《Results in Engineering》：Bioclimatic strategies for enhancing thermal comfort in naturally ventilated rural schools in Mexico
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本研究针对墨西哥乡村学校热舒适度不足问题，通过动态热模拟评估了十种气候条件下生物气候策略的应用效果。研究发现，服装调节是最有效的个体策略，而综合策略可使自然通风条件下的热舒适时间最高提升32%；在空调条件下，生物气候策略可实现16%-54%的节能效果，为热带气候区教育建筑节能设计提供了重要依据。
在墨西哥的乡村地区，许多学校依靠自然通风来维持室内环境。然而，这些建筑往往面临热舒适度不足的问题，直接影响学生的学习效率和健康。随着气候变化和能源消耗的不断增加，如何在保证室内环境质量的同时降低能耗，成为亟待解决的难题。墨西哥拥有丰富多样的气候类型，从半寒冷干燥到炎热潮湿共分为十种气候区，这使得适用于不同气候条件的生物气候策略研究显得尤为重要。
以往关于学校建筑热舒适度的研究多采用稳态模型，无法准确反映具有显著日温差气候条件下的动态热性能。此外，针对乡村学校的系统研究相对缺乏，特别是在生物气候策略的综合评估方面存在明显空白。正是在这样的背景下，研究人员开展了一项创新性研究，旨在通过动态热模拟方法，全面评估生物气候策略在墨西哥乡村学校中的应用效果。
该研究采用EnergyPlus进行动态热模拟，选取墨西哥十个气候区的代表性地点，以典型的六教室乡村学校为研究对象。研究设计了六种自然通风工况和两种空调工况，系统评估了朝向与遮阳、窗户开度、外表颜色和服装调节等生物气候策略的单独和综合效果。热舒适度评估采用扩展预测平均投票（PMVe）模型，同时分析了空调系统的能耗情况。
3. 方法论
研究采用EnergyPlus进行全建筑动态热模拟，运用空气流动网络模型计算自然通风。每个教室被建模为独立热区，考虑了人员、设备发热量等内部负荷。模拟采用典型气象年数据，针对十种气候条件分别进行计算。
4. 结果与讨论
在自然通风条件下，服装调节是所有气候区最有效的个体策略，可使热舒适时间最高提升20%。在半寒冷和温带气候，适宜的窗户开度也十分有效；而在炎热气候区，降低外表面对太阳辐射的吸收率能显著改善热舒适。综合应用所有生物气候策略时，热舒适时间比例在炎热半湿润气候达到最高79%，比基准情况提高32%。
在空调条件下，由于师生和设备产生的热量需要排出，所有气候区都需要制冷。应用生物气候策略后，总能耗节约幅度为16%-54%，其中炎热半湿润气候的节能效果最为显著。研究还发现，在墙壁和屋顶增加挤塑聚苯乙烯（EPS）外保温层在七个气候区能带来5.6%-40.5%的节能，但在炎热潮湿和炎热半湿润气候反而会使能耗增加10.4%和45.0%。
5. 结论
研究表明，简单的生物气候策略能显著提升乡村学校的室内热舒适度并降低能耗。服装适应性调整是最有效的个体策略，而综合策略能实现最佳效果。在空调应用中，生物气候策略能实现可观的节能效益，但外保温措施需要根据具体气候条件谨慎选择。这些研究成果可为全球类似气候区的教育建筑设计提供重要参考。
该研究的创新之处在于首次对墨西哥乡村学校进行了全面的动态热模拟分析，填补了该领域的研究空白。研究成果对改善乡村教育环境、促进建筑节能具有重要意义，为热带气候区的可持续建筑设计提供了科学依据。论文发表在《Results in Engineering》期刊，为相关领域的研究者和实践者提供了有价值的参考。
