045不同门窗开度下自然通风对室内空气品质及能耗的影响.doc

门窗不同开度下自然通风 对室内空气品质及能耗的影响 清华大学建筑技术科学系 石卉 高鹏 杨旭东 摘要 一直以来，自然通风对于能耗的影响是大家普遍关注和研究的焦点。近年来，由于住宅装修污染问题的加重，人们对于室内空气品质问题的关注程度和要求也在日益地提高。自然通风对室内空气品质及住宅能耗的综合影响研究是很有意义的。本文将研究不同门窗开度情况下住宅的自然通风对室内空气品质和能耗影响。 首先以建筑热模拟模型（DeST）、多区域网络通风模型及多区域网络污染物浓度模拟模型为主要分析工具，搭建了一个分析自然通风、室内空气品质和能耗的综合平台；并利用计算流体力学软件研究并总结了平开类型开口不同开度下的流量系数变化规律；进而将上述成果应用于北京某住宅的实例中，通过实例的模拟，分析不同门窗开度组合下的自然通风状况以及其对室内空气品质及能耗的影响。 关键词 开度、流量系数、自然通风、室内空气品质、能耗 背景 (1) 图 1 通风支路示意图 式中： 为节点参考压力； 为节点体积； 为节点空气温度，采用绝对温标； 为理想气体常数[J/kg K] 对于常温常压下的干空气，气体常数Rair＝287 J/kg K。 由于建筑通风都在中低压下进行的，空气流动可以考虑为不可压缩流体的连续流动，所以对于通风网络中的任意一个节点i，根据连续性方程都有： (2) 其中为与该节点相连的各支路质量流量，为该节点的净流量，忽略动能的变化。对自然通风网络中任意一条支路e： 当e为内部支路时，根据恒定总流能量方程有： (3) 当e为外部开口，i为室外时： (4) 其中为室外风速；为室外风场引起的支路e压力增加值；为支路e建筑表面风压系数；z为开口e中心距离房间地面的高度；为支路e的阻力系数。 应用上式，以矩阵和向量的形式表达，考虑风压作用以及支路两侧节点位能差，建筑自然通风网络模型方程如下： (5) 式中参数定义如下：－ 网络关联矩阵；－ 支路流体质量流量，kg/s； － 网络节点静压，Pa；－ 支路两端压力差，Pa；－室外来流对支路产生的压力增加值，Pa；－ 支路阻力系数，；－ 支路垂直投影高度，m；－ 空气密度，随温度不同而不同，kg/m3；－ 自由落体加速度，。 整个系统有N个未知数，N个方程，求解此方程组，即可获得各个支路的流量，同时可以得到房间节点、通风网络各个节点的静压。 IAQ模型 以DeST-vent中计算得到的空气流量为输入参数，可以计算得到室内的污染物浓度。污染物输运方程、污染物散发方程及其边界条件如下： (6) (7) (材料-空气界面的边界条件) (8) (空气边界条件) (9) at t=0 (材料中污染物初始浓度) (10) t ——时间；Ci ——节点i中污染物浓度； Vi ——节点i的体积；Qj-i ——从节点j到i的体积流量； Si ——节点i中污染源的散发效率；Ri ——节点 i中汇的吸附效率。Cm ——材料中VOC 浓度； C0 ——VOC 初始浓度；Dm ——VOC在材料中的有效扩散系数； Cs ——材料-空气界面VOC浓度； K——VOC分离常数 ； Croom ——房间浓度；hm ——平均对流传质系数。 程序框架 图2为计算程序的框架。首先输入参数进行热与通风的耦合模拟，得到支路流量后，再由IAQ模拟模块计算得到室内污染物浓度。 图 2 计算程序框架示意图 不同门窗开度下的流量系数研究 研究自然通风量是研究其对室内空气品质及能耗影响的重要基础。而基于多区域网络模型的通风模拟程序中，其相关系数的取值对模拟计算的准确性影响极大，自然通风部件（门、窗、缝隙等）的阻力特性就是其中之一。自然通风建筑内外环境由开口相连，用来衡量开口阻力特性的流量系数直接影响通风量的大小。在对自然通风的分析研究中对开口流量系数的取值，一般均采用流体力学中孔口出流原理,取锐角开口为0. 6±0.1[ 4]，认为流量系数为常值，未考虑开口其他特性，如尺寸、角度等的影响。但大量的研究表明，对于不同类型开口及不同使用环境，流量系数并非为定值[5,6]。所以由于流