重慶大學(xué)  龍恩深

一、把握通風(fēng)矛盾共性的必要性
    大家已知道，通風(fēng)與建筑能耗的關(guān)系非常復(fù)雜。《氣候資源瓶頸》通過對南北中典型城市的氣候資源研究，指出通風(fēng)不僅是南方、也是北方空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)，理性地批判了南方做好通風(fēng)節(jié)能的片面觀點(diǎn)?！锻L(fēng)是把“雙刃劍”》以廣州氣象條件為背景、采用逐時(shí)模擬的手段、定量地找出做好并控好通風(fēng)的最大節(jié)能潛力，分析當(dāng)各種因素導(dǎo)致通風(fēng)失控時(shí)空調(diào)能耗的飆升，指出通風(fēng)對空調(diào)能耗正反兩個(gè)方面影響的上、下限范圍，有助于人們認(rèn)識實(shí)際建筑通風(fēng)的“雙刃劍”作用，揭示了對通風(fēng)節(jié)能的片面宣傳可能對南方建筑節(jié)能產(chǎn)生的嚴(yán)重誤導(dǎo)。雖然這些研究結(jié)果對通風(fēng)問題的認(rèn)識是十分重要的，但它還不足以幫助人們?nèi)嬲J(rèn)識通風(fēng)問題。沒有把握通風(fēng)矛盾的共性，就不能正確指導(dǎo)工程實(shí)踐。這里我們首先討論通風(fēng)與溫控能耗的辯證關(guān)系。

二、研究假設(shè)條件
    溫控能耗主要是指為了保證室內(nèi)空氣溫度達(dá)到舒適狀態(tài)所必需消耗的能源。它包括空調(diào)降溫和采暖升溫兩個(gè)方面（空調(diào)26℃、采暖18℃），前面討論南方建筑通風(fēng)問題時(shí)只涉及了空調(diào)能耗。實(shí)際上，建筑通風(fēng)對空調(diào)、采暖能耗都有重要影響。因此，要尋找通風(fēng)與建筑能耗的共性規(guī)律，必須同時(shí)考慮在不同城市的氣候條件下通風(fēng)對空調(diào)、采暖能耗的影響。為此，研究的背景城市選擇哈爾濱、北京、西安、成都、重慶、武漢、南昌、杭州、上海、南寧、福州和廣州12個(gè)，它們分別位于嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)；采用對應(yīng)城市的代表年氣象數(shù)據(jù)庫作為分析依據(jù)；建筑對象同前，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性按照夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；考察當(dāng)其它條件完全相同時(shí)，相同建筑的通風(fēng)換氣次數(shù)作相同的增加（0~1.5次/h）；認(rèn)為當(dāng)室外氣溫在舒適范圍（18~26℃），良好的自然通風(fēng)完全可以使室內(nèi)舒適；空調(diào)的啟動(dòng)控制是溫度控制模式，只保證室內(nèi)溫度達(dá)到舒適狀態(tài)，這時(shí)僅計(jì)入通風(fēng)帶入的顯熱。模擬方法采用建筑能耗基因理論的特征溫度法。

三、通風(fēng)與溫控能耗的個(gè)性
     通過模擬研究，建筑能耗基因理論告訴我們：（1）在同一城市，相同建筑的通風(fēng)換氣次數(shù)越大，空調(diào)溫控能耗越高，采暖溫控能耗也越高；（2）相同建筑、相同的通風(fēng)換氣次數(shù)下，在12個(gè)不同城市的空調(diào)溫控能耗最大差異達(dá)20倍以上，在12個(gè)不同城市的采暖溫控能耗最大差異達(dá)達(dá)倍以上。（3）對于相同建筑，通風(fēng)換氣次數(shù)作相同的增加，在不同氣象條件下的12個(gè)城市，全年空調(diào)溫控能耗增加的絕對量是不同的，最大差異在24倍以上；（4）全年采暖溫控能耗增加的絕對量也是不同的，不同城市之間的最大差異在20倍以上；（5）相同建筑、換氣次數(shù)作相同的增加時(shí)其全年采暖或空調(diào)溫控能耗增加的絕對量與該城市的氣象條件密切相關(guān)，正是這種顯著的差異決定了通風(fēng)與溫控能耗的個(gè)性規(guī)律。

四、通風(fēng)溫控能耗的共性
     圖1是利用建筑能耗基因理論的特征溫度法模擬的對象建筑在中國12個(gè)背景城市的氣象條件下，換氣次數(shù)從0增加到1.5次/h時(shí)，全年空調(diào)、采暖溫控能耗增加率在不同城市之間的比較；前提條件是當(dāng)室外氣溫為18~26℃時(shí)無需空調(diào)、采暖（依靠自然通風(fēng)），“RVR-H”與“RVR-C”分別代表采暖、空調(diào)的通風(fēng)溫控能耗增加率。從該圖可以看出：（1）對同一建筑換氣次數(shù)作相同的增加，不同城市的采暖溫控能耗增加率是相近的（56.0~61.2%）；（2）不同城市的空調(diào)溫控能耗增加率差異不大（3.2~12.6%），特別是除了哈爾濱、成都外其它城市都比較相近；（3）在相同條件下的采暖溫控能耗增加率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空調(diào)溫控能耗增加率。正是這種通風(fēng)的空調(diào)、采暖溫控能耗增加率在不同氣候背景下的相近性決定了通風(fēng)與溫控能耗的共性規(guī)律。

     　　　　　  圖1 通風(fēng)換氣次數(shù)都從0增加到1.5次/h時(shí)，各城市溫控能耗增加率的比較

    但是，我們不難發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)與溫控能耗的共性規(guī)律中蘊(yùn)藏著豐富的個(gè)性特征。如果利用建筑能耗基因理論從微觀到宏觀的基因分析方法，對模擬的逐時(shí)數(shù)據(jù)按某種“基因”分類進(jìn)行剖析，則可揭示為什么存在共性規(guī)律、共性規(guī)律中蘊(yùn)涵個(gè)性的根本原因：

    （1）當(dāng)換氣次數(shù)作相同的增加時(shí)，逐時(shí)、逐月、逐日采暖能耗增加率的分布規(guī)律（分類基因圖譜）在不同氣象條件下是相似的，正因?yàn)檫@種相似性決定了在不同氣象下全年采暖能耗增加率是相近的。

    （2）進(jìn)一步研究基因圖譜發(fā)現(xiàn)，不同城市的逐時(shí)采暖溫控能耗增加率的下限是非常接近的，但上限差異很大，即變化范圍存在較大的差異?？拷孪薜哪切r(shí)刻一般是干球溫度較低的夜間，采暖負(fù)荷占全年比例大，權(quán)重較大；而上限區(qū)時(shí)刻一般是在有太陽輻射的白天，基礎(chǔ)采暖負(fù)荷較低，但當(dāng)室外氣溫較低時(shí)，通風(fēng)負(fù)荷比例就較大，最大時(shí)通風(fēng)導(dǎo)致的采暖溫控能耗增加率可能高達(dá)1000%。而全年采暖溫控能耗增加率是一個(gè)加權(quán)值，它接近于下限，但不同城市的接近程度取決于較高時(shí)刻采暖負(fù)荷占全年總負(fù)荷的權(quán)重，這是采暖能耗增加率基本接近但存在個(gè)性差異的原因。

    （3）當(dāng)換氣次數(shù)作相同的增加時(shí)，逐時(shí)空調(diào)溫控能耗增加率的分布規(guī)律（分類基因圖譜）在不同氣象條件下是相似的，正因?yàn)檫@種分布相似性決定了在不同氣象條件下全年空調(diào)溫控能耗增加率相近的共性。

    （4）不同城市的逐時(shí)空調(diào)溫控能耗增加率的下限是非常接近的，但上限差異也很大。與采暖不同的是，靠近下限的那些時(shí)刻一般是有太陽輻射的白天，空調(diào)負(fù)荷占全年比例大，權(quán)重較大；而上限區(qū)時(shí)刻一般是在無太陽輻射的夜間，基礎(chǔ)空調(diào)負(fù)荷較低，但當(dāng)室外氣溫較高時(shí)，通風(fēng)負(fù)荷比例就較大，故通風(fēng)導(dǎo)致的空調(diào)溫控能耗增加率可能高達(dá)120%。而全年空調(diào)溫控能耗增加率是一個(gè)加權(quán)值，它接近于下限，但不同城市的接近程度取決于夜間時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷占全年總負(fù)荷的權(quán)重。如圖1，哈爾濱夜間幾乎沒有空調(diào)能耗，因此最低；成都夜間需要空調(diào)的時(shí)刻較少，也較低。而重慶夜間需要空調(diào)的時(shí)刻較多，且白天干球溫度又略高于其它城市，因此通風(fēng)影響最大。不同城市的氣候差異是導(dǎo)致通風(fēng)空調(diào)能耗增加率存在個(gè)性差異的原因。

更多的論述可參考下列文獻(xiàn)：  
    1、Long Enshen, Lin Zhenguo, Are the relative variation rates (RVRs) of energy consumption approximate in different cities for the same increase of ventilation rate? Building and Environment 2005;40 (4): 489-496
    2、Long Enshen, Xiao Yimin, Identifications: the relative increase rates of cooling or heating energy consumption are approximate in different cities with the same increase of ventilation rate, Building and Environment 2005;40 (4): 497-505

來源: 暖通空調(diào)建筑節(jié)能基因網(wǎng)