安法潤(rùn)，陸萬(wàn)鵬，*，劉吉營(yíng)，2，苗紀(jì)奎，孔昊辰

(1.山東建筑大學(xué) 熱能工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東格瑞德集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000；3.山東建筑大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；4.山東建大和盛建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)高校宿舍的通風(fēng)換氣大多采用自然通風(fēng)的方式，由于冬季氣溫較低，宿舍人員為了減少熱量耗散選擇少開(kāi)窗或者不開(kāi)窗，這嚴(yán)重影響了宿舍空氣的流通，導(dǎo)致宿舍通風(fēng)量和環(huán)境狀況并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[1]。宿舍通風(fēng)量過(guò)低對(duì)于呼吸道疾病的傳播有顯著影響[2]，利用自然通風(fēng)可以大大改善冬季宿舍室內(nèi)環(huán)境[3]。陽(yáng)臺(tái)會(huì)影響室內(nèi)外氣流廓線和室內(nèi)空氣流速，從而改變室內(nèi)熱舒適性。高校宿舍作為人員相對(duì)密集的住所，通風(fēng)量的微弱變化更容易影響室內(nèi)人員的學(xué)習(xí)和生活。李崢嶸等[4]通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)模擬研究了陽(yáng)臺(tái)對(duì)低層建筑自然通風(fēng)的影響，表明對(duì)單側(cè)通風(fēng)建筑迎風(fēng)面房間，陽(yáng)臺(tái)能夠提高某些房間的自然通風(fēng)性能，而對(duì)背風(fēng)面房間的自然通風(fēng)會(huì)產(chǎn)生不利影響。張潔等[5]利用有限元分析軟件ANSYS Fluent對(duì)有無(wú)陽(yáng)臺(tái)的公寓進(jìn)行了氣流組織和換氣次數(shù)的模擬，表明公寓陽(yáng)臺(tái)對(duì)來(lái)流的空氣有一定程度的阻礙作用。皮魁升[6]研究了夏熱冬暖地區(qū)典型陽(yáng)臺(tái)類(lèi)型對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)的影響，指出房間內(nèi)的通風(fēng)效果與風(fēng)向角及陽(yáng)臺(tái)的敞開(kāi)情況密切相關(guān)。IZADYAR等[7]研究表明陽(yáng)臺(tái)深度對(duì)平均室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響顯著依賴于建筑的朝向。

PHOENICS是典型計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，可用于求解三維空間可壓縮及不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。CONTAM是多區(qū)域室內(nèi)空氣質(zhì)量和通風(fēng)分析軟件，通過(guò)模擬可以確定建筑物的通風(fēng)量、污染物濃度和個(gè)體暴露。王長(zhǎng)鵬[8]采用PHOENICS軟件模擬不同面積房間的分散式與集中式外窗布局下的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的效果，模擬結(jié)果表明在窗墻比固定的情況下，分散式布窗的通風(fēng)效果優(yōu)于集中式布窗。HAN等[9]將CFD風(fēng)環(huán)境模擬、CONTAM多區(qū)域氣流模擬和EnergyPlus能耗模擬軟件相結(jié)合，比較不同空氣滲入率計(jì)算方法對(duì)建筑能量模擬的準(zhǔn)確性，指出在能源模擬中，應(yīng)選擇CFD多區(qū)域耦合方法估計(jì)滲透率，以考慮建筑結(jié)構(gòu)、天氣剖面、周?chē)匦魏驼诒涡Ч膹?fù)雜性。HERRING等[10]將CONTAM多區(qū)域建筑模擬工具與室外分散模型相結(jié)合，評(píng)估風(fēng)壓輸入的保真度及室內(nèi)模型的復(fù)雜度如何影響研究大樓的預(yù)測(cè)換氣率?？梢钥闯?，許多研究采用了將CONTAM與其他軟件相結(jié)合的方法。

雖然前人做了很多研究，但是目前關(guān)于陽(yáng)臺(tái)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)影響的研究數(shù)據(jù)不足，難以支持對(duì)陽(yáng)臺(tái)進(jìn)行合理的改進(jìn)[11]。關(guān)于高校宿舍陽(yáng)臺(tái)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)以及環(huán)境影響的研究更少[12]，而此類(lèi)建筑人口密度較高，更應(yīng)獲得一定的關(guān)注。在將CONTAM應(yīng)用于氣流模擬時(shí)，需要準(zhǔn)確的風(fēng)壓系數(shù)，PHOENICS可以提供這些參數(shù)，同時(shí)PHOENICS需要CONTAM所得風(fēng)速參數(shù)。因此，文章以高校宿舍為切入點(diǎn)，旨在通過(guò)PHOENICS仿真模擬和CONTAM通風(fēng)模擬相結(jié)合，重點(diǎn)探究高校宿舍陽(yáng)臺(tái)、宿舍位置、樓間距等因素對(duì)室內(nèi)通風(fēng)影響，及陽(yáng)臺(tái)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響。

1 研究方法

1.1 耦合模擬策略

利用軟件CONTAM進(jìn)行通風(fēng)模擬時(shí)，需要準(zhǔn)確的氣象參數(shù)以及風(fēng)壓系數(shù)文件。使用PHOENICS進(jìn)行室外風(fēng)環(huán)境模擬可以得出建筑表面風(fēng)壓，為CONTAM提供風(fēng)壓系數(shù)文件。使用PHOENICS進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境模擬時(shí)，需要準(zhǔn)確的入口邊界條件，包括風(fēng)量和風(fēng)速，可以由CONTAM計(jì)算得出。所以文章將PHOENICS和CONTAM進(jìn)行耦合，室內(nèi)環(huán)境模擬耦合策略如圖1所示。

圖1 室內(nèi)環(huán)境模擬耦合策略圖

具體流程為(1)建立PHOENICS宿舍建筑全尺度模型，模擬室外風(fēng)環(huán)境，得出不同房間的風(fēng)壓系數(shù)；(2)將風(fēng)壓系數(shù)作為必要參數(shù)輸入CONTAM，結(jié)合其他參數(shù)設(shè)置，模擬得出宿舍通風(fēng)量結(jié)果，分析通風(fēng)量結(jié)果，得出陽(yáng)臺(tái)對(duì)宿舍通風(fēng)的影響；(3)將CONTAM軟件模擬所得風(fēng)量和風(fēng)速作為PHOENICS宿舍內(nèi)部環(huán)境模擬的邊界條件，得出陽(yáng)臺(tái)對(duì)宿舍內(nèi)部環(huán)境的影響。

1.2 理論基礎(chǔ)

1.2.1 PHOENICS理論基礎(chǔ)

PHOENICS軟件是模擬傳熱、流動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)、燃燒過(guò)程的通用CFD軟件，可用于求解三維空間不可壓縮的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。

PHOENICS模擬基本控制方程為納維－斯托克斯(N－S)方程，由式(1)表示為

式中φ為待求變量，如溫度、速度等；ρ為密度，kg/m3；u為各個(gè)方向的速度，m/s；Γφ為對(duì)流項(xiàng)；Sφ為源項(xiàng)；t為時(shí)間，s。

室外風(fēng)環(huán)境以及室內(nèi)空氣流動(dòng)均為湍流流動(dòng)，應(yīng)用RNG k－ε模型，其k－ε兩方程由式(2)和(3)表示為

式中k為湍動(dòng)能；ak＝aε＝1.39；μeff為擴(kuò)散系數(shù)；Gk為平均速度梯度引起的k的產(chǎn)生項(xiàng)；ε為紊動(dòng)能耗散率；C′1ε為產(chǎn)生項(xiàng)的系數(shù)，由時(shí)均應(yīng)變率等計(jì)算得到；C2ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取1.68。

1.2.2 CONTAM理論基礎(chǔ)

CONTAM是多區(qū)域室內(nèi)空氣質(zhì)量和通風(fēng)分析軟件，旨在幫助確定建筑物的通風(fēng)量、污染物濃度和個(gè)體暴露。氣流包括建筑系統(tǒng)滲透、排出和房間之間的氣流速率和壓力差，可以是機(jī)械通風(fēng)、風(fēng)壓引起的空氣流動(dòng)、熱壓引起的空氣流動(dòng)。CONTAM軟件能夠計(jì)算建筑物通風(fēng)量隨時(shí)間的變化，評(píng)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)滲透率的影響，評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣質(zhì)量控制技術(shù)。

CONTAM軟件采用瞬態(tài)模擬，由質(zhì)量守恒定律得其控制方程由式(4)表示為

式中Vi為區(qū)域i的體積，m3；mi為區(qū)域i空氣的質(zhì)量，kg；Fji為區(qū)域j和i之間的流量，從j流入i為正值，從i流入j為負(fù)值，kg/s；ρi為區(qū)域i的空氣密度，kg/m3。

在CONTAM軟件模擬過(guò)程中，流體流動(dòng)由伯努利方程控制，假設(shè)房間溫度保持不變，同時(shí)考慮風(fēng)壓和熱壓的影響，則房間內(nèi)外壓力變化由式(5)表示為

式中ΔPij為房間區(qū)域內(nèi)外壓力差；Pi、Pj分別為區(qū)域i和區(qū)域j的總壓，Pa；ΔPs為兩區(qū)域的熱壓差值，Pa；ΔPw為兩區(qū)域的風(fēng)壓差值，Pa。

由PHOENICS模擬得出建筑外表面壓力后，研究中使用的風(fēng)壓系數(shù)由式(6)表示為

式中ΔP為建筑外表面風(fēng)壓差，Pa；CP為風(fēng)壓系數(shù)；u0為參考高度處風(fēng)速，m/s。

1.3 PHOENICS模擬

1.3.1 宿舍樓全尺寸模型

宿舍建筑周?chē)娘L(fēng)環(huán)境由PHOENICS模擬得到，進(jìn)而得出建筑表面的風(fēng)壓。建立3棟宿舍樓全尺寸模型，中間一棟為研究對(duì)象，每棟建筑高H為18 m、寬W為15 m、東西長(zhǎng)L為80 m、邊界距離建筑均為15H?？紤]宿舍樓之間的間距對(duì)室外風(fēng)環(huán)境的影響，設(shè)計(jì)了3種不同樓高(H)與樓間距(D)之比的模型，分別為1∶1、1∶2、1∶3。宿舍樓全尺寸模型及網(wǎng)格劃分如圖2所示。

圖2 宿舍樓PHOENICS全尺寸模型圖

1.3.2 宿舍房間模型

宿舍內(nèi)部模型分為有陽(yáng)臺(tái)和無(wú)陽(yáng)臺(tái)兩種類(lèi)型，宿舍整體尺寸均6.0 m×3.2 m×3 m(長(zhǎng)×寬×高)，其中陽(yáng)臺(tái)面積為4.8 m2。門(mén)為關(guān)閉狀態(tài)，滲透通風(fēng)為門(mén)下方設(shè)置的面積較小的開(kāi)口。外窗分為兩部分，一部分設(shè)置為入口邊界，另一部分設(shè)置為無(wú)風(fēng)速開(kāi)口。內(nèi)窗設(shè)置為1 m×0.1 m。房間內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)鑄鐵散熱器，每臺(tái)散熱器整體高為55 cm、寬為35 cm、厚度為10 cm。每臺(tái)散熱器距離地板20 cm，距離墻壁10 cm。宿舍房間模型及網(wǎng)格劃分如圖3所示。

圖3 某典型宿舍模型圖

1.3.3 參數(shù)設(shè)置

室外風(fēng)環(huán)境模擬風(fēng)速采用濟(jì)南冬季室外平均風(fēng)速2.9 m/s，考慮不同來(lái)流方向?qū)ㄖ砻骘L(fēng)壓的影響，研究對(duì)來(lái)流方向?yàn)?°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°和330°等12種工況進(jìn)行了模擬，得到來(lái)流方向不同時(shí)建筑周?chē)L(fēng)環(huán)境以及建筑表面風(fēng)壓。以30°風(fēng)速方向?yàn)槔?，一層?xùn)|南位置某房間外墻表面風(fēng)壓系數(shù)，如圖4所示。

圖4 一層?xùn)|南側(cè)宿舍外墻表面風(fēng)壓系數(shù)圖

宿舍內(nèi)部環(huán)境模擬時(shí)室外溫度設(shè)定為0℃，散熱器表面溫度為60℃。外窗入口設(shè)置4種開(kāi)窗面積分別為0.044、0.088、0.132、0.176 m2；開(kāi)口設(shè)置4種開(kāi)窗面積分別為0.052、0.104、0.156、0.208 m2；對(duì)應(yīng)不同外窗開(kāi)窗寬度(Window Width，WW)分別為0.08、0.16、0.24、0.32 m。用CONTAM模擬所得風(fēng)速為:有陽(yáng)臺(tái)時(shí)0.16～0.24 m/s，平均風(fēng)速為0.21 m/s；無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)0.24～0.30 m/s，平均風(fēng)速為0.29 m/s。入口風(fēng)速有陽(yáng)臺(tái)時(shí)設(shè)置為0.21 m/s，無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)設(shè)置為0.29 m/s。內(nèi)墻傳熱系數(shù)為1.557 W/(m2·K)，外墻傳熱系數(shù)為0.548 W/(m2·K)。

1.4 CONTAM模擬

1.4.1 宿舍樓模型

CONTAM軟件中宿舍模型同樣為有陽(yáng)臺(tái)和無(wú)陽(yáng)臺(tái)兩種類(lèi)型，每種工況宿舍尺寸相同，宿舍樓模型如圖5所示。有陽(yáng)臺(tái)房間的氣流通道為門(mén)、內(nèi)窗和外窗，無(wú)陽(yáng)臺(tái)房間的氣流通道為門(mén)和窗。門(mén)窗均采用雙向流路徑，樓梯間設(shè)計(jì)單向流的孔口路徑。每棟樓有6層，每層有56個(gè)房間，其中包括活動(dòng)室和學(xué)生宿舍。文章重點(diǎn)研究學(xué)生宿舍的通風(fēng)狀況，簡(jiǎn)化了模型，并將房間分為6個(gè)區(qū)域，具體劃分如圖5(b)所示。

圖5 宿舍樓CONTAM模型圖

1.4.2 參數(shù)設(shè)置

房間溫度設(shè)定為20℃。氣象參數(shù)按照GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求[13]，風(fēng)速設(shè)置同1.3.3，風(fēng)向采用冬季最多方向E[13]。雙向流路徑時(shí)，流動(dòng)指數(shù)為0.78，外窗開(kāi)度寬度為0.08 m。CONTAM中所需要的風(fēng)壓由式(6)計(jì)算得出，同一區(qū)域的風(fēng)壓文件相同。

1.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

研究結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)方面:(1)宿舍人員密度≤0.4人/m2，最小新風(fēng)量為26 m3/h[13]，宿舍為自然通風(fēng)，新風(fēng)量等同于通風(fēng)量，默認(rèn)為4人間時(shí)，通風(fēng)量不宜≤104 m3/h；(2)冬季宿舍熱舒適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要為溫度，供暖室內(nèi)溫度不低于18℃[13]。

1.6 模擬驗(yàn)證

1.6.1 PHOENICS全尺寸驗(yàn)證

參照MENG等[14]的研究進(jìn)行模擬以驗(yàn)證PHOENICS全尺寸模型邊界條件和參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性。對(duì)于計(jì)算區(qū)域的大小，橫向邊界和頂部邊界距離建筑設(shè)置5H以上，入口邊界與建筑之間的距離設(shè)置為與風(fēng)洞內(nèi)光滑地面覆蓋的迎風(fēng)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，出流邊界應(yīng)與建筑物保證10H以上的距離。對(duì)比分析如圖6(a)所示，模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均誤差低于8%，驗(yàn)證了全尺寸數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

1.6.2 PHOENICS室內(nèi)模擬驗(yàn)證

參照HORIKIRI等[15]的研究進(jìn)行模擬驗(yàn)證PHOENICS室內(nèi)模型邊界條件和參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性。在其研究中，引入熱舒適溫度Tcomfort來(lái)評(píng)價(jià)房間的熱舒適，并將結(jié)果統(tǒng)一成無(wú)量綱數(shù)值θ以便比較，對(duì)比分析如圖6(b)所示，模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均誤差低于5%，驗(yàn)證了室內(nèi)環(huán)境模擬的準(zhǔn)確性。

1.6.3 CONTAM模擬驗(yàn)證

CONTAM通風(fēng)模擬部分參照Z(yǔ)HU等[16]的研究進(jìn)行驗(yàn)證。選擇低通風(fēng)量建筑中的3個(gè)房間，分別比較了關(guān)閉門(mén)窗、只開(kāi)門(mén)、只開(kāi)窗3種情況下的通風(fēng)量，比較結(jié)果如圖6(c)所示。模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均誤差低于7%，驗(yàn)證了研究邊界條件和參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步模擬奠定了基礎(chǔ)。

圖6 實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比圖

2 模擬結(jié)果及分析

2.1 陽(yáng)臺(tái)對(duì)宿舍通風(fēng)量的影響

有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)不同房間的通風(fēng)量狀況如圖7所示。有陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍通風(fēng)量明顯低于無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)，這可能是內(nèi)墻對(duì)氣流組織的影響。有陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍的最大、最小通風(fēng)量分別為75.34、56.19 m3/h；無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍最大、小通風(fēng)量分別為94.61、81.83 m3/h。有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)最大通風(fēng)量均不滿足室內(nèi)通風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)，這可能跟開(kāi)窗大小有關(guān)。兩種情況下，最大通風(fēng)量均在7:00左右，最小通風(fēng)量在16:00—18:00。有陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍24 h通風(fēng)量的變化程度大于無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)。有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)通風(fēng)量的差值如圖8所示，在通風(fēng)量最大的時(shí)刻，有無(wú)陽(yáng)臺(tái)通風(fēng)量差值最小；相反，在通風(fēng)量最小的時(shí)刻，該差值最大。不同位置的房間有無(wú)陽(yáng)臺(tái)的通風(fēng)量差值不同，東北側(cè)房間通風(fēng)量差值大于西北側(cè)房間。

圖7 有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)三樓西北側(cè)房間的通風(fēng)量圖

圖8 東北和西北側(cè)房間有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)通風(fēng)量之差圖

2.2 宿舍建筑特征對(duì)通風(fēng)量的影響

2.2.1 宿舍位置對(duì)通風(fēng)量的影響

受盛行風(fēng)向以及建筑布局等因素的影響，同一樓層不同位置房間的通風(fēng)量有所不同。如圖9所示，有陽(yáng)臺(tái)時(shí)不同位置的宿舍通風(fēng)量的差別較大，其中東北和西南位置的宿舍通風(fēng)量最大，平均通風(fēng)量為64.3 m3/h；正北和正南位置的宿舍通風(fēng)量最小，平均通風(fēng)量為60.87 m3/h。無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)不同位置的宿舍通風(fēng)量的差別較有陽(yáng)臺(tái)時(shí)小，其中正北和正南位置的宿舍通風(fēng)量最大，平均通風(fēng)量為91.24 m3/h；東北和西南位置的宿舍通風(fēng)量最小，平均通風(fēng)量為88.76 m3/h。在建筑對(duì)角位置的宿舍通風(fēng)量大致相同。由上可知，陽(yáng)臺(tái)對(duì)于南北側(cè)宿舍通風(fēng)量的影響最大，對(duì)東北側(cè)和西南側(cè)宿舍通風(fēng)量的影響最小。受盛行風(fēng)的影響，東北、西南側(cè)宿舍室內(nèi)外壓差較大，這在一定程度上削弱了陽(yáng)臺(tái)對(duì)氣流的阻礙作用。而南北側(cè)宿舍受到相鄰建筑的影響，盛行風(fēng)受阻擋，導(dǎo)致室內(nèi)外壓差較小，陽(yáng)臺(tái)對(duì)通風(fēng)量的影響較為明顯。

圖9 不同位置房間有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)的通風(fēng)量箱形圖

2.2.2 宿舍樓層對(duì)通風(fēng)量的影響

隨著建筑高度的變化，建筑內(nèi)外壓差發(fā)生變化，通風(fēng)量也會(huì)不同。有無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)不同樓層房間的通風(fēng)量如圖10所示。有陽(yáng)臺(tái)時(shí)一層宿舍通風(fēng)量最小，平均通風(fēng)量為60.87 m3/h；六層通風(fēng)量最大，平均為72.08 m3/h，并且隨樓層的增高，宿舍通風(fēng)量的增加較均勻，宿舍最大與最小通風(fēng)量相差值為29.23 m3/h。無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)一至三層宿舍通風(fēng)量逐漸減小，三層宿舍通風(fēng)量明顯低于其他樓層，三層平均通風(fēng)量為85.7 m3/h，四至六層宿舍通風(fēng)量逐漸增加，六層平均通風(fēng)量為96.21 m3/h，宿舍最大通風(fēng)量與最小通風(fēng)量相差19.58 m3/h。分析發(fā)現(xiàn)無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)三層通風(fēng)量最小，主要由于無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍樓內(nèi)壓力受中和面的影響較大，陽(yáng)臺(tái)的布置削弱了樓內(nèi)中和面的影響，使得壓力變化有了緩沖。

圖10 不同樓層北側(cè)房間的通風(fēng)量圖

2.2.3 宿舍樓間距對(duì)通風(fēng)量的影響

不同宿舍樓間距時(shí)，宿舍樓北側(cè)房間的通風(fēng)量對(duì)比如圖11所示。由圖11(a)可知，有陽(yáng)臺(tái)時(shí)樓間距對(duì)四至六層宿舍的通風(fēng)量影響較小，在樓高與樓間距之比為1∶3時(shí)，二、三層宿舍通風(fēng)量略大于其他兩種情況。由圖11(b)可知，無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)一至三層在樓高與樓間距之比為1∶3時(shí)，四至六層在樓高與樓間距之比為1∶2時(shí)，通風(fēng)量最大。因此，樓高比樓間距為1∶2或1∶3時(shí)，更有利于宿舍通風(fēng)，在建設(shè)宿舍時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，可以優(yōu)先選擇這兩種布局形式。

圖11 不同樓間距時(shí)北側(cè)房間的通風(fēng)量箱形圖

2.3 陽(yáng)臺(tái)對(duì)宿舍內(nèi)溫度分布影響

評(píng)價(jià)環(huán)境舒適與否的重要因素之一是環(huán)境溫度，冬季溫度的重要性更為突出。宿舍內(nèi)外窗開(kāi)窗寬度均為0.08 m時(shí)，x－z面高度方向溫度分布如圖12所示?？梢钥闯?，有陽(yáng)臺(tái)時(shí)，陽(yáng)臺(tái)溫度變化較為劇烈，溫度分層現(xiàn)象比較明顯。在高度1.1 m處，居住區(qū)域平均溫度約為17.95℃，滿足冬季室內(nèi)供暖要求溫度。無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)，居住區(qū)域平均溫度約為14.15℃，比有陽(yáng)臺(tái)時(shí)低約4℃，低于冬季室內(nèi)供暖要求溫度。宿舍有陽(yáng)臺(tái)時(shí)，可以有效地將冷空氣限制在陽(yáng)臺(tái)區(qū)域，使冷熱空氣進(jìn)行混合，從而流入居住區(qū)域的空氣溫度變化較小。無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)居住區(qū)域更容易受到窗口氣流的影響，冷空氣直接流入房間，由于密度大而下降，在地板附近與室內(nèi)熱空氣進(jìn)行混合，導(dǎo)致地面附近有明顯的溫度波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)人員腳踝與上肢體感溫差較大，加劇不舒適感。

圖12 外窗開(kāi)窗寬度為0.08 m時(shí)宿舍溫度分布圖

此外，還分析了開(kāi)窗寬度的影響。外窗開(kāi)窗其他寬度時(shí)宿舍居住區(qū)域1.1 m處平均溫度對(duì)比見(jiàn)表1。WW為0.16 m時(shí)平均溫度比WW為0.08 m時(shí)降低約0.53℃。隨著開(kāi)窗寬度的增加，無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍內(nèi)溫度的降低比有陽(yáng)臺(tái)時(shí)更顯著。開(kāi)窗導(dǎo)致的溫度下降會(huì)使室內(nèi)人員傾向不開(kāi)窗行為，那么通風(fēng)量會(huì)隨之下降，空氣品質(zhì)將無(wú)法保證。

表1 不同工況時(shí)宿舍平均溫度表

3 結(jié)論

文章利用PHOENCIS和CONTAM耦合計(jì)算方法，重點(diǎn)分析宿舍陽(yáng)臺(tái)、位置、樓層等因素對(duì)高校宿舍室內(nèi)通風(fēng)狀況影響，及陽(yáng)臺(tái)和開(kāi)窗寬度對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響。得到以下結(jié)論:

(1)宿舍陽(yáng)臺(tái)對(duì)人員活動(dòng)區(qū)內(nèi)通風(fēng)量有明顯影響，有陽(yáng)臺(tái)時(shí)平均通風(fēng)量比無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)低22.48 m3/h。有陽(yáng)臺(tái)時(shí)，東北和西南側(cè)宿舍通風(fēng)量最大，南北側(cè)宿舍通風(fēng)量最??；而無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)，東北和西南側(cè)宿舍通風(fēng)量最小，南北側(cè)宿舍通風(fēng)量最大。陽(yáng)臺(tái)的設(shè)置，使得通風(fēng)量整體降低的同時(shí)，在同樓層不同位置的房間也存在較大差異。

(2)有陽(yáng)臺(tái)時(shí)，宿舍樓層越高，通風(fēng)量越大；無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)，一至三層宿舍通風(fēng)量逐漸減小，四至六層宿舍通風(fēng)量逐漸增加，三層宿舍通風(fēng)量明顯低于其他樓層。樓高與樓間距之比為1∶2或1∶3時(shí)，對(duì)宿舍通風(fēng)較為有利。

(3)有陽(yáng)臺(tái)時(shí)宿舍居住區(qū)域溫度梯度較小，并且在高度1.1 m處其平均溫度高于無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)；陽(yáng)臺(tái)的布置使得居住區(qū)域的熱環(huán)境更好。在同樣的供暖溫度下，有陽(yáng)臺(tái)時(shí)室內(nèi)居住區(qū)域溫度基本滿足室內(nèi)供暖要求溫度，而無(wú)陽(yáng)臺(tái)時(shí)不滿足。