自然通風(fēng)效果受建筑戶型的影響分析
史建平 楊維亮
摘要：
現(xiàn)階段我國(guó)高層住宅占據(jù)住宅建筑相當(dāng)大的例范圍，與之對(duì)應(yīng)的住宅能耗也占據(jù)住宅建筑總能耗的比例也日益增高。在滿足既定要求的基礎(chǔ)上，與機(jī)械通風(fēng)相比，自然通風(fēng)有著明顯的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)。本文就針對(duì)建筑戶型以自然通風(fēng)效果的影響做出分析。
關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)；建筑戶型；影響
對(duì)于我國(guó)某些地區(qū)，如果建筑戶型設(shè)計(jì)良好，維持一個(gè)適宜的室內(nèi)環(huán)境僅靠自然通風(fēng)就可以實(shí)現(xiàn)；如果建筑物內(nèi)安裝了空調(diào)系統(tǒng)，那么采用自然通風(fēng)最主要的作用就是在四季的過(guò)渡時(shí)期或者空調(diào)開(kāi)啟時(shí)室外溫度比較有利的季節(jié)，可以利用自然通風(fēng)用室外的自然風(fēng)將室內(nèi)的熱量帶走，減少開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)間，節(jié)約能源，降低污染。不過(guò)由于一些建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)布局方面有著一定的局限性，一些戶型自然通風(fēng)的效果相對(duì)較差，對(duì)于室內(nèi)的舒適性有著直接影響。
一、自然通風(fēng)工作原理
如果一些地區(qū)的外部自然風(fēng)環(huán)境相對(duì)較好，那么自然通風(fēng)主要是通過(guò)風(fēng)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)當(dāng)向建筑物吹去時(shí)，建筑物會(huì)對(duì)其進(jìn)行阻擋，建筑迎風(fēng)面就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的正壓力，與此同時(shí)，自然風(fēng)形成的氣流會(huì)繞過(guò)建筑物其它的背面及側(cè)面，在對(duì)應(yīng)的位置產(chǎn)生一定的負(fù)壓力，建筑物迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓差就會(huì)促使空氣進(jìn)行流通，從而形成風(fēng)壓通風(fēng)。建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓差受建筑形式、建筑周圍的環(huán)境以及建筑和風(fēng)的夾角等因素有關(guān)，那么可以得出建筑四周風(fēng)力產(chǎn)生的附加壓力值計(jì)算公式如下所示：
△Ρw=K（Ρ0v2w/2）
在這種風(fēng)壓作用下，建筑物正壓一側(cè)會(huì)進(jìn)風(fēng)，而負(fù)壓一側(cè)則會(huì)排風(fēng)，從而建筑內(nèi)部就形成穿堂風(fēng)，其對(duì)于增強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)的效果非常有利。
二、物理模型計(jì)算方法
利用計(jì)算流體力學(xué)的方法模擬室內(nèi)自然通過(guò)的效果，流體力學(xué)計(jì)算方法是針對(duì)流體流動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量守恒、質(zhì)量守恒以及能量守恒等方面建立起的數(shù)學(xué)控制方程，其表達(dá)式如下所示：
（ð（ρф）/ ðt）+div（ρUф）=div（гфgradф）+Sф
式中：ρ：密度
г：廣義擴(kuò)散系數(shù)
Sф：廣義源項(xiàng)
U：流速度矢量
ф：通用因變量，其代表速度、運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)、湍流粘度、溫度、湍流動(dòng)能、湍流動(dòng)能耗散率，特征尺寸1。
由于本文只是對(duì)室內(nèi)的壓力場(chǎng)及速度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，所以能量方程不在計(jì)算范圍內(nèi)。在對(duì)建筑物室內(nèi)自然通風(fēng)的效果進(jìn)行模擬時(shí)，按照相關(guān)的實(shí)際情況做出如下假設(shè)：其一，戶內(nèi)每個(gè)房間的門(mén)均按照實(shí)際的尺寸計(jì)算，設(shè)定全部開(kāi)啟，而衛(wèi)生間的門(mén)則設(shè)定為關(guān)閉，這是出于對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的考慮；其二，外墻的門(mén)、窗均按照實(shí)際的尺寸進(jìn)行建模，結(jié)合建筑設(shè)計(jì)施工圖紙中的標(biāo)準(zhǔn)確定出實(shí)際的可開(kāi)啟面積，出于對(duì)戶主隱私的考慮，戶門(mén)設(shè)定為關(guān)閉狀態(tài)；其三，分析小區(qū)室外風(fēng)的環(huán)境，獲取戶型的前后壓差，而模擬建筑風(fēng)場(chǎng)的邊界條件則按照當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行確定。
三、自然通風(fēng)效果受建筑戶型的影響
（一）建筑物的朝向?qū)ψ匀煌�風(fēng)的影響
影響高層建筑室內(nèi)自然通風(fēng)效果的主要因素之一就是建筑的朝向，如果戶型的朝向設(shè)計(jì)科學(xué)合理，房間的主要開(kāi)口在可以進(jìn)行自然通風(fēng)的環(huán)境中，其正負(fù)壓的位置比較合理，就可以形成有效的、有組織的進(jìn)風(fēng)口及出風(fēng)口，那么室內(nèi)的氣流流場(chǎng)就相對(duì)良好。建筑房間內(nèi)的衣帽間通常是死角或者小直角，這些位置的氣流相對(duì)不順暢，不利用衣物的貯藏，因此要適當(dāng)?shù)脑黾右旅遍g的可開(kāi)啟面積，增強(qiáng)其通風(fēng)效果；一般主要的房間要位于穿堂風(fēng)風(fēng)路之上，室內(nèi)也盡量避免設(shè)置突出的拐角或者隔墻，以免氣流的穿行不順暢；為使得大開(kāi)間的通風(fēng)效果得到進(jìn)一步提高，要盡可能的把可開(kāi)啟窗口設(shè)置在房間的墻體中間，以降低由氣流流通不均勻形成的漩渦而造成的不良影響。盡管自然通風(fēng)對(duì)于室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生著明顯的影響，但是很多時(shí)候由于設(shè)計(jì)師不了解在整個(gè)速度場(chǎng)中建筑物的相對(duì)位置，所以建筑的朝向無(wú)法滿足所流的貫穿，建筑的平面布局反而阻礙室內(nèi)的氣流流通，并且建筑開(kāi)口也處在不利用自然通用的位置，無(wú)法產(chǎn)生良好的通風(fēng)效果。
（二）流場(chǎng)數(shù)值分析
建筑物進(jìn)行室內(nèi)自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值的分析，將不同建筑體型的負(fù)壓區(qū)以及正壓區(qū)確定出來(lái)，再以此為依據(jù)判斷房間開(kāi)口處是否可以形成較好的通風(fēng)作用，如果不進(jìn)行相應(yīng)的判斷，有可能建筑開(kāi)口就會(huì)形同虛設(shè)。分析各種實(shí)際建筑布局的室內(nèi)通風(fēng)效果之后，發(fā)現(xiàn)如果改動(dòng)建筑局部開(kāi)窗的位置及大小，不僅可以使室內(nèi)產(chǎn)生更為順暢的氣流流場(chǎng)，而且可以避免產(chǎn)生氣流渦流區(qū)，進(jìn)一步提高了室內(nèi)環(huán)境的舒適度。
（三）建筑平面布局及層高對(duì)自然通風(fēng)的影響
假如建筑室內(nèi)的通風(fēng)只設(shè)置了進(jìn)氣口，卻沒(méi)有設(shè)置進(jìn)氣口或者排氣口，再么即使設(shè)置的排氣口，其位置卻與室外氣流的方向互相平行，那么對(duì)于室內(nèi)的通風(fēng)都非常不利。因此在進(jìn)行住宅的平面設(shè)計(jì)時(shí)，要把各戶型空氣對(duì)流的通道做出明確設(shè)計(jì)。如果戶型為單朝向，那么就要采取相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)，相應(yīng)的建筑平面布局也要是明廳明臥以及明衛(wèi)明廚。建筑的層高至少要在3米以上，以往的建筑設(shè)計(jì)為了節(jié)約成本，很多戶型的層高只有2.8米，將面層和板層扣除只有2.6米左右，這樣的層高也不利于自然通風(fēng)。此外，也不能一味否定在建筑物內(nèi)設(shè)置天井的方法，實(shí)際上如果天井的下方設(shè)置了足夠的通風(fēng)道，那么開(kāi)井就會(huì)形成煙囪的效果，這樣反而可以增強(qiáng)自然通風(fēng)的效果，使得室內(nèi)的空氣質(zhì)量得到進(jìn)一步的改善。往往人們對(duì)天井會(huì)產(chǎn)生誤解是由于建筑開(kāi)發(fā)商出于利潤(rùn)的考量沒(méi)有在天井下方留下足夠的通風(fēng)道，導(dǎo)致空氣無(wú)法流通，所以自然通風(fēng)的效果并不明顯。對(duì)于塔式住宅建筑來(lái)說(shuō)，其洼口深度與寬度的比要大于2∶1，即使最小的開(kāi)口其寬度也要大于3米。如果洼口的深度過(guò)深或者過(guò)窄，都會(huì)影響到建筑垂直通風(fēng)的效果。而板式住宅建筑平面最好不要采用外廊式和長(zhǎng)內(nèi)廊式，因?yàn)閮?nèi)廊過(guò)長(zhǎng)其通風(fēng)效果也差，外廊通常與各戶的次臥室及廚房相連通，所以容易串煙串味。
（四）門(mén)窗的型式對(duì)自然通風(fēng)的影響
穿堂風(fēng)由建筑物迎風(fēng)面進(jìn)入室內(nèi)，在穿過(guò)住宅室內(nèi)后再由建筑背面吹出。按照相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果穿堂風(fēng)足夠，只需二十分鐘就室內(nèi)的氣溫最少可以下降1到2攝氏度，因此穿堂風(fēng)對(duì)于改善室內(nèi)的溫度環(huán)境非常有效。只在將位于進(jìn)風(fēng)口位置的門(mén)窗以及背風(fēng)面的門(mén)窗都打開(kāi)，室內(nèi)才會(huì)有穿堂風(fēng)經(jīng)過(guò)。通常出風(fēng)窗口的面積要稍大于進(jìn)風(fēng)窗口的面積，最好大于10%，這樣才可以獲得最佳的室內(nèi)通風(fēng)效果。窗口的設(shè)置及開(kāi)啟要密切的結(jié)合住宅的外部環(huán)境以及內(nèi)部布局，可以通過(guò)角窗、高窗等不同的形式來(lái)提高室內(nèi)自然通風(fēng)的效果。開(kāi)啟窗口時(shí)也要考慮到立面效果以及室內(nèi)的通風(fēng)，還要考慮到擦窗方便。如果戶型為內(nèi)廊雙面房間，那么要在墻底或者走道的墻頂設(shè)置通風(fēng)窗。建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)窗戶的設(shè)計(jì)要引起重視，使得窗戶的功能不再局限于看的功能，還要起到增強(qiáng)房間自然通風(fēng)效果的作用。
總之，自然通是一項(xiàng)成本非常低的節(jié)能技術(shù)，因此在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要從多方面加以考慮，對(duì)其影響因素做進(jìn)一步改進(jìn)，從而使得自然通風(fēng)改善室內(nèi)環(huán)境的功用得到最大化利用。
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