寒冷地区冬季气温低,昼夜温度波动大,人们通常利用长时间关闭窗户来维持室内温度的恒定。但是人体、地板、墙壁、家具等扩散的污染物长时间聚集,使得室内空气质量严重恶化。如何满足居住者对室内采暖温度的需求和保证符合室内空气质量标准要求的室内空气品质因此成为暖通界研究的热点问题。本文就此问题展开工作,以兰州地区某民用住宅为例,旨在探寻寒冷地区冬季自然通风的合理方式。所做主要工作如下:(1)构建了符合节能65%的寒冷地区民用住宅物理模型。统计得到兰州在冬季日平均温度≤+5℃时的设计计算用供暖时段的室外温度、各朝向太阳辐射强度、各朝向太阳辐射强度的日逐时平均值。综合室外空气温度波动和太阳辐射的双重效应,利用非稳定传热方法计算得到了住宅围护结构的壁面温度、热流密度以及室内得热量。(2)在房间密闭的情况下,以层流模型作为污染物扩散的数学模型,模拟了污染物甲苯(C7H8)从地板释放1h、6h、12h和15h后的浓度扩散过程,监测了人员呼吸区高度水平面(Z=1.1m)和与之垂直的横截面(Y=3m)上污染物的动态变化,由此预测了C7H8在室内的扩散趋势。(3)采用Realizable k-ε湍流模型对住宅室内自然通风时的速度场、温度场和污染物浓度场(本文以C7H8为代表性污染物)进行了数值分析,获得了不同风速和不同进、排风口面积组合而成的12种自然通风工况下的室内环境参数分布特征。对室内温度、C7H8浓度、PMV和通风效率进行了对比分析,结果表明:进风速度较大(1.2m/s)时,室内平均温度降低到采暖温度下限值所需时间比C7H8浓度低于室内空气质量标准要求所需时间短;进风速度较小(0.4m/s)时,如果进风窗口面积过小(宽×高=0.1m×1.5m)会使C7H8浓度下降缓慢,由此会延长室内人员暴露在受污染空气中的时间,这不利于人体健康。合理选取进风口面积并将进风口分散布置可以保证室内热舒适度和温度的均匀性。此外,进、排风口面积比对室内温度影响较大,进风口大于排风口的设计有利于维持室内温度。(4)从12种自然通风工况中筛选出了较为合理的3种工况(工况10、11和12)。对这三个工况的室内速度场、温度场和C7H8浓度场对比分析表明:3种工况下室内C7H8浓度均低于室内空气质量标准(GB/T18883-2002)的限值,但工况12室内热舒适度最高、温度分布均匀性最好,达到了既不降低室内的热舒适性又较快稀释了室内污染物的双重效果,是所有工况中最理想的。工况12的分析结果表明,2#房间中C7H8浓度最高,3#房间次之,4#房间最低;而4#房间温度最高,3#房间次之,2#房间最低。说明该通风模式下4#房间最适宜于人员长时间停留,3#房间次之,而2#房间不适宜人员长时间停留。本文所做的数值研究工作是对寒冷地区自然通风模式的初步探索,对于探寻特定气候条件下的自然通风策略有一定的参考作用,并为自然通风动态化以改善室内空气品质提供理论依据。当然,冬季自然通风的影响因素繁杂而多变,要获得更加实用、准确的研究结果,还有更细致的工作要做。