1引言（yán）

我國夏季（jì）氣候普遍炎熱（rè）,在無（wú）機械降溫情況下室內溫度（dù）通常在30℃以上。筆者從1991年至1994年（nián）對重慶地區冬夏季室內熱環境進行了長期實測。圖1、圖2為重慶市某住宅夏季一天24h的（de）室（shì）內外空氣溫度和相對濕度變化圖。該住宅位於（yú）8層樓的第6層,圖3為該房間立麵圖。室內居住一對夫婦及一個3歲小孩。夏季（jì）用風（fēng）扇降溫,當室外最高溫度達到40℃時,室內晝夜溫（wēn）度均高達32～35℃。人們生活居住在這樣的熱環境條件（jiàn）下,不僅生活和工作受到影響,而且身體健康也將受到（dào）危害。因此,室內（nèi）熱舒適（shì）條件亟待改善和提高,研（yán）究夏季住宅降溫（wēn）的有（yǒu）效方法極為重要。

在傳統建築中,通風降溫是改善室內氣候的有效方法。近來,利用地下能（néng）進行季節調節,通過埋管係統通風（fēng）降溫以改善室內熱環境,得到（dào）人們（men）的重視（shì）。

筆者將計算流體動力學軟件與建築物動態熱模擬軟件相結合,開發了CFD-HT軟件,並利用實測資料,對通風降溫建築室內熱環境進行了動態模擬,得到室內溫度場、速度場分布,並在給定的典型夏季人體著裝及活動量情況下（xià）,預測了室內熱舒適性指標PMV/PPD(即熱舒適預計平均（jun1）投票率/熱舒適預計平（píng）均不滿意率（lǜ）)。

2傳熱及太陽得熱

建築物動態熱模擬軟件主要用於空調建築物的空調動態負荷計算及能耗分析,輸入當地氣象資料（liào）及建築物特性參數,可計算通過圍護結構的傳熱,透過玻（bō）璃的太陽得熱。應（yīng）用該軟（ruǎn）件（jiàn）,筆者對中國北京、重慶等地（dì）及英國倫敦的典型通風降溫（wēn）建築的（de）室內溫度、相對濕度進行了模擬計算。模擬建築熱過程時,采用ASHRAE設計基（jī）礎手（shǒu）冊(ASHRAEHandbookFundamantal,1981)推薦的熱（rè）響應係數（shù）及傳（chuán）遞函數法。

2.1導熱傳熱

導（dǎo）熱傳熱采用導熱傳遞函數CTF法。t時刻的傳導得熱量Qt的計算公式（shì）為（wéi）

這裏（lǐ）,Xj,Yj(j=0,1,2…N),R為導熱傳遞函數,To,t-j和Ta,t-j分別表（biǎo）示室外空氣溫度和室內空氣溫度,Qt-1為在Qt前1h的得熱,已知To,t-1,To,t-2…To,t-j及（jí）Ta,t-1,Ta,t-2…Ta,t-j就（jiù）可以確定瞬（shùn）時導熱傳（chuán）熱,即可用式(1)通過Xj,Yj及R對（duì）Qt進行（háng）計算。對Qt的計算,取決於建築物屋頂和牆體的構造形式,通常重型結構取大值,但極少超過20。Stephenson及Mitalas指出,在下式（shì）中,用（yòng）多於一個的過去記錄Qt(或Qt-j,j>1),數據（jù）可（kě）被減少（shǎo）,極（jí）大（dà）節省計算機機時。

此（cǐ）處,Aj,Bj,Dj為修正（zhèng）的（de）導熱係數。

2.2太陽得熱及冷負荷計算

無論有（yǒu）無陽光,都存在通（tōng）過窗戶的導熱傳熱,在計算（suàn）冷負（fù）荷時,窗導熱（rè）傳熱（rè）看成與屋頂、牆一樣,即通過窗的太陽輻射（shè）得熱和由於（yú）窗玻璃吸收太陽能提高溫度後向（xiàng）室內放熱的對流得熱（rè）。

太陽通過窗玻璃的輻射得熱量q1為:

q1=S·[τ1·(It-Id)+τ2·Id](3)

式中（zhōng）

q1——透過窗（chuāng）玻璃的太陽輻射得（dé）熱量,W/m2;

It——太陽總輻射,W/m2;

Id——太陽散射（shè）輻射,W/m2;

τ1——直接輻射透過率;

τ2——散射輻（fú）射透過率;

S——玻璃遮陽係數。

當太陽光照射在窗戶上時,一（yī）般（bān）窗（chuāng）戶材料溫度比室內表麵的空氣溫（wēn）度高,因此,熱（rè）量通過長波輻射（shè）及由窗內表麵對流傳熱進入室內。對流及長波輻射得熱量q2按下式計算:

q2=φ1·(It-Id)+φ2·Id(4)

式中q2——太陽輻射對流得熱量,W/m2;

φ1——太陽總輻射吸收率（lǜ）;

φ2——太陽（yáng）輻射散射吸收率。

對入射角（jiǎo）小於60°的太陽輻（fú）射,直射（shè）為主要因（yīn）素,因此,在大多數情況下,散射輻（fú）射可用直射輻射計（jì）算。

采用（yòng）ASHRAE手冊提出的冷負荷係數法計（jì）算太陽輻射,得熱冷負荷（hé）:

這（zhè）裏（lǐ）,(φ)j(j=0,1,2…N),為太陽得熱的冷負荷係數;(qc)n為太陽得熱冷負荷,W/m2;(q)n-j表示早於(qc)n第j小時的太陽得（dé）熱（rè）。通過窗的總冷負荷為導熱傳熱與太陽輻射（shè）得熱的冷負荷之和。

3氣流模型

室內熱舒適性很大（dà）程度受室（shì）內氣流分布的影響,室（shì）內（nèi）氣流（liú）特性可通過實驗室（shì）或現場（chǎng）測試獲得。近年來,計算流（liú）體（tǐ）動力學(CFD)用於預測建築氣流分布（bù）及評價室內熱環境已成為國際室內熱環境研究的熱（rè）門課題。英國裏丁大學開（kāi）發的CFD程序,可對室內氣流分布進行計（jì）算模擬。

氣流模型包（bāo）括（kuò）連續性方程,N-S方程,能量方程及K-ε紊流模型方程。對非壓縮穩流時均方（fāng）程為:

h——混和（hé）空氣比焓（hán）,J/kg;

K——紊流動能,m2/s2;

p——空（kōng）氣靜壓（yā）,Pa;

q——產熱量,W/m3;

T——空氣平均溫度,℃;

ui——xi方向的平均速（sù）度,m/s;

β——體（tǐ）積膨脹係數,K-1;

βc——濃（nóng）度體積膨脹係數,K-1;

δij——Kronecker(克朗內克)δ符號,

μ,μt——分別為層流、紊流耗散率,kg/(m·s);

ρ——空氣密（mì）度,kg/m3;

Pr,Sch——分別為紊流普朗特數和施密特數。

以上（shàng）各式中的經（jīng）驗係數（shù）:cμ=0.09;cd=1.0;c1=1.44;c2=1.92;c3=1.0;σt=0.9;σc=1.0;σK=1.0;σε=1.22。

4自然通風

在炎熱地區,自然通風是傳統建築設計中改善室內熱環境的有效方法。

室（shì）內自然通風的冷（lěng）卻作用在於:①造成室內氣流流動,通過直接加強對流及人體蒸發（fā）散熱來達到人體降溫的目的;②流經建築的（de）氣流可（kě）以帶走建築物構件及家具的蓄熱;③在適當的條件下（xià）,用室外涼空氣代替室（shì）內熱空氣,降低室內（nèi）空氣溫度。

為了研究在我國南（nán）方地區利用自然通風降溫的可行性,筆者對位於重慶地區的自然通風建築進（jìn）行了傳熱及CFD模擬計算。在陰天氣象條件下（xià）,進風（fēng）口溫度為（wéi）26℃時,室內溫度分布如圖4所示。由圖可以看出,居住區的室內（nèi）溫度為27～28℃,這個溫度是重慶地區居民所能接受的。但在夏季（jì）晴天,計算模擬表明,在自然通風建築（zhù）中有過熱的可能,造成過（guò）熱現象（xiàng）的主要原因為從（cóng）窗戶傳入的太陽得熱（rè）及室（shì）外過（guò）高（gāo）溫度的熱空氣（qì）直接進入室內（nèi）。這將引起人們的熱不舒適（shì）感。

5地下埋（mái）管（guǎn）通（tōng）風（fēng）係統

自然通風對住宅降（jiàng）溫的作用是有限的,在中國南方極熱天氣(平均氣溫33～34℃)情況下,自然通風仍不能達到熱（rè）舒適要求。而地下埋管通風係統（tǒng）在這種極熱情況下,可以改善室內熱環境。表1為地（dì）下埋管係（xì）統進出口空氣溫濕度。從表1可以看出,在重（chóng）慶夏季室外溫度為（wéi）36℃時,埋管係統最高出口溫度為27～28℃。

注:表中Tai為進口幹（gàn）球溫（wēn）度,℃;Tao為出口幹球溫度,℃;Twi為進口濕球溫度,℃;Two為（wéi）出口濕球溫度,℃;φi為進口相（xiàng）對濕度,%;φo為出口相對濕度,%。

筆者利用傳熱及CFD模型,應（yīng）用CFD-HT軟件,將地下埋管出口空氣（qì）作為房間送風,對房間進行了計算機模擬。當送風溫度為26℃,送（sòng）風（fēng）速度（dù）為0.5m/s時,室內溫度與速度分布如圖5、圖6所示,熱舒適預測平均不滿意百分率PPD<25%。如圖7所（suǒ）示,這說明埋管送風可以使室內環（huán）境熱舒適性得到改善。圖8為埋管送（sòng）風室內空氣速度（dù）矢量圖。

6結論

6.1我國南方地區夏季室內氣溫通常在30℃以上,重（chóng）慶市區典型住宅室（shì）內最熱月晴天（tiān）晝夜氣溫為32～34℃,人們長期生活在這樣的熱環境條件下,不僅生活和工作受到影響,而且身心健康也將受到危害,室內熱（rè）舒適條件亟待改善（shàn）和提高,需研究適合我國國情的建築降（jiàng）溫方法和（hé）措施,改善人們的生活和居住環境,為民（mín）造福。

6.2現行的熱舒適標準,如國際標準ISO7730以及美國供暖製冷（lěng）空調工程師學會標（biāo）準ASHRAE55-92,都以丹麥技術大學Fanger教授建立的熱舒適模型為（wéi）基礎,采用PMV/PPD模型,本文將PMV/PPD模型與住（zhù）宅傳（chuán）熱動態（tài）模擬及計算流體動力學(CFD)模擬相結（jié）合,直接輸入室外氣象條（tiáo）件及建築物特性參數,預測模擬室內溫度及速度分（fèn）布（bù）,並在給定人體著裝及活動量條件下,預測PMV/PPD分（fèn）布,從而（ér）進行熱舒適性分析。該軟件可用於建築熱環境優化設計和室內氣流組織設計。

6.3在我（wǒ）國傳統建（jiàn）築中,自然通風降溫與建築遮陽結（jié）合,是（shì）改善室（shì）內熱環境的有效方法。本文利用計算機模擬得出了自然通（tōng）風房間溫（wēn）度、速（sù）度及熱舒適指標分布（bù）。結果表明（míng）,一般氣候條件下（xià）,自然通風（fēng）可以保持（chí）較滿意的室內熱環境。現代建築設計應認真總結（jié）前人經驗,加強自然通風理論研（yán）究,利用計算機模擬技術,進行建築（zhù）自然通風優化設計。

6.4利用地下能源,通過埋管係統降溫通風,可（kě）以（yǐ）保（bǎo）持滿意（yì）的室內（nèi）熱舒適條件,對改善夏季室內熱環境行之有效。在重慶夏季典型氣候條件下,埋管降溫通風係統可使室內生活區溫度維持在28℃左右。應注意對埋管送風可能引起（qǐ）的汙染問題,並對室（shì）內空氣相對（duì）濕度增加問（wèn）題加以（yǐ）研究。

6.5一般（bān）說（shuō）來,通風降溫建（jiàn）築室內（nèi）總存在過熱的現象,因此,在製定建築通風設計標準及評價時,應借助計算機模（mó）擬,統（tǒng）計室內可能過熱的總小時數,使設計標準更加科學合理。