雙向通風窗的性能研究與優(yōu)化.pdf

1、節(jié)約建筑能耗和提高建筑室內空氣品質是可持續(xù)建筑發(fā)展戰(zhàn)略的兩個重要課題。雙向通風窗通過風機驅動氣流在窗體內流動，可以向室內提供穩(wěn)定通風量以滿足室內空氣品質的要求，且送風氣流可以吸收排風氣流的熱量以及太陽輻射得熱量，具有節(jié)能性。本文以雙向通風窗為研究對象，圍繞其節(jié)能性和提高室內空氣品質的特性展開了如下工作。
　　首先，通過哈爾濱地區(qū)實際氣象條件下的動態(tài)實驗，將雙向通風窗與低輻射玻璃窗和卷簾窗作對比，分別分析了雙向通風窗在密閉不通風和通

2、風兩種狀態(tài)下的能耗。證明了雙向通風窗三層玻璃的窗結構，在密閉不通風狀態(tài)下具有良好的保溫特性，同時證明其通風狀態(tài)下的熱回收功能，能夠有效降低送風能耗，因此能夠進一步提高其節(jié)能效果。
　　其次，考慮到實驗方法受到時、空的限制，而且實驗費用高，本文力求通過實驗方法找到理論計算模擬的依據，實驗證明雙向通風窗傳熱可以被視為二維傳熱。根據這一實驗結論，分析雙向通風窗在水平室內、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在計算建筑能耗方面技術成熟，而且軟件允許用戶根據自己的需求修改其源代碼，因此本文將所建立的雙向通風窗區(qū)域熱平衡傳熱模型耦合到EnergyPlus中，利用EnergyPlus為計算平臺進行雙向通風窗能耗特性的模擬研究。本文應用實驗數據證明了所建立數學模型以及其與EnergyPlus結合計算的可行性和準確性。
　　再次，由于雙向通風窗在通風運行時具有熱回收特性，屬于通風換熱設

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

5、優(yōu)參數值，并將其應用到算例中，針對全國各不同氣候區(qū)的室外條件進行模擬分析，得出雙向通風窗在最優(yōu)化設計條件下在不同氣候區(qū)內的窗負荷節(jié)能率。
　　然后，由于窗負荷不能直接轉化為能耗分析討論，因此將雙向通風窗安裝在建筑載體中討論其對建筑能耗的影響，并使其與相同結構的三層普通窗和送風窗作對比，在中國五個氣候區(qū)以及美國氣候區(qū)分別研究其地區(qū)適應性。上述兩種窗型分別代表了窗體結構相同窗自身負荷相同的窗型和同樣具有熱回收和室內空氣品質提高作用功能

6、的傳統通風窗窗型。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，前者代表外圍護傳熱結構面積較小而窗負荷對建筑能耗影響較大的建筑，后者代表外圍護傳熱結構面積較大而窗負荷影響較小的建筑。研究表明，雙向通風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，雙向通風窗在供暖季節(jié)比較長的嚴寒、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、通過分時段的雙向通風窗通風改善其節(jié)能性。
　　最后，為了節(jié)約建筑能耗，傳統住宅建筑主要采用自然滲風的通風模式，但是隨著建筑密閉性增強，滲風量越來越小，不足以驅除室內污染物，因此有必要采用機械通風模式以改善室內空氣品質。本文以 CO2濃度為室內空氣品質的代表參數，應用區(qū)域模型模擬軟件 CONTAM分析了自然滲風條件下的室內污染物濃度變化特征，證明了自然滲風不足以提供標準中規(guī)定的良好的室內空氣品質。同時，還分析了包括衛(wèi)生間、廚房排風機