通风建筑的整体规划和通风策略的合理性和可靠性提供了可行性预测。

４结论

相对湿度大、风速小给成都地区建筑利用自然通风带来了严峻的挑战，但提供节能与健康的通风始终是建筑行业追求的目标。要发掘成都地区自然通风潜力，就需要克服湿度和风速这两大难题。通过以上对成都地区气候和建筑微环境的分析，可得出以下２点结论，以此可作为建筑设计者在发掘成都地区建筑自然通风潜力时的参考。

（１）成都地区全年月平均相对湿度有７５％的时间高于８０％，但相对湿度对人体热舒适的影响在温度高于２８℃时才有明显表现，所以应针对不同季节气候特点对自然通风的潜力进行分析，最大程度地发挥自然通风的潜力，在客观条件允许下尽量减少盛夏对空调的使用。成都地区建筑全年自然通风潜力分析结果见表７。

成都地区建筑全年自然通风潜力分析结果

冬

季节

１１月末一２月末

月平均温度（℃）月平均风速（ｎｌ／ｓ）月主导风向

５～８０．９ＮＮＥ

衰７

秋

盛夏：７．８月