尹 鑫，顧曉燕，肖 鵬，鄒金鳳，陳 霞

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州 611231；2.四川水利創(chuàng)新發(fā)展研究院，四川 崇州 611830)

1 引言

全球建筑行業(yè)所產(chǎn)生的碳排放量占總碳排放量約30%。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署統(tǒng)計(jì)，建筑行業(yè)導(dǎo)致33%的溫室氣體排放，25%的水資源消耗，25%的固體垃圾排放以及12%的土地資源占有[1]。在城鎮(zhèn)化和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的影響下，中國建筑業(yè)碳排放量在過去20年大幅增加，從2001年年排放量7 億t增加到2016年的21 億t。然而在建筑使用過程中，暖通空調(diào)系統(tǒng)雖能夠提供可靠的、舒適的室內(nèi)環(huán)境，但是卻違背了如今“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展模式。

作為被動(dòng)通風(fēng)措施，建筑自然通風(fēng)能夠在不消耗能源的情況下保持健康的室內(nèi)空氣質(zhì)量以及熱舒適度[2]。但由于自然通風(fēng)具有較大的不確定性，當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、建筑物周圍的布置情況、建筑外立面設(shè)計(jì)、通風(fēng)策略以及室內(nèi)障礙物布局(家具、墻體等)都會(huì)對(duì)建筑自然通風(fēng)效率產(chǎn)生較大影響。因此，選用正確的自然通風(fēng)評(píng)價(jià)方法來預(yù)測和評(píng)估建筑通風(fēng)潛力尤為重要。本文以在自然通風(fēng)模式下的建筑作為研究對(duì)象，將圍繞其自然通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)方法進(jìn)行探討。

2 建筑自然通風(fēng)概述

自然通風(fēng)可以定義為由風(fēng)壓差、空氣密度差或者熱壓差促使空氣經(jīng)窗戶、門或者其他建筑的開啟孔口進(jìn)入或流出室內(nèi)，從而使建筑室內(nèi)外氣體進(jìn)行交換。Etheridge將建筑自然通風(fēng)分為兩類：立面氣流流動(dòng)和室內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)[3]。建筑立面氣體流動(dòng)是指由于室內(nèi)外氣體的風(fēng)差或者溫度差所產(chǎn)生，導(dǎo)致氣體通過建筑立面開啟口進(jìn)行流動(dòng)交換。室內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)是指由于室內(nèi)溫度不均勻分布產(chǎn)生的溫度差，使得室內(nèi)氣體分子受到浮力而產(chǎn)生的流動(dòng)。

2.1 熱壓通風(fēng)

熱壓的產(chǎn)生是來自于室內(nèi)外空氣的溫度差或者濕度差(有時(shí)定義為密度差)，這種情況會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)外氣體在豎直方向上產(chǎn)生壓力差。當(dāng)房間氣體溫度較室外氣體溫度高時(shí)，室內(nèi)氣體由于其密度較小而往上升，密度較大的室外冷空氣通過位置較低的入口進(jìn)入室內(nèi)后，溫度得到升高而密度逐漸減小從而從位置較高的孔口處流出，形成氣體的流動(dòng)。由此可見，熱壓通風(fēng)產(chǎn)生的自然通風(fēng)率可以由兩個(gè)高低不同的開啟口的壓力差來表示，圖1表示在中性面(NPL)上下部的壓力分布情況[4]。

圖1 熱壓通風(fēng)中孔口及壓力分布示意

Aa和Ab分布表示上下兩個(gè)孔口的面積，其中Hn為特征高度表示b口到中性面的距離。H表示上下兩個(gè)孔口中心線之間的距離。特征高度Hn表達(dá)式為：

(1)

式(1)中，Rab=Ab/Aa代表開口面積比，Ti為室內(nèi)空氣溫度，T0為室外空氣溫度。

通過建筑邊界的空氣入口處壓力差可以表示為：

ΔPoi=Po-Pi=(ρ0-ρi)gHn

(2)

式(2)中，Pi和P0分別為室內(nèi)和室外壓力，ρ0和ρi分別為室外和室內(nèi)氣體密度，g為重力加速度。

公式(2)可以改寫為公式(3)和公式(4)

(3)

(4)

式(3)、(4)中，b為溫度系數(shù) (Pa/m)。

因此，氣體從外側(cè)經(jīng)圖1低處孔口流入內(nèi)側(cè)的流動(dòng)速率可以表示為：

(5)

式(5)中，Q為體積流量(m3/s)，Cd為開口處流量系數(shù), 無量綱數(shù)。

2.2 風(fēng)壓通風(fēng)

風(fēng)是由大氣中的壓力差引起的?？拷厍虮砻娴娘L(fēng)的一般流動(dòng)受到邊界層的影響，所以叫做大氣邊界層，這里的風(fēng)速會(huì)受到邊界層表面摩擦力影響從而減弱。當(dāng)風(fēng)的路徑被障礙物(如樹木和建筑物)遮擋時(shí)，就會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，速度壓力轉(zhuǎn)化為靜態(tài)壓力，因此在迎風(fēng)面產(chǎn)生較大壓力Cp1(約為風(fēng)速0.5～0.8倍)，在背風(fēng)面會(huì)產(chǎn)生較小壓力Cp2(約為風(fēng)速0.3～0.4倍)。若要計(jì)算由風(fēng)壓產(chǎn)生的通風(fēng)效率，除了了解建筑物周圍形成風(fēng)的流動(dòng)形式以外，還需知道風(fēng)速和風(fēng)向。對(duì)于布局簡單的建筑物而言，自然通風(fēng)效率可以定義為如下表達(dá)：

(6)

式(6)中，U為與建筑物同高度的測量風(fēng)速，A為總的通風(fēng)開口面積m2，Cd為流量系數(shù)，ΔCp為風(fēng)壓系數(shù)差(Cp1與Cp2)。

3 自然通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)方法

在任何有人活動(dòng)的空間中，通風(fēng)的目的通常包括兩類：一是為居住者提供新鮮空氣，排出受到污染的氣體，二是消除在密閉空間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，保持室內(nèi)舒適的熱濕環(huán)境[4]。通過對(duì)建筑通風(fēng)措施和相關(guān)技術(shù)參數(shù)的研究，研究者們提出通過運(yùn)用通風(fēng)評(píng)價(jià)指標(biāo)來預(yù)測建筑通風(fēng)效率，為提高建筑自然通風(fēng)效率提供適合的策略和設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.1 自然通風(fēng)時(shí)間(NVH)

自然通風(fēng)時(shí)間(NVH)常被用于衡量在某個(gè)特定區(qū)域最大自然通風(fēng)潛力。它代表著在一年8760 h中，當(dāng)室外氣候條件(如風(fēng)速、溫度、濕度)適宜自然通風(fēng)時(shí)的總時(shí)間。針對(duì)全年不同的室外氣候條件，居住者在非采暖房間內(nèi)也能夠隨之改變其適應(yīng)的熱舒適度范圍。NVH指標(biāo)主要由室內(nèi)溫度上限值和室內(nèi)最大風(fēng)速限值決定。溫度上限值隨著一年中的月份而變化，其計(jì)算方式根據(jù)公式(7)[5]。Tout代表典型氣象年中月平均室外溫度。ΔT代表室內(nèi)熱舒適區(qū)間的溫度差，對(duì)于80%的人可接受范圍，Δ80%等于7℃。當(dāng)室外干球溫度Tout低于Tup并且高于Tlow=12.8℃(根據(jù)ASHRAE55規(guī)范中定義的最低送風(fēng)溫度，為了避免讓人不舒服的氣流[6])。

(7)

ASHRAE 55中對(duì)室內(nèi)最大允許風(fēng)速uin,max為0.8 m/s。相應(yīng)的室外風(fēng)速uout可以通過經(jīng)驗(yàn)公式11來計(jì)算，該公式綜合了室外風(fēng)、溫度以及湍流的影響。其中還表示送風(fēng)口的垂直高度，ΔTmax是Tup與最小送風(fēng)溫度Tlow的差值。C1是指風(fēng)速系數(shù)，等于0.001；C2是指浮力系數(shù)，等于0.0035(ms-2k-1)；C3是指湍流系數(shù)，等于0.01 m2S-2。因此，適宜自然通風(fēng)的最大室外風(fēng)速uout,up可以通過公式(8)計(jì)算得出。

(8)

NVH評(píng)價(jià)方法雖然獨(dú)立于建筑類型并未考慮到建筑相關(guān)細(xì)節(jié)，但能夠在無需對(duì)每棟建筑進(jìn)行建筑能耗模擬的情況下，在建筑設(shè)計(jì)早期為建筑師和能耗決策者對(duì)建筑自然通風(fēng)的可行性提供寶貴的參考依據(jù)。

前文已講到自然通風(fēng)不僅能夠帶走室內(nèi)多余的熱量，同時(shí)還能將室外新鮮的空氣引入室內(nèi)并排走室內(nèi)污濁的空氣。近年來，在中國細(xì)顆粒物(PM2.5)污染嚴(yán)重，已經(jīng)成為構(gòu)成對(duì)人們健康的關(guān)鍵威脅。PM2.5含有有毒和有害成分的重金屬、微生物等物質(zhì)。當(dāng)吸入這些物質(zhì)時(shí)，可以嚴(yán)重?fù)p害人類呼吸系統(tǒng)。此外，PM2.5沉積在肺部會(huì)導(dǎo)致肺硬化、肺癌、下呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、中風(fēng)和缺血性心臟病等[7]。室內(nèi)PM2.5濃度主要來自于室內(nèi)和室外。在室外來源方面，PM2.5主要通過室內(nèi)外空氣交換進(jìn)入到房間內(nèi)，比如冷風(fēng)滲透和通風(fēng)。而室內(nèi)來源主要為吸煙、烹飪、燃料燃燒以及其他家務(wù)勞動(dòng)。Martins和da Graca研究了室外顆粒物污染對(duì)辦公建筑能耗的影響，其指出如果當(dāng)室外PM2.5濃度低于12 μg/m3才進(jìn)行自然通風(fēng)能降低室內(nèi)顆粒物污染，保持室內(nèi)的空氣質(zhì)量，但會(huì)減少20%～60%建筑節(jié)能潛力[8]。Yin等評(píng)估了中國西北地區(qū)自然通風(fēng)模式的住宅建筑中自然通風(fēng)率和室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)的關(guān)系[9]。他們表示雖然自然通風(fēng)可以提供室外新鮮空氣來減低室內(nèi)甲醛等污染物的濃度，但由于該地區(qū)冬季霧霾污染較高，自然通風(fēng)反而會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)PM2.5濃度高于標(biāo)準(zhǔn)限值(GB3095-2012年平均35 μg/m3，24 h平均值75 μg/m3；ASHRAE62.1-2016年平均35 μg/m3，24 h平均35 μg/m3；WHO年平均10 μg/m3，24 h平均值25 μg/m3)。Costanzo等根據(jù)預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)(aPMV)和當(dāng)?shù)貧庀髼l件對(duì)重慶地區(qū)建筑自然通風(fēng)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，其提出如下的條件來控制冬冷夏熱地區(qū)建筑開窗通風(fēng)[13]：

(9)

3.2 每小時(shí)換氣次數(shù)(ACH)

每小時(shí)換氣次數(shù)(ACH)是建筑自然通風(fēng)評(píng)價(jià)中的另一個(gè)常用指標(biāo)，其適用范圍可以從室內(nèi)通風(fēng)到城市風(fēng)場研究[14]。ACH表示1 h的進(jìn)氣流量與房間體積的比例，對(duì)于風(fēng)壓通風(fēng)ACH可以寫成：

(10)

對(duì)于熱壓通風(fēng)ACH表達(dá)為：

(11)

式(10)、(11)中，Ti為室內(nèi)空氣溫度；To為室外空氣溫度。

3.3 通風(fēng)效率(E)

通風(fēng)效率(E)可以用來評(píng)價(jià)室內(nèi)污染物的排除效果[15]，其定義式為：

(12)

式(12)中，η為通風(fēng)效率；Cg為工作區(qū)平均濃度，kmol/m3；Cp為排風(fēng)口濃度，kmol/m3；Cs為進(jìn)風(fēng)口，kmol/m3。

3.4 空氣齡(AoA)

空氣齡是指新鮮空氣通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入房間，再到最終到達(dá)測量點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。作為評(píng)價(jià)房間通風(fēng)效率的指標(biāo)，空氣齡只取決于在某一點(diǎn)的速度場(和分子擴(kuò)散)，相對(duì)而言是更簡單、更普遍的衡量空氣質(zhì)量的指標(biāo)，同時(shí)也可以作為室內(nèi)空氣質(zhì)量分布的指標(biāo)。比如：當(dāng)新鮮空氣進(jìn)入房間時(shí)，通風(fēng)效率更好的房間里空氣齡將會(huì)更小。而若以污染物濃度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，則需額外考慮到污染物來源位置和其性質(zhì)[16]。根據(jù)空氣濃度運(yùn)輸方程，可得到穩(wěn)態(tài)空氣齡的控制方程[17]：

(13)

3.5 壓差帕?xí)r數(shù)(PDPH)

壓差帕?xí)r數(shù)是以建筑自然通風(fēng)能力為基礎(chǔ)，通過計(jì)算有效壓差和達(dá)到自然通風(fēng)的必要壓差，從而得出有效壓差超過必要壓差的小時(shí)數(shù)，預(yù)測出該城市自然通風(fēng)潛能[18]。PDPH無需用復(fù)雜的數(shù)值方法來計(jì)算中性面的高度和有效風(fēng)壓系數(shù)。該方法僅需要從氣象站獲得每小時(shí)的天氣數(shù)據(jù)(包括溫度、風(fēng)速和風(fēng)向)以及其他基本建筑參數(shù)(如建筑高度、墻體面積、開口率、房間人數(shù)、樓面面積以及地形條件)。當(dāng)PDPH數(shù)值較高時(shí)，可以得出該城市具有較高的自然通風(fēng)潛能.。Yang等人提出壓差帕?xí)r數(shù)計(jì)算公式[18]：

PDPH=1hour×Σhours(ΔPeff-ΔPR)

(14)

式(14)中，ΔPeff為熱壓和風(fēng)壓產(chǎn)生的有效壓差；ΔPR為建筑通風(fēng)需求壓差；ΔPeff-ΔPR>0。

3.6 氣候潛在自然通風(fēng)(CPNV)

Causone 建立了一種基于氣候條件而非針對(duì)特定建筑的快速自然通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)方法(CPNV)[19]。該評(píng)價(jià)方式定義為一年內(nèi)適宜自然通風(fēng)模式的總時(shí)間與一年內(nèi)總小時(shí)數(shù)的比值，如公式(15)所示：

(15)

式(15)中，hNV,1為滿足自然通風(fēng)條件下的第i小時(shí)；htot為一年內(nèi)總小時(shí)數(shù)。

CPNV可用于比較在不同氣候條件下，有多少時(shí)間可以采用自然通風(fēng)的方式。同時(shí)能為設(shè)計(jì)人員在給定氣候條件下，早期設(shè)計(jì)階段便可了解該地區(qū)自然通風(fēng)可以利用的程度，避免了建筑師和工程師不切實(shí)際的設(shè)計(jì)。式中hNV,1取決于室外環(huán)境溫度和相對(duì)濕度是否在室內(nèi)熱舒適限值以內(nèi)，環(huán)境溫度和相對(duì)濕度可以從典型氣象年數(shù)據(jù)中獲得(圖2)。

圖2 根據(jù)溫度濕度比閾值的分區(qū)

但是在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)和建筑使用過程中，自然通風(fēng)仍取決于建筑外立面設(shè)計(jì)、室內(nèi)得熱和太陽輻射得熱、通風(fēng)控制策略以及居住者習(xí)慣等。由于CPNV僅僅考慮了氣候條件，而預(yù)測出來的自然通風(fēng)時(shí)間偏高，Yoon等提出了一種改進(jìn)方法，氣候潛在利用率(CPUR)來進(jìn)行自然通風(fēng)潛能預(yù)測。首先對(duì)傳統(tǒng)的自然通風(fēng)效率(NVE)進(jìn)行修正提出自然通風(fēng)降溫效率(NVCE)，NVE模型雖然綜合了建筑朝向、建筑造型以及氣候條件，該修正模型(NVCE)能夠克服NVE評(píng)價(jià)過程中需要先進(jìn)行建筑能耗模擬才能進(jìn)行自然通風(fēng)潛力預(yù)測，然后提出氣候潛在利用率(CPUR)作為建筑自然通風(fēng)評(píng)價(jià)指標(biāo)[14]。CPUR可以簡單的表示為NVCE與CPNV的比值，如公式(16)所示：

CPUR=NVCE/CPNV

(16)

將NVCE與CPUR這兩個(gè)指標(biāo)組合在一起可以在交互設(shè)計(jì)和能耗建模中提供有用的信息(圖3)。例如，較低的NVCE和較低的CPUR數(shù)值表明自然通風(fēng)不能給特定建筑物提供所需的冷卻荷載，但可以看出建筑物沒有很好地利用氣候潛力，因此仍有改進(jìn)NVCE的空間。低NVCE和高CPUR值表明盡管氣候資源利用率很高，但建筑仍需要進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)降溫。因此，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑師應(yīng)對(duì)建筑物進(jìn)行再設(shè)計(jì)以便充分利用較高自然通風(fēng)潛力。

圖3 NVCE與CPUR組合指標(biāo)

3.7 熱舒適度

Daghigh等運(yùn)用回歸分析和方差分析證明了ACH和室內(nèi)熱舒適度之間有很高的相關(guān)性[20]。Rabanillo-Herrero等采用室內(nèi)溫度、空氣齡以及PMV-PPD模型3個(gè)指標(biāo)來對(duì)房間通風(fēng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]。目前最常用的衡量室內(nèi)熱舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)為丹麥P.O.Fanger教授提出的PMV/PPD評(píng)價(jià)指標(biāo)[22]。PMV為預(yù)測平均投票數(shù)，通過公式(20)可以計(jì)算出PMV數(shù)值，其大小與空氣溫度、平均輻射溫度、相對(duì)濕度、空氣濕度、空氣速度、新陳代謝率和衣物隔熱性有關(guān)。PPD為不滿意者的百分?jǐn)?shù)，可以預(yù)計(jì)處于熱環(huán)境中的群體對(duì)于熱環(huán)境不滿意的投票平均值。PMV-PPD熱舒適度模型是人體體溫調(diào)節(jié)最早的數(shù)學(xué)模型，其能夠表征人體冷熱反應(yīng)感覺，該模型提出的指標(biāo)表示大多數(shù)人對(duì)熱環(huán)境的平均投票值。一共有七級(jí)感覺，即熱(+3)、暖(+2)、稍暖(+1)、中性(0)、稍涼(-1)、涼(-2)、冷(-3)。

PMV=[0.303e-0.036M+0.028]

{(M-W)-3.96E-8fcl[(Tcl+273)4-(Tr+273)4]-fclhc(Tcl-T)-3.05[5.73-0.007(M-2)

-pa]-0.42[(M-W)-58.15]-0.0173M(5.87-pa)-0.0014M(34-T)}

PPD=100-95e[-(0.03353PMV4

+0.2179PMV2)]

(17)

式(17)中，M為新陳代謝率(W/S)；W為人體做功率(W/s)；pa為環(huán)境空氣中水蒸氣分壓力(Pa)；Tr為輻射溫度；T為空氣溫度(℃)；fcl為穿衣人體與裸體表面積之比；Tcl為穿衣人體外表面平均溫度(℃)；hc為對(duì)流熱交換系數(shù)(W/s·m2·℃)。

室外氣候會(huì)影響室內(nèi)熱舒適度范圍，人們可以在一年中隨著季節(jié)變化而適應(yīng)不同溫度。在自然通風(fēng)的建筑中，當(dāng)室內(nèi)條件逐漸變得不適時(shí)，居住者會(huì)采取多種行動(dòng)以保持舒適，比如開窗、換衣服、增加耐冷熱范圍等。Rijal等對(duì)日本住宅建筑熱適度與居住者開窗通風(fēng)表現(xiàn)進(jìn)行為期一年的調(diào)查。其結(jié)果表明居住者開窗通風(fēng)表現(xiàn)與室內(nèi)外空氣溫度有關(guān)。該研究也證明了采用適應(yīng)性熱舒適度模型可以更有效地預(yù)測室內(nèi)舒適溫度范圍[23]。中國標(biāo)準(zhǔn)GB50785-2012[24]、美國標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE-55[6]、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN15251[25]以及ISO7730[26]均提出了熱舒適度的自適應(yīng)模型。Yao等采用自動(dòng)控制“黑箱”理論綜合了當(dāng)?shù)匚幕?、氣候、社?huì)、心理以及表現(xiàn)適應(yīng)性，充分考慮人體生理適應(yīng)性、心理適應(yīng)性以及行為調(diào)節(jié)的影響，在PMV-PPD模型基礎(chǔ)上將心理適應(yīng)和行為調(diào)節(jié)作為人體熱感覺的負(fù)反饋環(huán)境，從而建立了適用于非空調(diào)環(huán)境下建筑的自適應(yīng)熱舒適預(yù)測模型(aPMV)[27]。由此得到PMV與aPMV關(guān)系式：

(18)

式(18)中，aPMV為預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)；λ為自適應(yīng)系；PMV為預(yù)計(jì)平局熱感覺指標(biāo)。

董夢如[28]對(duì)浙江仙居農(nóng)村地區(qū)自然通風(fēng)建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行主觀熱反應(yīng)投票實(shí)地調(diào)研。結(jié)果表明當(dāng)?shù)鼐用窬哂休^強(qiáng)的耐熱和耐寒能力，采用ASHRAE 55-2017標(biāo)準(zhǔn)并不適合作為評(píng)價(jià)該地區(qū)自然通風(fēng)房間的熱舒適度標(biāo)準(zhǔn)。丁勇花等[29]也證明在評(píng)價(jià)室內(nèi)環(huán)境時(shí)，aPMV模型比PMV模型所得的不滿意率要低，并且在使用aPMV模型進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以避免不必要的熱量和冷量損失，在降低能源消耗的同時(shí)，保持了室內(nèi)熱舒適度能維持在可接受范圍內(nèi)。但由于適應(yīng)性模型是根據(jù)現(xiàn)場測試和問卷調(diào)查的結(jié)果通過回歸分析建立的，因此，aPMV自適應(yīng)系數(shù)會(huì)由環(huán)境、社會(huì)、人類等多種因素所決定。用該方法來評(píng)價(jià)某一房間或建筑的自然通風(fēng)潛力不具有普遍性。

3.8 氣體死點(diǎn)百分比(%DS)

Royan and Vaidya[30]通過實(shí)驗(yàn)證明了水位儀能夠模擬室內(nèi)氣流組織流動(dòng)情況，并且提供可視化、可量化的結(jié)果。室內(nèi)氣體死點(diǎn)意味著空氣在這個(gè)區(qū)域停滯，并且很少甚至沒有和進(jìn)入房間的新鮮空氣混合。Mundhe等[31]也通過水位儀實(shí)驗(yàn)以死點(diǎn)百分比為指標(biāo)來評(píng)價(jià)風(fēng)壓通風(fēng)房間的通風(fēng)效率。死點(diǎn)百分比(%DS)可以當(dāng)作一個(gè)量化進(jìn)入室內(nèi)新鮮空氣與室內(nèi)空氣混合程度的指標(biāo)，并且能確定房間中通風(fēng)不足的區(qū)域。%DS可以通過以下公式計(jì)算得出。從公式中可以看出，%DS越大表明進(jìn)入房間新風(fēng)量越少。

(19)

式(19)中，Cmax表示初始最大染料濃度；C表示經(jīng)充分混合后，某區(qū)域的染料濃度。由C=1.42×Pix-1.06計(jì)算得出，Pix為實(shí)驗(yàn)照片像素。

4 討論

不同于機(jī)械通風(fēng)，建筑自然通風(fēng)本身的物理過程是非常復(fù)雜的，由主觀因素和客觀因素共同決定。其中，主觀因素主要包括了建筑外立面設(shè)計(jì)參數(shù)、建筑通風(fēng)策略、建筑物內(nèi)部布置情況、居住者生活習(xí)慣等。客觀因素主要為室外環(huán)境的影響，如太陽輻射、風(fēng)環(huán)境、大氣溫濕度、室外污染物濃度等。由于建筑通風(fēng)本身的難預(yù)見性，如何去度量建筑自然通風(fēng)潛力成為近年學(xué)者和研究者所關(guān)心的領(lǐng)域。前文中已對(duì)當(dāng)前研究文獻(xiàn)中常用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了列舉和探討。這些評(píng)價(jià)方法可以根據(jù)其所適用的范圍不同而分為兩類，一類為區(qū)域性評(píng)價(jià)方法，第二類為特定建筑(房間)評(píng)價(jià)方法。

自然通風(fēng)時(shí)間(NVH)常作為區(qū)域性自然通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)方法，該方法可以通過獲取當(dāng)?shù)貧庀笳净蛘叩湫蜌庀竽陻?shù)據(jù)，根據(jù)室外溫度、濕度、風(fēng)速、室外污染物濃度以及當(dāng)?shù)厝诉m應(yīng)性熱舒適度范圍和室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而求得一年內(nèi)滿足自然通風(fēng)調(diào)節(jié)時(shí)間。NVH方法能夠較快地計(jì)算出某地區(qū)建筑自然通風(fēng)潛力，由于其未考慮特定的建筑設(shè)計(jì)參數(shù)，通常作為建筑設(shè)計(jì)前期的自然通風(fēng)潛力參考依據(jù)。類似的方法CPNV也僅考慮建筑所在地氣候條件，導(dǎo)致預(yù)測出的通風(fēng)潛力偏高?；贑PNV方法，近年Yoon等提出了改進(jìn)方法(CPUR)[14]，其綜合建筑朝向、立面造型等參數(shù)。但CPUR方法未考慮周邊建筑群或遮擋物對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向的影響。還有Yang等[18]提出的壓差帕?xí)r數(shù)也可以通過計(jì)算有效壓差和達(dá)到自然通風(fēng)的必要壓差得到有效壓差來預(yù)測該區(qū)域的自然通風(fēng)潛力。

如要對(duì)某特定建筑或者房間內(nèi)通風(fēng)情況進(jìn)行詳細(xì)分析和評(píng)價(jià)，以上4種方法并不適用。目前，每小時(shí)換氣數(shù)(ACH)常用作通風(fēng)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)的參考標(biāo)準(zhǔn)來表示室內(nèi)對(duì)新風(fēng)量的最小要求，并且根據(jù)房間功能不同，其數(shù)值也不同?？諝恺g(AoA)能表示房間排除污染物能力，平均空氣齡小越小，該房間污染物被去除的時(shí)間越短。并且空氣齡還可以反映房間局部的空氣流通能力，某點(diǎn)空氣齡越小表示該點(diǎn)空氣越新鮮。死點(diǎn)百分比(%DS)也可評(píng)價(jià)某點(diǎn)空氣流通效率，但其往往在水位儀實(shí)驗(yàn)中采用。這3種評(píng)價(jià)方法雖能夠很好地反映室內(nèi)平均和局部氣流流通情況，但卻無法衡量室內(nèi)人體的熱舒適度。而人體自適應(yīng)熱舒適模型(aPMV)能夠綜合預(yù)測室內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速、穿著、新陳代謝等情況，很好地彌補(bǔ)前面幾種方法的不足。

綜上所述，在建筑設(shè)計(jì)前期自然通風(fēng)時(shí)間(NVH)、CPNV、CPUR和壓差帕?xí)r數(shù)(PDPH)均能方便、快速地預(yù)測出該地區(qū)或城市建筑自然通風(fēng)潛力。若要對(duì)特定建筑室內(nèi)自然通風(fēng)能力進(jìn)行預(yù)測評(píng)價(jià)，每小時(shí)換氣數(shù)(ACH)和空氣齡(AoA)可表示該房間通風(fēng)排污效率，采用人體熱舒適模型能反映室內(nèi)熱舒適程度。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了前人對(duì)建筑自然通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，并對(duì)評(píng)價(jià)的范圍進(jìn)行了歸納。在進(jìn)行自然通風(fēng)評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇時(shí)，需先了解評(píng)價(jià)的對(duì)象、目的和各類評(píng)價(jià)方法適用的范圍。對(duì)較大區(qū)域范圍的建筑群自然通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)，多可采用氣象站所提供的氣候數(shù)據(jù)便可得出結(jié)果。若要對(duì)室內(nèi)通風(fēng)效率進(jìn)行詳細(xì)分析，則可采用每小時(shí)換氣數(shù)、空氣齡以及人體熱舒適模型。相關(guān)成果可為建筑自然通風(fēng)相關(guān)研究作支撐和參考。