冬季夜间睡眠如何通风

【专家解说】：独立式住宅的自然通风设计 】独立式住宅在我国是乡镇区域住宅的主体，研究其自然通风对建筑防热具有重要的现实意义。本文通过对独立式建筑室内气候的评价和自然通风效果的分析，提出独立式住宅自然通风的优化措施，太阳房研究成果对独立式住宅建筑设计具有参考价值。 关键词：独立式住宅 自然通风 热压 风压 太阳房 自然通风的优点是节约能源，对环境无污染，管理方便。其缺点是对环境气象条件依赖性大，风不稳定。但只要掌握环境的气象规律及独立式住宅的热工特性，我们就可以充分利用其优点。在进行自然通风设计时，首先要确定自然通风设计的房间，并确定必要的通风量。自然通风方式是建筑防热中必不可少的一项措施，在房间内争取自然通风主要目的是为了排除室内的热量及过余湿量，调节人体的舒适感。在卧室内，使窗台高度接近床高，夜间保证有适当的气流环绕人们睡眠的位置；客厅、阳台设置落地的门窗以利于夜间强化通风。在湿热地区，雨季防潮，充分利用自然通风也具有相当重要的意义。 1 环境的动态特征 气象变化分为有规律及无规律两部分，与独立式住宅通风有关的气象规律性变化有气温及水汽压的日变化与年变化。一日之中气温最高出现在午后2-3点，最低出现在日出前， 其表达式为： 式中：t0——需求的室外气温（℃） t15——当月最高干球温度平均值（℃） θ——与t0对应的时间；1小时=0.133 D——当地该月的气温平均日波幅 以上要用的数据可从当地气象部门查到。 水气压的变化分为双峰型和单峰型。利于住宅通风的多为单峰型，即峰值出现在午后14点左右，掌握这个规律可以取得通风的最佳效果。 一年中气温最高月为7月下旬和8月上旬，最低月为1月，水汽压年变化与气温相似只是波幅不同，气温的年变化规律可用下式表达， 式中：t——需求的某月平均温度（℃） ——当地年平均气温（℃） A——气温的年波幅 Z——用度表示的时间，1℃代表一昼夜 2 自然通风和诱导送风 随着可持续发展战略的提出，建筑节能和改善室内空气品质已成为暖通空调领域内的两大焦点课题。一些传统的空调通风系统，由于存在能耗大、空气品质差等问题，逐渐被采用节能和环保的生态技术所取代。与其它相对复杂、昂贵的技术相比，自然通风（或机械辅助式自然通风）是当今生态建筑所普遍采取的一项比较成熟而廉价的技术措施，它具有节能、清洁的优点，体现了可持续发展的理念。住宅通风有两种方式：一种是在供冷的时候需要的通风称为直接冷却通风；另一种是热蓄存通风，即在非供冷季节组织通风，将冷量蓄存于围护结构中。前者主要应用于室外气温低于32℃且白天温度波幅小于10℃的地区，如我国大部分沿海地区。而热蓄存通风则应用于白天温度波幅较大的地区，如我国的西北地区，在较为凉爽的季节组织住宅通风，在降低室内空气温度的同时将冷量蓄存于房屋结构中，当室外气温升高时通风即停止。这时室内气温上升的速度将比室外气温慢得多，这是由于被冷却的房屋结构从室内空气中吸取热量的缘故。 这两种通风方式都可以是自然通风或机械通风。机械通风除易于控制外，一个突出的优点是它能使排风通过阁楼排除，使之得到冷却并有助于降低通过屋顶的热传导。当然，与自然通风相比，机械通风需消耗风机功率，噪声较大，初投资较高。 住宅通风可有多种灵活运用方式。如把自然通风与蒸发冷却系统相结合，有时可替代机械制冷。又如晚间通风，它利用室外气温昼夜变化这个自然规律，在晚间组织全面通风，对建筑围护结构及室内家具进行充分冷却，以解决夏季非空调房间温度过高的问题。 3 独立式住宅的热工特性 独立式住宅的热工特性主要取决于住宅房间的结构形式，并取决于房间内的热容量及湿容量，我国的乡镇居住建筑多为砖混结构体系，在陕西，不管是单层还是两层，内墙为240实心黏土砖墙，外墙装修为清水砖墙、水刷石、外墙面砖等，内墙装修为水泥砂浆或混合砂浆打底，纸筋灰罩面，刷大白浆。屋顶为钢筋混凝土楼板加简易保温层、防水层，窗墙面积比在0.2-0.5之间，窗户为单玻单层铝合金窗或木窗，户门为单层木门。独立式住宅的底层各房间和上层房间通过楼梯相连，在烟囱效应的作用下，底层室内的热湿空气会通过楼梯间流向上部。为了能够有效利用自然通风，夏季散热，冬季散湿，在加强围护结构的热工特性外，加强自然通风，可以避免夏季室内过热，冬季室内外围护结构结露的不良情况。 在研究自然通风室内热环境的过程中，气流组织的作用十分重要，因为它直接影响着室内的温度分布、速度分布以及室内的空气品质等。室内的气流运动实际上大都属于三维不可压缩的紊流流动，通常可以利用计算机数值进行模拟，其控制方程的通用形式如下： 其中Φ代表求解变量u, v, w, T, K, ε等，Γ为效扩散系数，S为对应方程的源项。 4 自然通风的计算 自然通风的理论分析：建筑的自然通风指的是通过有目的的开口如门、窗户、烟囱等，产生空气的流动。而产生自然通风的驱动力主要有两种：风压作用和热压作用。其中风压作用是指室外气流吹过建筑物时，由于受建筑物的阻挡在建筑物表面和周围形成了不同的压力分布，当建筑物有开口时所产生的室内空气流动现象。热压作用是指室内外存在温度差，造成了室内外空气的密度差，当建筑物有开口时而产生的所谓“烟囱效应”（stack effect）。由于外界自然风的不稳定性或由于周围高大建筑、植被的影响，许多情况下在建筑周围形不成足够的风压，这时就主要利用热压原理来实现自然通风的目的。 在自然通风设计中，人们最为关注的是从外界进入室内的自然通风量，或用室内空气的换气次数来表示。为了确定自然通风量的大小，可以采用理论分析的方法，并人为地引入一些经验常数。掌握通风时机后，就应对通风量的大小做一分析。自然通风的动力有两个，一个是热压，一个是风压，自然通风的总能量为这二者之和，即：H=HT+HP 其中；H——自然通风总压力 HT——热压，是室内外温差T的函数 HP——风压 热压的计算公式为： ΔP——热压（Pa） h——进、排风口中心线间的垂直距离（m） ρe——室外空气的密度（kg/m3） ρi——室内空气的密度（kg/m3） 风压的计算公式为： P——风压（Pa） v——风速（m/s） ρe——室外空气的密度（kg/m3） g——重力加速度（m/s2） K——空气动力系数 1、热压通风 对于独立式住宅房间，除必要的房间（如浴厕、厨房等）需要进行机械通风外，其它房间（如客厅、卧室等）可以充分利用自然通风实现换气的目的，使房间内获得必要的新风，在有楼梯间的二层及多层房间，可以充分利用楼梯间或中庭模拟通风竖井的通风功能。 通风竖井，其通风量在3000-20000kg/h之间，具体大小受下列因素制约： （1） 气流方向受室内外温差决定。在通风季节，当ΔT>0时，室内空气由门进由竖井排；夏季当ΔT<0时，室外空气由竖井进由门排，后者增大了室内的湿度，不利于室内的环境。 （2）通风竖井的通风量取决于通风竖井的面积，对于通风量大于2000 m2以上的房间，需要效果较好的通风，通风竖井的面积需大于1 m2。 （3）通风竖井高度的增加，通风量也会增大，当竖井高度为0 m2-6 m2时，风量增加最快，以后随高度增加风量增加减慢，其经验公式为：Q=194H0.48 式中：Q：通风量（kg/h） H——竖井高度（m）,通风竖井的高度与其面积之间有一个合理的比例，以直径表示通风竖井面积，当高度与直径之比为12时，可取得最佳的通风效果。 （4）房间阻力，经测定局部阻力对风量影响最大，摩擦阻力影响很小，局部阻力主要指转弯、突然扩大（缩小），房间形状，竖井排气罩等。 （5）风量计算经验公式： 式中：A0——通风竖井的面积（m2）T0——室外绝对温度（°K） ΔT——室内外温差（°K） 2、风压通风 适用于地面以上的建筑房间门窗开启时的通风，也适用于地下室的通风。 （1）当风向与墙面垂直时，计算通风量近似公式：Q=KAv 式中：K——风阻修正系数，当气流出口面积与气流入口面积之比为0.25、0.50、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0时，K值分别取值为：0.21、0.38、0.51、0.60、0.76、0.81、0.82、0.83，A——进风口面积（m2），v——室外风速（m/s） （2）当风向与建筑成45°角时，风量减少一半。 （3）当进风口多于一个时，A由Aω代替，Aω与进风口面积的关系式为： 其中：A1、A2、A3、A4为各个进风口的门窗面积 5 一种强化自然通风效果的太 阳房 太阳房是一种利用太阳辐射实现供暖、通风和制冷的建筑，对于营造健康舒适的居住环境非常有利。太阳房包括被动式太阳房和主动式太阳房两种形式。被动式太阳房应用目的的主要是采暖，一般有直接受益式和蓄热墙式两种形式。主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。它需要热交换器、水泵和风机等设备，造价较高，但是室温能主动控制，使用也很适宜。近年来，随着生活质量的提高，人们对室内环境的空气品质问题越来越重视。 太阳能通风筒作为一项能够利用太阳能强化自然通风的技术，在许多建筑场合得到应用。太阳能通风筒（太阳能烟囱）其原理主要依靠空气受热后产生的密度变化引起空气流动。太阳能通风筒主要由面盖、气流通道、选择性涂层、蓄热墙体等构成。太阳房通风率受太阳辐射度、结构朝向、环境温度等的影响。 日间通风 太阳辐照度对太阳能通风筒和引风通道日间通风率有较明显的影响。太阳能通风筒产生的“烟囱效应”和引风通道的冷却效应都能形成通风效应。这里假设室内空气温度变化时，环境温度不变，环境温度变化时，室内温度不变。分析结果表明，室内温度越高，环境温度越低，对提高通风率越有利。辐射照度越小，反向通风的可能性越大。忽略太阳能通风筒的加热作用，冷却引风通道单独作用条件下，通风率受温度和太阳辐照度等因素的影响程度明显大于整个系统以及忽略引风通道作用的太阳能通风筒两种情况。 不同倾角条件下，太阳能通风筒气流流道长度对太阳房通风率的影响。气流流道长度越大，通风率越高。通风筒的倾角越大，通风率也越高。这是由于太阳能通风筒流道长度较短时，烟囱效应比较弱，此时通风筒的倾角对通风率的影响也比较小。 夜间通风 分析夜间流经太阳能通风筒和吸附集热器所流经通道的气流流量以及太阳房整体通风率变化情况。太阳房夜间通风率随时间逐渐降低，通过吸附集热器所流通道的气流流量占总的通风率比例按抛物线规律增加。这是因为吸附热随吸附过程的进行逐渐降低。吸附集热器气流通道内烟囱效应削弱，另外，随着通风过程的进行，太阳能通风筒蓄热壁面温度逐渐降低，传递给气流的热量不断减小，造成通过太阳能通风筒的空气流量也逐 渐降低。 不同环境温度条件下一天内太阳房自然通风率动态变化总的来讲，环境温度越高，自然通风率越低。白天，太阳房的通风率在日照强度最高时取得最大值，夜间，由于吸附热的作用，在吸附集热器气流通通时产生烟囱效应使得夜间通风得到强化，与日间通风情况相比，通风率提高了约30~40％。夜间通风率提高，一方面可以充分利用夜间具有较低温度的环境空气使室内空气降温；另一方面，能够使吸附制冷过程中产生的吸附热被带走，起到降低吸附温度，改善吸附制冷效果的作用。 6 改善住宅小区自然通风的规 划布局手法 1． 加大部分住宅间距越大，自然通风的效果就越好。实验结果表明，在住宅组团中，加大部分住宅楼的间距，形成组团绿地，对改善绿地下风侧住宅的自然通风，有较好的效果，同时还能为人们提供良好的休息和交流的场所。 2． 采取错列式布置方式 室外气流吹过呈行列式布局的建筑群时，在建筑物的山墙之间将形成一条空气射流。实验结果表明，采用错列式布置方式，利用住宅山墙间的空气射流，改善下风方向住宅和自然通风，效果显著。山墙间距的大小，应取决于住宅间距。住宅间距越大，山墙的间距也应越大，以便使足够的空气射流能吹到后排住宅上，见表1.过小的住宅楼山墙间距，不利用于消防、绿化和道路交通的需要。条件许可时，山墙的间距以较宽为宜。 注：H=住宅间距 表1 山墙空气射流的作用距离 山墙间距 （1 / 3）H （2 / 3）H （5 / 6）H 1.0H 作用距离 0.53H 1.05H 1.58H 1.58H 3． 合理确定住宅小区的朝向 据研究，夏季住宅室内的热环境应使人们至少能处于“可忍受状态”，力争做到处于“舒适的”状态。在一定的室内气候因素的自然组合下，室内温度在29℃时是舒适温度，在33℃以上时是过热温度。当室内温度为30-33℃时，室外风向为东南到南。同时也应考虑局部地区受地形的影响，室外风向发生的变化，使当地夏季主导风向与住宅群体保持适宜的风向入射角，甚至最佳风向入射角。 7 结论 1) 充分利用自然通风的同时，对于砖混结构的住宅单个房间，必须做保温隔热处理，门窗的数量应大于两对，门窗关闭时密封性能要好。 2) 由于室内温、湿度受外界环境因素影响较大，应充分重视在室内温度较低，湿度较大而出现室内外围护结构结露的情况。合理的通风量能够避免该现象的发生。 3) 现代住宅多以封闭室内环境，采取通过制冷及通风管道引入新风方式，不但造成能源的过度浪费，而且对室内居住健康造成危害。 4) 在强调自然通风的同时，对于住宅