雙向通風(fēng)窗的性能研究與優(yōu)化.pdf

1、節(jié)約建筑能耗和提高建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)是可持續(xù)建筑發(fā)展戰(zhàn)略的兩個(gè)重要課題。雙向通風(fēng)窗通過風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)氣流在窗體內(nèi)流動(dòng)，可以向室內(nèi)提供穩(wěn)定通風(fēng)量以滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求，且送風(fēng)氣流可以吸收排風(fēng)氣流的熱量以及太陽輻射得熱量，具有節(jié)能性。本文以雙向通風(fēng)窗為研究對(duì)象，圍繞其節(jié)能性和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的特性展開了如下工作。
　　首先，通過哈爾濱地區(qū)實(shí)際氣象條件下的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，將雙向通風(fēng)窗與低輻射玻璃窗和卷簾窗作對(duì)比，分別分析了雙向通風(fēng)窗在密閉不通風(fēng)和通

2、風(fēng)兩種狀態(tài)下的能耗。證明了雙向通風(fēng)窗三層玻璃的窗結(jié)構(gòu)，在密閉不通風(fēng)狀態(tài)下具有良好的保溫特性，同時(shí)證明其通風(fēng)狀態(tài)下的熱回收功能，能夠有效降低送風(fēng)能耗，因此能夠進(jìn)一步提高其節(jié)能效果。
　　其次，考慮到實(shí)驗(yàn)方法受到時(shí)、空的限制，而且實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高，本文力求通過實(shí)驗(yàn)方法找到理論計(jì)算模擬的依據(jù)，實(shí)驗(yàn)證明雙向通風(fēng)窗傳熱可以被視為二維傳熱。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論，分析雙向通風(fēng)窗在水平室內(nèi)、外方向的傳熱特征以及垂直氣流方向的熱量傳遞特性，建立了雙向通風(fēng)窗的

3、二維傳熱區(qū)域模型。由于全年能耗模擬軟件 EnergyPlus在計(jì)算建筑能耗方面技術(shù)成熟，而且軟件允許用戶根據(jù)自己的需求修改其源代碼，因此本文將所建立的雙向通風(fēng)窗區(qū)域熱平衡傳熱模型耦合到EnergyPlus中，利用EnergyPlus為計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行雙向通風(fēng)窗能耗特性的模擬研究。本文應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了所建立數(shù)學(xué)模型以及其與EnergyPlus結(jié)合計(jì)算的可行性和準(zhǔn)確性。
　　再次，由于雙向通風(fēng)窗在通風(fēng)運(yùn)行時(shí)具有熱回收特性，屬于通風(fēng)換熱設(shè)

4、備，因此不能簡單借用普通窗的規(guī)范要求設(shè)計(jì)制造雙向通風(fēng)窗。本文建立了雙向通風(fēng)窗以及與其相同結(jié)構(gòu)的普通窗的窗負(fù)荷傳熱模型，通過分析兩種窗的傳熱差異，選擇出包括窗通風(fēng)量、窗尺寸、窗玻璃材料以及窗框材料等四類共13個(gè)窗負(fù)荷影響參數(shù)。由于參數(shù)過多，而且不確定參數(shù)對(duì)窗負(fù)荷影響的大小，為避免模擬算例過多，首先通過正交試驗(yàn)法篩選了對(duì)窗負(fù)荷影響較大的四個(gè)參數(shù)，分別為窗的通風(fēng)量、窗高度、窗朝向以及窗玻璃的太陽能得熱系數(shù)。然后通過列舉法計(jì)算得出這四個(gè)參數(shù)的最

5、優(yōu)參數(shù)值，并將其應(yīng)用到算例中，針對(duì)全國各不同氣候區(qū)的室外條件進(jìn)行模擬分析，得出雙向通風(fēng)窗在最優(yōu)化設(shè)計(jì)條件下在不同氣候區(qū)內(nèi)的窗負(fù)荷節(jié)能率。
　　然后，由于窗負(fù)荷不能直接轉(zhuǎn)化為能耗分析討論，因此將雙向通風(fēng)窗安裝在建筑載體中討論其對(duì)建筑能耗的影響，并使其與相同結(jié)構(gòu)的三層普通窗和送風(fēng)窗作對(duì)比，在中國五個(gè)氣候區(qū)以及美國氣候區(qū)分別研究其地區(qū)適應(yīng)性。上述兩種窗型分別代表了窗體結(jié)構(gòu)相同窗自身負(fù)荷相同的窗型和同樣具有熱回收和室內(nèi)空氣品質(zhì)提高作用功能

6、的傳統(tǒng)通風(fēng)窗窗型。本文選取了兩種有代表性的建筑空間，分別為80m2的公寓建筑單元和200m2的別墅建筑，前者代表外圍護(hù)傳熱結(jié)構(gòu)面積較小而窗負(fù)荷對(duì)建筑能耗影響較大的建筑，后者代表外圍護(hù)傳熱結(jié)構(gòu)面積較大而窗負(fù)荷影響較小的建筑。研究表明，雙向通風(fēng)窗在供暖能耗方面節(jié)能效果明顯，而在供冷能耗方面節(jié)能效果微弱。因此，雙向通風(fēng)窗在供暖季節(jié)比較長的嚴(yán)寒、寒冷類地區(qū)節(jié)能性最好，在溫和氣候區(qū)節(jié)能效果中等，在供冷季節(jié)比較長的地區(qū)節(jié)能效果較差，但是本文證明可以

7、通過分時(shí)段的雙向通風(fēng)窗通風(fēng)改善其節(jié)能性。
　　最后，為了節(jié)約建筑能耗，傳統(tǒng)住宅建筑主要采用自然滲風(fēng)的通風(fēng)模式，但是隨著建筑密閉性增強(qiáng)，滲風(fēng)量越來越小，不足以驅(qū)除室內(nèi)污染物，因此有必要采用機(jī)械通風(fēng)模式以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。本文以 CO2濃度為室內(nèi)空氣品質(zhì)的代表參數(shù)，應(yīng)用區(qū)域模型模擬軟件 CONTAM分析了自然滲風(fēng)條件下的室內(nèi)污染物濃度變化特征，證明了自然滲風(fēng)不足以提供標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。同時(shí)，還分析了包括衛(wèi)生間、廚房排風(fēng)機(jī)