【摘 要】
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既要满足人民群众的美好生活需要,保障室内环境的舒适性与安全性,又要保护环境、节约资源是处理日益紧迫的资源、环境、经济和社会发展之间矛盾的重要原则。中小学教学楼是人员密集、在固定空间停留时间长、因通风不足导致室内空气质量不佳的典型代表场所。我国严寒地区中小学教学楼普遍采用自然通风,缺乏有效的、经济适用的通风技术与措施应对采暖时期室外低温气候条件时期的通风问题,教室空气质量差的问题尤为严重。基于上述问
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于绿色建筑设计及技术增量成本的多目标优化方法研究”（课题编号 51708364）； 国家自然科学基金面上项目“基于红外热成像的建筑外墙热阻动态辨识方法研究”（课题编号 51778168）； 国家重点研发计划项目子课题“基于文化传承的西北荒漠区绿色建筑设计模拟分析技术与工具”（课题编号:2017YFC
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既要满足人民群众的美好生活需要,保障室内环境的舒适性与安全性,又要保护环境、节约资源是处理日益紧迫的资源、环境、经济和社会发展之间矛盾的重要原则。中小学教学楼是人员密集、在固定空间停留时间长、因通风不足导致室内空气质量不佳的典型代表场所。我国严寒地区中小学教学楼普遍采用自然通风,缺乏有效的、经济适用的通风技术与措施应对采暖时期室外低温气候条件时期的通风问题,教室空气质量差的问题尤为严重。基于上述问题,为解决严寒地区采暖时期教室上课时期不适宜开窗通风的现实情况,本文通过中小学教学楼的现场调研、资料收集的63所中小学120栋教学楼进行整理,分析严寒地区中小学建筑和使用特点,并选择样本教学楼进行教室空气环境的主客观评价,分析教学楼现状通风性能与主要影响因素,计算了中小学生冬季舒适温度区间;提出适用于中小学教学楼封闭时期的教学楼空间通风设计构想,构建教学楼空间通风模型;通过模拟测试的方法,研究通风通道模式、空间形式和换气界面开口方式等对教学楼空间通风性能的影响;建立教学楼空间通风的设计原则,构建教学楼空间与通风设计一体化的设计流程;提出教学楼空间与通风一体化设计策略。本文主要研究成果如下:（1）通过对大量严寒地区中小学教学楼的现场调研和资料收集,归纳分析教学楼建筑的平面布局、空间形态、通风方式与措施、使用特点,分析严寒地区气候影响下的中小学教学楼自然通风潜力。根据调研与分析结果建立中小学教学楼通风性能的评价方法,包括确定评价通风性能的主客观评价指标,制定现场测量方案和设计主观调查问卷。（2）根据沈阳地区典型年气候特点,分析不同室外温度条件下的室内CO2浓度变化情况,当室外温度低于16℃时教室空气质量水平开始显著下降。通过进一步对样本教室的空气质量和热环境现场连续测量,评价教学楼现状通风性能。研究分析教室CO2浓度在上学时期的时间分布状况和相应的影响因素,基于正交实验分析各因素对空气质量的影响程度。（3）通过问卷调查评价学生对教室空气质量和热环境的感受和满意度,发现学生对空气新鲜度的主观感受和实际测量状况差异较大。通过对比教室温度、相对湿度与学生热舒感觉投票结果可知,学生更喜欢偏冷环境。实际和预测的学生热中性温度分别为18.56℃和19.34℃。80%学生可接受的温度区间为16.93～21.80℃,90%学生可接受的温度区间为17.91～20.81℃,这一结果为保障通风时期的教室舒适温度提供了理论依据。（4）根据对教学楼通风状况调研和评价研究的结果,提出教学楼空间通风设计构想,利用教学楼空间特点建立教学楼空间通风网络通道,提出了教学楼空间通风方式。通过现场实验,分析教学楼空间通风条件下不同使用模式、通风模式和空间模式对室内CO2浓度的影响,旨在揭示教室内CO2浓度在空间上的模态分布特点和变化规律,为下一步模拟提供验证数据依据。基于CO2浓度的教室最小通风量计算和换气界面开口大小预测,为制定教室开口方案和模拟工况设计提供指导。（5）利用CFD数值模拟方法,对教学楼空间通风性能进行模拟研究。模拟分析通风通道模式、空间形式、换气界面开口等条件对教学楼空间的气流组织、教室的通风量和CO2浓度分布的影响,全面、整体的分析了教学楼空间通风性能。研究归纳了有利于教学楼空间通风的进排风路径模式、水平开敞空间与进风口距离、进风温度大小、竖向空间数量、换气界面开口位置和大小等工况条件。（6）根据严寒地区中小学教学楼的通风现状和空间通风性能评价结果,构建教学楼空间与通风设计一体化的设计流程;建立教学楼空间通风有效性和适用性的设计原则;提出有利于教学楼空间与通风一体化设计的空间通风路径、空间形式、换气界面开口的设计策略。
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