重庆大学 龙恩深
一、把握通风矛盾共性的必要性
大家已知道，通风与建筑能耗的关系非常复杂。《气候资源瓶颈》通过对南北中典型城市的气候资源研究，指出通风不仅是南方、也是北方空调节能的关键技术，理性地批判了南方做好通风节能的片面观点。《通风是把“双刃剑”》以广州气象条件为背景、采用逐时模拟的手段、定量地找出做好并控好通风的最大节能潜力，分析当各种因素导致通风失控时空调能耗的飙升，指出通风对空调能耗正反两个方面影响的上、下限范围，有助于人们认识实际建筑通风的“双刃剑”作用，揭示了对通风节能的片面宣传可能对南方建筑节能产生的严重误导。虽然这些研究结果对通风问题的认识是十分重要的，但它还不足以帮助人们全面认识通风问题。没有把握通风矛盾的共性，就不能正确指导工程实践。这里我们首先讨论通风与温控能耗的辩证关系。
二、研究假设条件
温控能耗主要是指为了保证室内空气温度达到舒适状态所必需消耗的能源。它包括空调降温和采暖升温两个方面（空调26℃、采暖18℃），前面讨论南方建筑通风问题时只涉及了空调能耗。实际上，建筑通风对空调、采暖能耗都有重要影响。因此，要寻找通风与建筑能耗的共性规律，必须同时考虑在不同城市的气候条件下通风对空调、采暖能耗的影响。为此，研究的背景城市选择哈尔滨、北京、西安、成都、重庆、武汉、南昌、杭州、上海、南宁、福州和广州12个，它们分别位于严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖地区；采用对应城市的代表年气象数据库作为分析依据；建筑对象同前，围护结构热工特性按照夏热冬冷地区节能标准设计；考察当其它条件完全相同时，相同建筑的通风换气次数作相同的增加（0~1.5次/h）；认为当室外气温在舒适范围（18~26℃），良好的自然通风完全可以使室内舒适；空调的启动控制是温度控制模式，只保证室内温度达到舒适状态，这时仅计入通风带入的显热。模拟方法采用建筑能耗基因理论的特征温度法。
三、通风与温控能耗的个性
通过模拟研究，建筑能耗基因理论告诉我们：（1）在同一城市，相同建筑的通风换气次数越大，空调温控能耗越高，采暖温控能耗也越高；（2）相同建筑、相同的通风换气次数下，在12个不同城市的空调温控能耗最大差异达20倍以上，在12个不同城市的采暖温控能耗最大差异达达倍以上。（3）对于相同建筑，通风换气次数作相同的增加，在不同气象条件下的12个城市，全年空调温控能耗增加的绝对量是不同的，最大差异在24倍以上；（4）全年采暖温控能耗增加的绝对量也是不同的，不同城市之间的最大差异在20倍以上；（5）相同建筑、换气次数作相同的增加时其全年采暖或空调温控能耗增加的绝对量与该城市的气象条件密切相关，正是这种显著的差异决定了通风与温控能耗的个性规律。
四、通风温控能耗的共性
图1是利用建筑能耗基因理论的特征温度法模拟的对象建筑在中国12个背景城市的气象条件下，换气次数从0增加到1.5次/h时，全年空调、采暖温控能耗增加率在不同城市之间的比较；前提条件是当室外气温为18~26℃时无需空调、采暖（依靠自然通风），“RVR-H”与“RVR-C”分别代表采暖、空调的通风温控能耗增加率。从该图可以看出：（1）对同一建筑换气次数作相同的增加，不同城市的采暖温控能耗增加率是相近的（56.0~61.2%）；（2）不同城市的空调温控能耗增加率差异不大（3.2~12.6%），特别是除了哈尔滨、成都外其它城市都比较相近；（3）在相同条件下的采暖温控能耗增加率远远高于空调温控能耗增加率。正是这种通风的空调、采暖温控能耗增加率在不同气候背景下的相近性决定了通风与温控能耗的共性规律。
图1 通风换气次数都从0增加到1.5次/h时，各城市温控能耗增加率的比较
但是，我们不难发现，通风与温控能耗的共性规律中蕴藏着丰富的个性特征。如果利用建筑能耗基因理论从微观到宏观的基因分析方法，对模拟的逐时数据按某种“基因”分类进行剖析，则可揭示为什么存在共性规律、共性规律中蕴涵个性的根本原因：
（1）当换气次数作相同的增加时，逐时、逐月、逐日采暖能耗增加率的分布规律（分类基因图谱）在不同气象条件下是相似的，正因为这种相似性决定了在不同气象下全年采暖能耗增加率是相近的。
（2）进一步研究基因图谱发现，不同城市的逐时采暖温控能耗增加率的下限是非常接近的，但上限差异很大，即变化范围存在较大的差异。靠近下限的那些时刻一般是干球温度较低的夜间，采暖负荷占全年比例大，权重较大；而上限区时刻一般是在有太阳辐射的白天，基础采暖负荷较低，但当室外气温较低时，通风负荷比例就较大，最大时通风导致的采暖温控能耗增加率可能高达1000%。而全年采暖温控能耗增加率是一个加权值，它接近于下限，但不同城市的接近程度取决于较高时刻采暖负荷占全年总负荷的权重，这是采暖能耗增加率基本接近但存在个性差异的原因。
（3）当换气次数作相同的增加时，逐时空调温控能耗增加率的分布规律（分类基因图谱）在不同气象条件下是相似的，正因为这种分布相似性决定了在不同气象条件下全年空调温控能耗增加率相近的共性。
（4）不同城市的逐时空调温控能耗增加率的下限是非常接近的，但上限差异也很大。与采暖不同的是，靠近下限的那些时刻一般是有太阳辐射的白天，空调负荷占全年比例大，权重较大；而上限区时刻一般是在无太阳辐射的夜间，基础空调负荷较低，但当室外气温较高时，通风负荷比例就较大，故通风导致的空调温控能耗增加率可能高达120%。而全年空调温控能耗增加率是一个加权值，它接近于下限，但不同城市的接近程度取决于夜间时刻空调负荷占全年总负荷的权重。如图1，哈尔滨夜间几乎没有空调能耗，因此最低；成都夜间需要空调的时刻较少，也较低。而重庆夜间需要空调的时刻较多，且白天干球温度又略高于其它城市，因此通风影响最大。不同城市的气候差异是导致通风空调能耗增加率存在个性差异的原因。
更多的论述可参考下列文献：
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
来源: 暖通空调建筑节能基因网