（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）住宅混合通風(fēng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

摘要 住宅混合通風(fēng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 摘要 混合通風(fēng)作為一種新型的通風(fēng)模式，兼有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種方式，可以根據(jù)實(shí)際情況按 需通風(fēng)，更加強(qiáng)調(diào)通風(fēng)對(duì)舒適性的改善效果同時(shí)兼顧：仃能降耗。這項(xiàng)技術(shù)在居住建筑中有著j 泛的 應(yīng)用前景，可為江蘇省實(shí)現(xiàn)下一步低能耗戰(zhàn)略提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。 本文對(duì)南京市的夏季氣候條件和風(fēng)資源狀況進(jìn)行了研究，探討了混合通風(fēng)在改善室內(nèi)熱舒適和 建筑節(jié)能方面的潛力，針對(duì)南京夏季悶熱、多靜風(fēng)天氣的特點(diǎn)，提出適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)的風(fēng)機(jī)輔助 式自然通風(fēng)的混合通風(fēng)方式，當(dāng)自然通風(fēng)風(fēng)量不足的情況下，開動(dòng)風(fēng)機(jī)維持氣流的流動(dòng)。 本文設(shè)計(jì)了混合通風(fēng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、決策和控制模塊、執(zhí)行模塊三部分組 成。小型氣象站的主機(jī)和控制臺(tái)分別測(cè)量室內(nèi)外氣象參數(shù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊。決策和i 控制模塊由 p c 機(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)組成，完成數(shù)據(jù)處理，并對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)。執(zhí)行模塊由控制機(jī)械通風(fēng)的 風(fēng)機(jī)和控制自然通風(fēng)的開窗機(jī)組成。 控制系統(tǒng)采用模糊控制策略，將室內(nèi)外的溫度作為模糊控制器的輸入，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的需要， 計(jì)算出風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小和開窗機(jī)的開度，由此控制通風(fēng)量。模糊控制規(guī)則來自建筑物理方面的實(shí)際 經(jīng)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。 本文在東南大學(xué)兩間各2 0 m 2 的實(shí)驗(yàn)室搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了混合通風(fēng)效果對(duì)比試驗(yàn)和通風(fēng)對(duì) 室內(nèi)溫度影響對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明混合通風(fēng)控制系統(tǒng)可以有效的改善室內(nèi)熱舒適性，同時(shí)僅消 耗較低能耗。 關(guān)鍵詞：住宅；混合通風(fēng)；控制系統(tǒng)；模糊控制；p c 機(jī)；單片機(jī)；風(fēng)機(jī)；開窗機(jī) a b s t r a c t s t u d yo nk e yt e c h n o l o g y o ft h eh y b r j dv e n t i l a t i o nc o n t r o l s y s t e mf o rd w e l l i n gh o u s e a b s t r a c t h y b r i dv e n t i l a t i o ns y s t e m ，ac o m p l e t e l yn e wv e n t i l a t i o nm o d e ，i sac o m b i n a t i o no ft h em e r i t so fn a t u r a l a n dm e c h a n i c a ld r i v i n gf o r c e s 。i tc a l la d j u s tt h ev e n t i l a t i o nm o d ea c c o r d i n gt oa c t u a ls i t u a t i o n sa n dn e e d s ， w i mt h ee m p h a s i so np r o v i d i n ga c c e p t a b l et h e r m a lc o m f o r ta n dm e a n w h i l em d u c i n gt h ee n e r g yc o s t s i n c e t h es y s t e mh a sa ne x t e n s i v ep r o s p e c to fa p p l i c a t i o ni nt h ef i e l do fd w e l l i n gh o u s e ，i tm a yp r o v i d es t r o n g t e c h n i c a ls u p p o r tf o rt h ef u t u r el o w - e n e r g y c o s ts t r a t e g yo fj i a n g s up r o v i n c e a f t e rc a r r y i n go u tat h o r o u g hr e s e a r c ho nt h es u m l n e rc l i m a t ea n dw i n dc o n d i t i o no f n a n j i n gc i t y , t h e a u t h o rh a sd i s c u s s e dt h ep o t e n t i a lo ft h eh y b r i dv e n t i l a t i o ns y s t e mi ni m p r o v i n gi n d o o rh e a tc o m f o r tw i t h l o we n e r g yc o s t ah y b r i dv e n t i l a t i o ns o l u t i o na d a p t i v et ol o c a lc i r c u m s t a n c e s ，t h ef a n - a s s i s t e dn a t u r a l v e n t i l a t i o n ，i st h e np r o p o s e d i tc o v e r sn a t u r a lv e n t i l a t i o ns y s t e m st h a t ，d u r i n gp e r i o d so fw e a kn a t u r a l d r i v i n gf o r c e so rp e r i o d so fi n c r e a s e dd e m a n d s ，c a ne n h a n c ep r e s s u r ed i f f e r e n c e sb ym e c h a n i c a lf a n a s s i s t a n c e ah y b r i dv e n t i l a t i o nc o n t r o ls y s t e mh a sb e e nd e s i g n e d ，w h i c hc o n s i s t so fd a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ， d e c i s i o n - m a k i n gm o d u l ea n de x e c u t i o nm o d u l e t h ed a t aa c q u i s i t i o nm o d u l ei sc o m p o s e do fas m a l l s e a l e d w e a t h e rs t a t i o nw h i c hc o l l e c t st h ei n d o o ra n do u t d o o re n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r s t h ed e c i s i o n - m a k i n g m o d u l ec o n s i s t so fap ca n dam i c r o - c o n t r o l l e rw h i c ha r eu s e dt op r o c e s sd a t aa n dg e n e r a t et h es i g n a l st o c o n t r 0 1t h ee x e c u t i o nm o d u l e t h ee x e c u t i o nm o d u l ec o n s i s t so faf a na n da na u t o m a t i cw i n d o wm a c h i n e b a s e du p o nf u z z yc o n t r o ls t r a t e g y , t h es y s t e mc o n t r o l st h ev e n t i l a t i o nb yc a l c u l a t i n gt h er u n n i n gs p e e d o ff a na n dt h eo p e ne x t e n to fn a t u r a lv e n t i l a t i o ni nr e a l t i m e ，w i t ht h ei m m e d i a t ei n d o o ra n do u t d o o r t e m p e r a t u r ea st h ei n p u tf o rf u z z yc o n t r o l l e r m o s tf u z z yc o n t r o lr u l e sa d o p t e di nt h i sa p p l i c a t i o na r ed r a w n f r o mt h ep r a c t i c a le x p e r i e n c eo ft h ea r c h i t e c t u r e - p h y s i c sa n da m e n d e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t s a ne x p e r i m e n t a ls e t - u pi sb u i l ti nt w ol a b si ns o u t h e a s tu n i v e r s i t y , s e v e r a lc o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t s a r ec a r r i e do u tt od e m o n s t r a t et h es y s t e mp e r f o r m a n c e n ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h eh y b r i d v e n t i l a t i o nc o n t r o ls y s t e mc o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h ei n d o o rh e a tc o m f o r ta n dm e a n w h i l er e d u c et h e e n e r g yc o s t k e yw o r d s ：d w e l l i n gh o u s e ；h y b r i dv e n t i l a t i o n ；c o n t r o ls y s t e m ； f u z z yc o n t r o l ；p c ； m i c r o - c o n t r o l l e r ；f a n ；a u t o m a t i cw i n d o wm a c h i n e 。 i i 東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過 的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并 表示了謝意。 、咿 研究生簽名：往盈日期：蒸皇l 滬。彥 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的 復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi) 容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可 以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研 究生院辦理。 研究生簽名：縫盈導(dǎo)師簽名： 、呻 第一章緒論 1 1 課題研究的背景 第一章緒論 住宅是人類的住所建筑。相傳“有巢氏”“構(gòu)木為巢”，反映了我們的 r 【先曾經(jīng)艱苦經(jīng)營住所的 情況。遠(yuǎn)古時(shí)代，住宅的作用在于給人類提一個(gè)躲避野獸攻擊的地方。隨著人們物質(zhì)文化水平的提 高和科技的發(fā)展和進(jìn)步，人們不再滿足于溫飽條件下可以忍受的環(huán)境條件，追求小康富裕生活的舒 適是人之共性，住宅的功能日益增強(qiáng)，現(xiàn)代人對(duì)于建筑舒適性要求也越來越高。建筑的舒適性主要 有兩個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，即室內(nèi)空氣質(zhì)量i a q ( i n d o o ra i rq u a l i t y ) 和熱舒適。建筑通風(fēng)的好壞決定著室內(nèi) 空氣質(zhì)量和熱舒適。 建筑通風(fēng)，經(jīng)歷了由自然通風(fēng)到機(jī)械通風(fēng)，焉由機(jī)械通風(fēng)到混合通風(fēng)的一個(gè)發(fā)展過程。早期的 自然通風(fēng)不消耗能源，但是局限性大，不易控制，無法滿足人們對(duì)予舒適性的要求。機(jī)械通風(fēng)能夠 在不受外界環(huán)境于擾的情況下，提供穩(wěn)定的新風(fēng)，確保室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適。近年來，為了提高 室內(nèi)空氣的新鮮度，優(yōu)化室內(nèi)的舒適度，同時(shí)還要兼顧減少傳統(tǒng)空調(diào)制冷、制熱能耗，降低環(huán)境污 染，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展思想的要求，出現(xiàn)了混合通風(fēng)這一全新的解決方式。混合通風(fēng)結(jié)合了自然和機(jī) 械通風(fēng)各自的優(yōu)點(diǎn)，在滿足日益嚴(yán)格的空氣品質(zhì)要求的同時(shí)還具有環(huán)保：育能的特點(diǎn)。 在建筑物的通風(fēng)技術(shù)中，混合通風(fēng)技術(shù)遵循“按需通風(fēng)”的原則，根據(jù)室外的天氣狀況，在一 年中的不同季節(jié)，甚至一天中的不同時(shí)段采用合理的通風(fēng)方案保證風(fēng)資源的有效利用，可達(dá)到節(jié)省 常規(guī)采暖、制冷、除濕的能耗，提高室內(nèi)熱舒適的目的。東南大學(xué)建筑系傅秀章副教授承擔(dān)的江蘇 省建設(shè)系統(tǒng)科技項(xiàng)目課題混合通風(fēng)技術(shù)及其在住宅中的應(yīng)瑚研究就是對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行研究。該 課題提出的混合通風(fēng)技術(shù)是一項(xiàng)全新的風(fēng)資源利用技術(shù)，它集成了傳統(tǒng)的兩種通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可 避免傳統(tǒng)自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)所存在的闖題，填補(bǔ)了我國在混合通風(fēng)技術(shù)研究及其在住宅中應(yīng)用的 空白。本課題是混合通風(fēng)技術(shù)及其在住宅中的應(yīng)用研究的子課題，主要研究?jī)?nèi)容在于研究混合 通風(fēng)的控制策略及開發(fā)控制設(shè)備。 混合通風(fēng)技術(shù)在住宅中的應(yīng)用研究是建筑節(jié)能研究的重要組成部分，是江蘇省實(shí)現(xiàn)居住建筑低 能耗戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在。與傳統(tǒng)的自然通風(fēng)技術(shù)或機(jī)械通風(fēng)技術(shù)相比，混合通風(fēng)更加強(qiáng)調(diào)通風(fēng)對(duì)室內(nèi) 空氣質(zhì)量和熱舒適的改善效果，更加強(qiáng)調(diào)通風(fēng)技術(shù)的智能化發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)在民剛建筑，尤其是居 住建筑中有著廣泛的應(yīng)用前景，可為江蘇省實(shí)現(xiàn)下一步低能耗( 節(jié)能6 5 ) 戰(zhàn)略提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支 撐。 1 2 國內(nèi)外研究狀況 自從1 9 7 3 年的能源危機(jī)之后，為了降低建筑物的采暖和空調(diào)能耗，許多學(xué)者將注意力集中在熱 絕緣、建筑密封以及余熱回收等技術(shù)，所設(shè)計(jì)的建筑通常與外界環(huán)境隔離，而通過人工照明、機(jī)械 通風(fēng)以及采暖、空調(diào)系統(tǒng)來控制室內(nèi)環(huán)境【l 】。隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們逐漸認(rèn)識(shí)到在新建筑的設(shè)計(jì)以 及舊建筑的改造中，應(yīng)當(dāng)更多地采用可持續(xù)能源技術(shù)，充分利用自然通風(fēng)等綠色能源，將之與現(xiàn)代 建筑技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使建筑物最大限度地利用外部環(huán)境來造就一個(gè)可接受的、舒適的內(nèi)部環(huán)境。 長久以來，機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)都獨(dú)立發(fā)展，取得了一定的成就。在機(jī)械通風(fēng)中，對(duì)室內(nèi)空氣 流場(chǎng)的模擬已相當(dāng)成功，可求解室內(nèi)各個(gè)位置的溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等1 2 刪p 兒糾。自然通風(fēng)則由于 其不確定性，發(fā)展相對(duì)慢些，但是有關(guān)自然通風(fēng)的分析方法、作用原理和應(yīng)用也屢屢見于各類期刊 【6 】【7 【8 】【9 1 。機(jī)械通風(fēng)在辦公建筑和公共建筑中主要表現(xiàn)為封閉環(huán)境下空調(diào)的使用。密閉環(huán)境下引發(fā)的 病態(tài)建筑綜合癥等逐漸引起研究者們對(duì)通風(fēng)的關(guān)注。研究結(jié)果表明，通風(fēng)方式是影響室內(nèi)環(huán)境的最 重要因素之一【lo | ?；诟纳剖覂?nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適性以及+ 1 了能的目的，如何將自然通風(fēng)利機(jī)械通風(fēng) 東南j 、# i 學(xué)位論t 結(jié)臺(tái)起來以發(fā)展一種折的通風(fēng)形式一澎臺(tái)埡風(fēng)己成為近兒年采國內(nèi)外 叮究的課題。 建筑業(yè)是耗能火戶，全球約5 0 的能茸消耗與建筑的建造與使川過程有戈”?；炫_(tái)通風(fēng)技術(shù)集 成了傳統(tǒng)通風(fēng)技術(shù)的各自優(yōu)點(diǎn)研究茌e 臺(tái)通風(fēng)對(duì)丁建筑設(shè)計(jì)選到1 1 1 能環(huán)保的建筑室山環(huán)境調(diào)協(xié)具有 重要意義， 國際能源署( i e a ) 丁1 9 9 5 年制定了專ij 的研究計(jì)o i e a a a n e x2 7 ”e v a l u a t i o no f d o m e s t i c v e n t i l a t i o ns y s t e m s ”_ l “，1 9 9 7 年6 削義通過了芙丁住新建自l 故造的建蓑中麻州混臺(tái)通風(fēng)的研究計(jì)劃 i e a a n n e x3 5 ”h y b r i d v m t i l a t i o n i n n e wa n d r e t r o f i a e d o f f i c e b u i l d i n g ”l | q ：畋盟也有相戈的研究項(xiàng)目 1 4 1 相關(guān)的研究成果逐步在實(shí)際樣中得到較好的應(yīng)。 混臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)的研究初始 - i t 歐，這和當(dāng)?shù)氐臍夂蛴?女人戈系。j 匕吹博丁嚴(yán)寒地區(qū)，同護(hù)結(jié)構(gòu) 嚴(yán)密，保溫性钷良好，皇季的空滴j 負(fù)荷較少，能更多利川戶外空氣朐自然冷撐以廿約a j 制冷。 國外學(xué)者為了研究混合通風(fēng)，成立了各種研究小組包括伯克利的c a l i f o r n i a 大學(xué)，n a w t 等。1 9 9 8 年世界能源組織聯(lián)臺(tái)1 8 4 國家成盤了混合通風(fēng)專題研究小組，已成功舉行t 4 次臺(tái)議。該小組的研究 課題( 即a m l e x3 5 ) 分為四個(gè)部分掘臺(tái)通風(fēng)控制方案的研究混臺(tái)通風(fēng)特性的理論和實(shí)驗(yàn)研究， 泄臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)的分析方法研究；掛臺(tái)通風(fēng)案例研究。我國香港車育尉教授承擔(dān)的是分析方法研究 他已針對(duì)掘臺(tái)通風(fēng)提出t m i x 欄式等方法這些方洼已被聲川證實(shí)際f 程中i l 。 匈牙利布逃佩蜥人學(xué)的c s a b as z i k r a 對(duì)崔臺(tái)通風(fēng)的研究提出了整體的綜合設(shè)計(jì)理念”。挪威特隆 赫姆的s t 衄o l a f ha l l s s e a ，m o n i c a b e m e r 根據(jù)調(diào)卉結(jié)果丐了智能仃能建筑報(bào)告，日的是向設(shè)計(jì)青、f 程師和斑策者提供設(shè)計(jì)混合通風(fēng)策略的關(guān)鍵困索，咀便更好的在設(shè)計(jì)中站到悼能和室內(nèi)環(huán)境的平衡 ”“。芬蘭赫爾辛基大學(xué)、愛沙尼亞大學(xué)的f r e d e r i c k k t e y e m i k k o h a u t a l a 等對(duì)當(dāng)?shù)? 4 鷹乳牛場(chǎng)使蹦 混合通風(fēng)以后的室內(nèi)熱舒適和空氣質(zhì)量進(jìn)行了調(diào)查分析，研究 結(jié)果表明室內(nèi)狀況受建筑設(shè)計(jì)、室外溫度、風(fēng)速等田素的綜合 影響，并研究了動(dòng)物活動(dòng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，使川泄臺(tái)通風(fēng)后 的乳牛場(chǎng)火部分時(shí)間室內(nèi)通風(fēng)量乖i 室內(nèi)1 氣質(zhì)蛀都符臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)要 求”。美國耶普人學(xué)的j a x i e y 等研究了一種剛丁對(duì)建筑進(jìn)行夜 間冷卻的混臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，第一要合理的分析氣候， 第= 要建屯預(yù)估方法確定拄帝i 策略和控制元什，第三要對(duì)熱場(chǎng) 巾的空氣流動(dòng)進(jìn)行分析”，德國的j e a p f a f l e r o t t 對(duì)夜間通風(fēng)對(duì)辦 公建筑被動(dòng)冷卻進(jìn)行了建模結(jié)合對(duì)比實(shí)驗(yàn)建立了評(píng)1 古方法”。 目前全世界已經(jīng)建造了一些溜臺(tái)通風(fēng)建筑，分別丹布在十 幾個(gè)不同的國家”，主要是些辦公樓和停車場(chǎng)管立正德國的 法蘭克福商業(yè)銀行8 “，悉尼的成爾金森辦公樓比利時(shí)的i v g e 辦公樓丹麥的p m l s o nh q 辦公樓，挪威的j e a r 學(xué)?！?，還 有許多正處于計(jì)劃或建造中。在人多數(shù)建筑中混臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng) 基本組成包括風(fēng)機(jī)、c q 和溫度傳尊器、手動(dòng)蜮口動(dòng)操作的門宙 及其它特殊通風(fēng)口f 如通風(fēng)塔等h 少數(shù)建筑還利州地r 風(fēng)道、地 下管路或地下靜壓室來碩處理新風(fēng)。 日本東京明冶大學(xué)的自由塔使用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)交互 的通風(fēng)方式，如圖1 i 所示，該建筑1 - 1 7 層，沿周邊窗戶中均布 置了自動(dòng)控制的通風(fēng)口在電梯通道頂部裝有抽風(fēng)機(jī)，工作時(shí)， 由于抽風(fēng)機(jī)的作用，空氣由窗戶上的小風(fēng)口吸入，經(jīng)由房間中 布置的通風(fēng)管道，匯合到異層的噸梯通道口然后在1 8 層中向 四周捧艘。在這個(gè)設(shè)計(jì)中機(jī)械通風(fēng)乖j 自然通風(fēng)系統(tǒng)是交替工作 的，在春秋季使用自然通風(fēng)，在其他室外氣候不滿足人體舒適 性要求的其他時(shí)間使用機(jī)械通風(fēng)- - “。研究表明這種灌臺(tái)通風(fēng)模 式能增大通風(fēng)流量，減少能量消耗，全年平均可減少3 5 。在4 月時(shí)甚至可以減少9 0 i j “。 、j 。 t ，? 幽1 - 2 丹麥b a n g & o l u f s e n 指揮q ，一l 汴 。鼾秣ei： 鬻 翻潤i | 過 ；，；：f蜒玎葉盂硼 * a i ，一 _缸il，一即露鬟蠢凝馨j翻泛 * 丹壺的b a n 毆o l u f s e n 指扦中心債川風(fēng)機(jī)輔助式自然通風(fēng)，其通風(fēng)入口何置較低，斬風(fēng)通過管 道預(yù)熱后進(jìn) 室內(nèi)，山口伊r 樓梯頂部，在需要的時(shí)候，位丁岸順的風(fēng)機(jī)開啟加強(qiáng)通風(fēng)，如幽l - 2 所 示。該建筑巨人的玻璃面朝北，不受日光輻射的影響+ 南面有個(gè)中等人小的窗戶區(qū)域，向天該窗 戶可由坩戶手動(dòng)調(diào)節(jié)，夜司冷卻時(shí)陵窗戶由控制囂臼動(dòng)控制。需要進(jìn)行通風(fēng)的時(shí)候，通風(fēng)口打開。 如果通風(fēng)鼙還沒有逃列要求，風(fēng)機(jī)開啟，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)謎根據(jù)需要自動(dòng)櫥軺。b & o 指揮中心y - 混合通 風(fēng)系統(tǒng)的投資僅傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)的6 0 ，風(fēng)機(jī)的 能源消耗非常低，僅17k w h m 年，1 1 i 牟部電 能消耗的3 而室內(nèi)空氣質(zhì)量( 以宦山c 0 2 山指 標(biāo)) 1 f 常好j 。 挪威m e d i a 擘枝使抖j 熱壓和凡壓輔助式機(jī) 械通風(fēng)如醋i 3 所示，新風(fēng)從地面上的管路進(jìn) 入通過墻角的走廊分配到每個(gè)教室，風(fēng)塔上的 風(fēng)機(jī)通過出口瞄確保將從吾個(gè)方向米的風(fēng)排山。 通風(fēng)聳根據(jù)每個(gè)教室的c o ，傳感器00 9 量的結(jié)果 進(jìn)行按需控制。由丁控制系統(tǒng)的醴計(jì)火誤，該建 筑的能源消耗起柳高丁預(yù)刪，但是符臺(tái)挪威的參 考能螈消耗標(biāo)準(zhǔn)，如今通過控制系統(tǒng)的 叟進(jìn)這 問題已經(jīng)得到了解挑”“。 幽1 - 3 挪威m e d i i 學(xué)校 這些試驗(yàn)性混合通風(fēng)建筑主要是低層建筑( 除日本東京明治大學(xué)的自由塔) 一股位于低、中等 含塵濃度及低、中噪聲污染的區(qū)域?，F(xiàn)階段的混合通風(fēng)研究主要是如何使用控制方法以廈分析方法 保證建筑具有良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適度，以及對(duì)混合通風(fēng)系統(tǒng)組成部分進(jìn)行探l j 。 如今，混臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)已成功地應(yīng)塒于建筑的故建。住通風(fēng)系統(tǒng)翻新中，混臺(tái)通風(fēng)在能源消耗和 使剛者滿意度方面盼優(yōu)勢(shì)使得混臺(tái)通風(fēng)的推j 應(yīng)刑很有潛力。 除了澎臺(tái)通風(fēng)外，還有根多學(xué)者將目光挫向利h j 自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的另一種模式置換通 風(fēng)。在過去的十幾年里，國外對(duì)置換式通風(fēng)系統(tǒng)僦了人量研究“1 如英國的b s r i a ( b u i l d i n gs e r v i c e r e s e a k ha n d h 自m n l o n a s s o c i a t i o n ) 對(duì)部分置換式通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試和計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)，并將兩 個(gè)結(jié)果的溫度場(chǎng)乖l 速度場(chǎng)進(jìn)行，比較，劇干預(yù)測(cè)熱舒適度；挪威的s i n t e f ( t h ef o u n d a n o n f o r h a d t r iia n d k h n i c a l r e s e a r c ha t t h e n o r w 哪i n s t i t u t e o f t e c h n o l e 2 7 ) 對(duì)已有的置換式通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn) 行了大量的實(shí)地測(cè)試，升對(duì)幾種典型場(chǎng)所提出了置換通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則法國最大的企業(yè)之一一 法國電力( e d f ) 出資支持法國第三大國正l e t 實(shí)驗(yàn)生對(duì)置換式通風(fēng)進(jìn)行全面的、系統(tǒng)性的研究。 井為此建立了置換式通風(fēng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，側(cè)重于對(duì)置換式通風(fēng)系統(tǒng)干擾囡累如送風(fēng)量、熱氣流的溫度對(duì)置 換通風(fēng)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了細(xì)致研究和系統(tǒng)的計(jì)葬機(jī)仿真，開發(fā)仿真軟件，為置換式通風(fēng)系統(tǒng)的臺(tái)理 醴計(jì)提供依據(jù)。雨混臺(tái)通風(fēng)一樣。置換通風(fēng)也是充分利h i 自然通風(fēng)結(jié)合機(jī)械通風(fēng)以達(dá)到更好的室內(nèi) 環(huán)境同時(shí)節(jié)能環(huán)保和灌臺(tái)通風(fēng)的區(qū)別是制定控制策略時(shí)考慮的偏重點(diǎn)不同。 目前我國能源利用效率較低總利用的效率僅約3 0 ，生產(chǎn)單位產(chǎn)品成本的能耗比發(fā)達(dá)國家高 約6 0 1 0 0 節(jié)能是我國的基本國策。我國空調(diào)能耗占建筑能耗的5 0 6 5 ”“，如果能在一定溫度 范嗣內(nèi)合理應(yīng)用通風(fēng)來改善舒適性從而降低空調(diào)能耗，必將有著廣闊的應(yīng)用前景- 目前國內(nèi)對(duì)混 合通風(fēng)的研究主要集中于室內(nèi)空氣流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算和與通風(fēng)相關(guān)的滿力分析。湖南大學(xué)劉小波將一 種混臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)( 地f 風(fēng)道空氣降溫+ 置換通風(fēng)) 作為研究對(duì)罄，采用商用軟件f l u e n t 對(duì)該系統(tǒng)進(jìn) 行數(shù)值模擬，得到系統(tǒng)中溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)口”。湖南大學(xué)張國強(qiáng)等提出了一種新的自然通風(fēng)潛力評(píng)估 體系框架，運(yùn)用自然通風(fēng)基本理論，建立了自然通風(fēng)潛力評(píng)估模型，井對(duì)廣州地區(qū)某住宅建筑的自 然通風(fēng)潛力進(jìn)行了分析和評(píng)估【2 ”。湖南入學(xué)的林文、周軍莉、張國汪替用q u a l i f l e x 矩陣對(duì)我國八大 城市的自然通風(fēng)潛力進(jìn)行了多標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估分析 ”】。西南科技大學(xué)的段耿平采用度時(shí)( d e 審e e - h o u r s ) 方 法得出了預(yù)測(cè)自然通風(fēng)乖怩臺(tái)通風(fēng)潛力的計(jì)算公式，井且用該方法對(duì)j 匕京市典型氣候年的自然通風(fēng) 手混臺(tái)通風(fēng)游力進(jìn)行了預(yù)測(cè)“”。 目前國山外對(duì)使用自然通風(fēng)改善室內(nèi)熱舒適的作h j 已形成共識(shí)，但對(duì)如何利硝自然通風(fēng)仍缺乏 東南犬學(xué)顧上學(xué)位論文 行之有效的手段。對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，為滿足室內(nèi)健康的要求，一般房間換氣次數(shù)戍保證住1 次 l 以 上。江蘇省民用建筑熱環(huán)境與：肖能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)( d b 3 2 4 7 8 2 0 0 1 ) 則規(guī)定夏季空調(diào)建筑房間換氣次數(shù) 應(yīng)達(dá)劍1 5 次l l 。如此高的通風(fēng)換氣次數(shù)所帶來的建筑能耗是非?？捎^的。對(duì)了有較好保溫性能的住 宅來說，這方面的能耗占建筑總采暖、制冷能耗的比例將達(dá)i 3 1 2 1 2 9 1 ，岡此如果要進(jìn)一步降低能 耗，新的通風(fēng)換氣技術(shù)的研究勢(shì)在必行。目前在國內(nèi)的房地產(chǎn)項(xiàng)目中也已有了建筑輔助通風(fēng)手段的 嘗試，但總體上存在著對(duì)機(jī)械手段的過度依賴、與建筑集成度差以及無法實(shí)現(xiàn)智能化“按需通風(fēng)” 等諸多弊端。 目前，混合通風(fēng)研究處于初步階段，由于混合通風(fēng)設(shè)計(jì)中涉及到機(jī)械通風(fēng)和臼然通風(fēng)的配合問 題，它面臨著一些難題 z s l 。第一，混合通風(fēng)的應(yīng)用與節(jié)能狀況強(qiáng)烈受一個(gè)地區(qū)的氣候影響，尋求如 何根據(jù)本地氣候狀況，最大限度利用風(fēng)資源來改善室內(nèi)熱環(huán)境，并避免通風(fēng)換氣所造成的能耗問題 的混合通風(fēng)設(shè)計(jì)方案是進(jìn)一步降低住宅能耗的關(guān)鍵：第二，控制參數(shù)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)依舊是一大難 題，這項(xiàng)技術(shù)集成了建筑和機(jī)電控制，是一門交叉學(xué)科，直接決定了能否實(shí)現(xiàn)混合通風(fēng)方案并發(fā)揮 其優(yōu)勢(shì)；第三，現(xiàn)階段仍缺乏混合通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，且沒有明確的建筑節(jié)能方面的法規(guī)，以滿足人 們舒適要求和二悔能要求，設(shè)計(jì)混合通風(fēng)系統(tǒng)需要新的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)；第四，缺乏混合通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范。由 于混合通風(fēng)系統(tǒng)還處于簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用尚少，岡而也還沒有具體的混合通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范；第五， 一般混合通風(fēng)設(shè)計(jì)的初投資較大，通常業(yè)主不愿意在滿足基本使用的基礎(chǔ)上多花錢，這也是混合通 風(fēng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的巨人障礙。這些問題都有待解決。 根據(jù)上述分析，研究適應(yīng)本地氣候條件的混合通風(fēng)方案，設(shè)計(jì)控制參數(shù)和控制系統(tǒng)，并且盡可 能的降低成本，這種技術(shù)及其與建筑集成的研究成果必將有著廣闊的應(yīng)用前景，可著力推動(dòng)江蘇省 的建筑節(jié)能事業(yè)的深入發(fā)展。 1 3 本文研究目的和內(nèi)容 經(jīng)過多年的發(fā)展，目前國外在機(jī)械通風(fēng)技術(shù)及產(chǎn)品設(shè)備方面已日臻完善，混合通風(fēng)技術(shù)研究也 有很快的發(fā)展，但仍存在著產(chǎn)品價(jià)格過高、過度依賴機(jī)械通風(fēng)方式、不完全適應(yīng)江蘇省氣候特點(diǎn)等 諸多問題。國內(nèi)在住宅通風(fēng)技術(shù)方面以自然通風(fēng)方式為主，還未形成產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變。研究江蘇省的氣 候特點(diǎn)，并提出適合江蘇省氣候條件的混合通風(fēng)系統(tǒng)方案及其控制設(shè)備將填補(bǔ)我國在住宅混合通風(fēng) 技術(shù)研究和應(yīng)用的空白，經(jīng)適當(dāng)引導(dǎo)這項(xiàng)技術(shù)必將有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 本課題是混合通風(fēng)技術(shù)及其在住宅中的應(yīng)用研究的子課題，主要研究?jī)?nèi)容在于研究混合通 風(fēng)的控制策略及開發(fā)控制設(shè)備。 ，本文主要的工作如下： 一、制定出混合通風(fēng)策略 混合通風(fēng)的應(yīng)用和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件密切相關(guān)，要在研究江蘇省氣候特點(diǎn)的基礎(chǔ)上制定合適的混 合通風(fēng)策略。 二、設(shè)計(jì)混合通風(fēng)控制策略 住宅通風(fēng)受許多因素的影響，有的甚至是起相反作用，如何根據(jù)室內(nèi)外的環(huán)境因子確定合適的 通風(fēng)量，需要一定的控制策略。由于很難建立一個(gè)精確的適合于控制的數(shù)學(xué)模型，無法利用傳統(tǒng)的 控制。模糊控制理論可以模擬人的思維方式并利用人們?cè)趯?shí)際控制過程中積累的經(jīng)驗(yàn)達(dá)到優(yōu)化控制 的目的。本文將采用模糊控制的原理，將人的控制經(jīng)驗(yàn)數(shù)量化，在控制過程中，自動(dòng)根據(jù)外界環(huán)境 的變化控制混合通風(fēng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整通風(fēng)量的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的目的。 三、開發(fā)控制系統(tǒng) 為了保證控制策略得到可靠地實(shí)施，需要設(shè)計(jì)了一套控帶吵系統(tǒng)。該系統(tǒng)要能采集室內(nèi)外氣象參 數(shù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，用運(yùn)算結(jié)果控制混合通風(fēng)的執(zhí)行器。 4 第二章住宅混合通風(fēng)理論研究 第二章住宅混合通風(fēng)理論研究 2 1 混合通風(fēng)的定義及目的 通風(fēng)的土要目的是提供合適的室內(nèi)空氣質(zhì)量和室內(nèi)溫度?；旌贤L(fēng)系統(tǒng)兼具自然通風(fēng)和機(jī)械通 風(fēng)兩種模式，在一年中不同的季仃或一天中不同的時(shí)間段，混合通風(fēng)系統(tǒng)使用不同的通風(fēng)系統(tǒng)部分， 及時(shí)地、最大限度地利用周嗣環(huán)境以降低能耗。它與傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)最大的區(qū)別在于混合通風(fēng)系統(tǒng)中 設(shè)置了控制系統(tǒng)，能自動(dòng)切換自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)以減少能耗。表2 1 列出的是在a l l r l e x3 5 1 3 1 中通 過的混合通風(fēng)的定義和目的。 表2 1 混合通風(fēng)的定義和目的 混合通風(fēng)是一種具有兩種模式的系統(tǒng)，兩種模式的動(dòng)力分別為自然和機(jī) 混合通風(fēng)的定義械動(dòng)力。通過控制方法的應(yīng)用，在提供可接受室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適的 同時(shí)使得能源消耗最少 通風(fēng)系統(tǒng)的目的是為保證室內(nèi)空氣品質(zhì)提供新風(fēng)，還有些需額外為熱調(diào) 通風(fēng)目的 ：誨和熱舒適供風(fēng) 控制系統(tǒng)目的控制系統(tǒng)目的是確立在最低能耗下的換氣率和氣流形式 2 2 江蘇省住宅熱環(huán)境分析 江蘇省位于中緯度距洲大陸東岸，屬東亞季風(fēng)區(qū)，又屬亞熱帶和暖溫帶的過渡區(qū)?；春右阅系?廣大地區(qū)屬于北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，淮河以此地區(qū)為南溫帶半濕潤季風(fēng)氣候。 以省會(huì)南京市為例，南京位于北緯3 1 。1 4 一3 2 。3 67 ，東經(jīng)1 1 8 。2 2 一1 1 9 。1 4 ，地處我國東南部的長 江中下游，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，雨量充沛，年平均氣溫1 5 4 0 c ，年均降水量1 1 0 6 m m 。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)( 見表2 2 ，2 3 ) 該地區(qū)夏季炎熱，濕度大，室外溫度3 0 0 c 一3 7 9 。c ，相對(duì)濕度7 5 一8 5 ； 冬季陰冷潮濕，最冷月溫度o o c 一8 。c ；相對(duì)濕度8 0 一8 5 。 表2 2 南京市1 9 6 l 。1 9 9 0 年3 0 年的月均地面氣象記錄【3 0 1 月份 l23456 78 91 01 11 2 平均氣溫( ) 2 13 78 51 4 82 0 22 4 42 7 92 7 72 2 71 6 91 0 44 1 極端最高氣溫( ) 2 12 5 52 9 53 3 33 5 73 7 93 9 74 0 53 7 43 3 12 8 62 3 1 極端最低氣溫( ) 一1 3 。11 3 。05 o0 05 011 81 6 81 7 27 70 26 31 1 8 相對(duì)濕度 7 47 57 47 57 5 7 88 28 l8 0 7 87 7 7 4 風(fēng)速m s 2 62 93 23 02 82 72 62 62 52 32 42 3 表2 3 南京市冬、夏季氣候參數(shù) 南京冬季天氣參數(shù)南京夏季天氣參數(shù) 項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù) 最冷月月平均氣溫( ) 1 9 最熱月月平均氣溫( ) 2 8 0 極端最低氣溫( ) 1 4 0 極端最高氣溫( ) 4 3 0 日平均氣溫的天數(shù) 8 3 全年日最高氣溫2 3 5 的天數(shù)2 l 最冷月月平均相對(duì)濕度( ) 7 3 最熱月月平均相對(duì)濕度( ) 8 l 5 t 南j 、f * - i 避上 南京四周低山盤曲，山環(huán)水繞，臼然風(fēng)虢拙特( 札剴2 1 ) 。 氣勢(shì)磅礴的k 江n 州向爾橫穿市醫(yī)，轄山有秦淮7 n i 、皇武洲、 奠愁剎、t 臼湖、川城湖等流域爾網(wǎng)縱橫交織，水面l i 全市面 積1 i4 ，水資源豐富四周群山環(huán)繞首尾相迕卅面為象山、 老虎山、獅子山、清瘟山，南而有牛苜山、巖山、黃龍山，j 、 面有鐘山、靈山、肯龍山，j e 面有鳥龍山、燕子礬、冪腑山， 山地、匠陵，【z 全市面積6 4 ；是華j 、低山丘陵集中的土耍區(qū)域 之一， 目22 為城市風(fēng)玫瑰劇，覃_ 凹所示，城市全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)?東b 偏東南，夏季多為東南風(fēng)，冬季則以東北風(fēng)為主。受k 江 水域與區(qū)域內(nèi)水系影響，空氣濕度高，而6 、7 月份梅雨季節(jié)時(shí) 期的連續(xù)降水，更增加空氣的相對(duì)濕度。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)( 見表22 23 ) 該地區(qū)夏季炎熱。濕度大，寶外濡度3 0 0 c 一3 79 。c ，相對(duì) 濕度7 5 札8 5 ；冬季陰冷潮濕，最玲月溫度0 。c 8 。c ；相對(duì)濕j 雯 8 0 8 5 。根據(jù)江蘇氣象臺(tái)站對(duì)全年每天2 4 小時(shí)的8 7 6 0 條氣象 數(shù)據(jù)，可知南京每年有3 3g 的靜風(fēng)天氣，靜風(fēng)率高，導(dǎo)致無法 通過自然通風(fēng)選刨】筇溫的目的。 如今隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，城市建筑密度日盞增加，建筑 物之閫的相互遮擋給自然通風(fēng)的應(yīng)用帶來很大的阻礙，嚴(yán)重臃 低了自然通風(fēng)對(duì)室內(nèi)熱舒適性的改善效果。南京地區(qū)夏季七、 八月平均溫度較高，最熱月平均儡度為2 79 0 c ，極端溫度為 4 05 0 c ，歷年7 月平均相對(duì)濕度為8 2 ，高溫悶熱使i 凡組難在術(shù) 經(jīng)處理的房間內(nèi)久待；冬季最冷月平均氣溫2i o c ，極端溫度 1 3l 。c ，相對(duì)濕度較高，最冷爿平均相對(duì)濕度選7 5 。胡濕，畦 氣使室內(nèi)居住者倍感寒冷難耐。匿地區(qū)既有冬季栗暖x 前皇季 降溫的需求，但根據(jù)我國建筑熱 ：設(shè)計(jì)規(guī)范，南京城鎮(zhèn)住宅冬 季不設(shè)置集中采鹺，加之目前建筑設(shè)計(jì)對(duì)自然環(huán)境因素考慮鉸 少來能充分利用自然氣候資源室內(nèi)熱環(huán)境昔遍較籌。 南京屬r 我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生 活水平提高，南京 的居住環(huán)境獲得了較大改善，居住熱環(huán)境 與人體熱感覺、熱舒適司題正成為人們所關(guān)注的熱點(diǎn)問題 目2 1 自京目部地地貌目 目2 - 2 南2 r 攻耽目 削2 - 3 * 宅配置狀況目 們追求熱舒適的愿望越來越強(qiáng)，這無可厚非，然而，完全的穩(wěn)定的熱舒適，只有采圳充分的空調(diào)設(shè) 備的房間才能完成，對(duì)大量性建筑來說接舒適要求米規(guī)定空山熱環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是不恰當(dāng)?shù)?，田為所?房間中都采用完善的空調(diào)設(shè)備，不僅經(jīng)濟(jì)上不現(xiàn)實(shí)，對(duì)環(huán)境有害，而且從生理上講人們艮胡處于兒 乎穩(wěn)定的室內(nèi)熱環(huán)境中，也降低人體對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力，不利健康。斟2 - 3 所示南京某住宅樓 室外空調(diào)掛機(jī)配置狀況由此可見，目前住宅多依賴能耗設(shè)備以維持室內(nèi)舒適度，這種狀況不僅增 加建筑能耗，而且影響城市環(huán)境質(zhì)量。 中國的能源緊缺己嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。建筑空調(diào)采暖及照明等年能耗占全國總年能耗約1 h ， 而建筑的空調(diào)采暖能耗又占建筑能耗的大部分，故原來的高舒適度高能耗的建筑己嚴(yán)重影響國比經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展，所以利用可再生資源大力發(fā)展高舒適度低能耗的建筑既利國義利k 。 隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)開始嘗試建遺低能耗、離舒適度的住宅。以南京朗詩國際街區(qū)地塊 節(jié)能建筑系統(tǒng)為例”，該工程設(shè)有柔和空調(diào)系統(tǒng)技得建筑對(duì)朝向沒有特別的要求。柔和空調(diào)系統(tǒng) 是由外墻外保溫系統(tǒng)、屋頂?shù)孛姹叵到y(tǒng)、中空l o w - e 玻璃窗、外遮剛系統(tǒng)頂棚輻射系統(tǒng)、置換新 風(fēng)系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等組成，這種柔和空調(diào)系統(tǒng)可以有效的隅斷墑體與室外間的能量傳遞，阻捎 太h 】輻射熟，隔斷首層與地f 空間的能越傳遞通過這系統(tǒng)，人人降低了建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)能耗。該 建筑的置換新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量按3 0 m 3 m 人供給。夏季新風(fēng)主要承擔(dān)室內(nèi)滿熱負(fù)荷_ ；殳很小部分的顯熱 ；鬻瓣洶 1一fi-g_1室蔓疆藩鹱溢 第一二棗停宅混合通風(fēng)理論研究 負(fù)荷，新風(fēng)機(jī)械表冷溫度為1 4 ，相對(duì)濕度為1 0 0 ，送入室內(nèi)為1 6 ，相對(duì)濕度為9 0 ，保持室 內(nèi)溫度在2 4 - - 2 6 ，濕度在5 0 6 5 之間，不但提高了熱舒適性，并且讓人始終處在健康的新風(fēng) 環(huán)境中。另外該：i ：程新風(fēng)系統(tǒng)中采肘了全熱同收裝置，能有效地同收排風(fēng)中7 0 左右能簧，從而達(dá) 到：1 7 能的目的。 在熱環(huán)境方面，我們不能岡陋就簡(jiǎn)，但也不能過分追求高指標(biāo)。根據(jù)氣象資料，屬于北亞熱帶 濕潤季風(fēng)氣候的南京，年平均氣溫1 4 4 ，年均風(fēng)速3 6 米秒，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北西南向，夏季以東 南風(fēng)為主，各月溫度逐時(shí)變化都是早晚低，午間較高，日溫差變化不大，風(fēng)速波動(dòng)變化較人，且波 動(dòng)具有一定的周期性。除夏季室外溫度較高，僅靠通風(fēng)并不能滿足人體的熱舒適要求，還需借助空 調(diào)等設(shè)備加以調(diào)節(jié)以外，其余火部分的時(shí)間依靠混合通風(fēng)都能滿足室內(nèi)熱舒適性要求，岡此南京地 區(qū)使用混合通風(fēng)滿足室內(nèi)熱舒適性不僅可行，而且潛力較入。 2 3 住宅利用混合通風(fēng)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法 由于混合通風(fēng)中自然通風(fēng)模式受自然氣候條件( 如室外風(fēng)速、風(fēng)向) 、建筑形式、建筑周圍環(huán)境、 建筑位置以及室內(nèi)熟源等閌素的強(qiáng)烈影響，具有不可確定性和復(fù)雜性，這給混合通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶 來較大的困難。因此，其設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)、十術(shù)設(shè)計(jì)密切配合，需建筑師、十術(shù)! r 程師、機(jī)電f 程師甚至房主的參與【2 2 1 ，未米建筑物的整體設(shè)計(jì)將越來越重要。它的設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下三個(gè)方面的設(shè) 計(jì)： 一、建筑與自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一幢優(yōu)秀的建筑，除了有良好的建筑外形，滿意的建筑功能 外，還應(yīng)能充分運(yùn)用自然條件。因而，設(shè)計(jì)中除考慮建筑形式和用途外，還需考慮建筑物周圍環(huán)境、 室外氣候條件、室內(nèi)熱源情況等，以此米確定鬲護(hù)結(jié)構(gòu)的材料、顏色，窗戶的位置、大小、密封程 度及玻璃種類，通風(fēng)口的位置、大小、遮陽等，另外還可采用其他形式，如設(shè)立中庭、幕墑等來應(yīng) 用自然通風(fēng) 3 引。西安半坡遺址中古代房屋、汕頭的古城堡【3 4 1 和當(dāng)代需加拉邦戈邦都國際會(huì)議中心f 3 珂 都是建筑設(shè)計(jì)與自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切配合的典型例子。 二、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。要求在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，考慮應(yīng)用自然通風(fēng)的時(shí)間和方式，以避免 兩者之間的不利干擾。 三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。智能控制系統(tǒng)是決定混合通風(fēng)效果的關(guān)鍵岡素。一個(gè)優(yōu)秀的控制系統(tǒng)應(yīng) 能根據(jù)室外氣候條件與設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)機(jī)械通風(fēng)與自然通風(fēng)的轉(zhuǎn)換，達(dá)到改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、創(chuàng)造舒 適環(huán)境與節(jié)能的目的。 分析是正確地設(shè)計(jì)和控制混合通風(fēng)的關(guān)鍵，要貫穿混合通風(fēng)從設(shè)計(jì)到運(yùn)行的各個(gè)階段。在概念 設(shè)計(jì)階段，建筑師和工程師需決定基本通風(fēng)模式；在初步設(shè)計(jì)階段，工程師需快速估算通風(fēng)系統(tǒng)大 小和對(duì)設(shè)計(jì)選擇進(jìn)行評(píng)價(jià)；在施工圖設(shè)計(jì)階段，工程師需設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)細(xì)：肖和選擇最佳設(shè)計(jì)參數(shù)【2 引。 分析方法的主要任務(wù)有： 一、估量自然和機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，包括其中的通風(fēng)口、風(fēng)道、風(fēng)機(jī)等的數(shù)量； 二、評(píng)價(jià)通過整個(gè)建筑或通風(fēng)口的氣流速度； 三、分析整個(gè)建筑每間房間的氣流形式； 四、選擇控制方法和通風(fēng)方式，以達(dá)到能量最省并滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適要求。 混合通風(fēng)綜合了自然和機(jī)械通風(fēng)兩種通風(fēng)模式，需要控制的項(xiàng)目較多。主要包括以下項(xiàng)目： 一、自然通風(fēng)； 二、機(jī)械通風(fēng)； 三、兩種通風(fēng)模式的轉(zhuǎn)換； 四、自然通風(fēng)中輔助風(fēng)機(jī)； 五、夜間冷卻。 無論采取何種控制系統(tǒng)，控制參數(shù)的定義和選擇是控制方法設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。根據(jù)控制的目的不同 ( 舒適度，室內(nèi)空氣質(zhì)量，能量等) ，混合通風(fēng)控制包括溫度、壓降、濃度、氣流速度等參數(shù)的測(cè)定。 7 東南人學(xué)碩j j 學(xué)位論文 而通風(fēng)模式切換策略是混合通風(fēng)系統(tǒng)整體1 7 能的芙鍵。 控制方法主要分為三類：經(jīng)典控制方法、最優(yōu)和預(yù)測(cè)控制、先進(jìn)控制方法，混合通風(fēng)控制是多 種控制技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，包括簡(jiǎn)單的開關(guān)控制到復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制等。 一、經(jīng)典控制方法 相對(duì)簡(jiǎn)單，但有很多的限制，控制參數(shù)不能多于一個(gè)。對(duì)外部擾動(dòng)敏感。 二、最優(yōu)和預(yù)測(cè)控制方法 克服了經(jīng)典控制的一些局限，但是沒有發(fā)展到規(guī)?；a(chǎn)水平。 三、先進(jìn)控制方法 包括模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。它結(jié)合了專家控制系統(tǒng)知識(shí)，能控制多個(gè)參數(shù)，并能控制那 些定義不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膮?shù)( 如舒適指數(shù)) 。 綜合考慮本文控制的對(duì)象和現(xiàn)有的條件，采用模糊控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)混合通風(fēng)控制設(shè)備的控制。 2 4 適宜江蘇省氣候條件的混合通風(fēng)控制方案 混合通風(fēng)基本原理可分為三類【l3 j ： 一、自然通風(fēng)模式和機(jī)械通風(fēng)模式交替運(yùn)行 如圖2 - 4 ( a ) 所示，其特點(diǎn)為：在室外條件允許自然通風(fēng)的情況下，機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉；當(dāng)室外 環(huán)境溫度升高或降低至某一限度時(shí)，自然通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉而機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)開啟。自然通風(fēng)對(duì)機(jī)械通風(fēng) 基本上無干擾。設(shè)計(jì)該種通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，如何選擇合適的控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)模式與機(jī)械通風(fēng)模式 之間的轉(zhuǎn)換是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。 二、風(fēng)機(jī)輔助式自然通風(fēng) 如圖2 - 4 ( b ) 所示，其特點(diǎn)為：在所有氣候條件下都以自然通風(fēng)為主，但當(dāng)自然驅(qū)動(dòng)力不足的情 況下，可開動(dòng)風(fēng)機(jī)維持氣流的流動(dòng)和保證氣流流速的要求。如何設(shè)計(jì)自控系統(tǒng)以根據(jù)自然驅(qū)動(dòng)力的 強(qiáng)弱來控制風(fēng)機(jī)的開停是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。 三、熱壓和風(fēng)壓輔助式機(jī)械通風(fēng) 如圖2 _ 4 ( c ) 所示，其特點(diǎn)為：在所有氣候條件下都以機(jī)械通風(fēng)為主，熱壓和風(fēng)壓等自然驅(qū)動(dòng)力 為輔。如何根據(jù)風(fēng)壓和熟壓的大小變化來控制機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。 圖2 _ 4 主要混合通風(fēng)原理 在不同的季節(jié)和氣候條件下，混合通風(fēng)表現(xiàn)出不同的形式。在一年或一天當(dāng)中，根據(jù)室外氣候 的特點(diǎn)，機(jī)械通風(fēng)與自然通風(fēng)同時(shí)使用或單獨(dú)使用。如圖2 5 ，存在三個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，溫度從小變大時(shí)， 分別為機(jī)械通風(fēng)向自然通風(fēng)的轉(zhuǎn)換、自然通風(fēng)向風(fēng)機(jī)輔助式自然通風(fēng)的轉(zhuǎn)換、風(fēng)機(jī)輔助式自然通風(fēng) 向機(jī)械通風(fēng)的轉(zhuǎn)換f 2 8 】。這三個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)處的室外溫度的確定與室外氣候、舒適溫度及建筑熱特性密切 相關(guān)，其值關(guān)系到混合通風(fēng)的節(jié)能和改善熱舒適性的優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮。 ： ， 8 第二章住宅混合通風(fēng)理論研究 一一 一- 二一 囂張滋發(fā)滿簏曙琵 圖2 5 自然通風(fēng)舒適區(qū)和適合于自然通風(fēng)的溫度區(qū) 根據(jù)南京夏季的氣候特點(diǎn)，主要是悶熱和多靜風(fēng)的特點(diǎn)，