聶佩珊，饒永 （合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 研究背景

隨著科技技術(shù)的發(fā)展，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)開始廣泛的被運(yùn)用，越來越多的建筑都依賴于利用空調(diào)系統(tǒng)來滿足使用者在室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求，而忽略采用自然通風(fēng)等主動式手段來調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。而空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行使得公共建筑能耗難以得到有效控制，室內(nèi)空氣質(zhì)量也無法得到保證，影響使用者的身心健康。此外空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行還加速了城市熱環(huán)境和空氣質(zhì)量的惡化，使得使用者更加不愿意使用自然通風(fēng)等手段，從而陷入一個惡性循環(huán)，對城市環(huán)境產(chǎn)生十分不利的影響。

2 室內(nèi)通風(fēng)模擬分析

窗戶和門是建筑物構(gòu)成的重要元素之一，是建筑自然通風(fēng)組織的通風(fēng)口，尤其是窗戶的大小、朝向、位置及開啟方式的不同對于室內(nèi)自然通風(fēng)的組織有很大的影響。本文中的模擬研究均是基于假定的理想條件下的一層建筑平面的室內(nèi)風(fēng)速分布情況，實(shí)際運(yùn)用中條件復(fù)雜多變，影響則更加明顯。

2.1 洞口的平面位置

眾所周知，建筑洞口的平面位置對于室內(nèi)自然通風(fēng)有很重要的影響作用。為了對建筑洞口的平面位置及其之間的相對位置關(guān)系進(jìn)行研究，筆者選取矩形平面為研究對象，以合肥地區(qū)的夏季盛行風(fēng)速3.2m/s的風(fēng)場條件為例，假定模擬平面所處位置為建筑的一層，其他條件都相同的情況下，比較不同建筑洞口不同相對位置對室內(nèi)自然通風(fēng)組織的影響。利用PHOENICS軟件模擬得到的建筑洞口4種不同相對位置在理想狀態(tài)下的人行高度1.5m平面處的室內(nèi)風(fēng)速分布云圖及流向情況（見圖1）。

圖1 洞口的平面位置不同對室內(nèi)氣流的影響

圖2 洞口的平面位置不同對室內(nèi)氣流的影響

圖3 進(jìn)出風(fēng)口面積比對室內(nèi)氣流的影響

從圖1(a)和圖1(b)中可以看出：相同平面及其他條件下，當(dāng)洞口位于相對的兩面墻且均垂直于夏季主導(dǎo)風(fēng)向時，洞口錯開布置時的室內(nèi)最大風(fēng)速小于洞口正對布置時的情況，但洞口錯開布置時的室內(nèi)風(fēng)速變化更加趨于平穩(wěn)，風(fēng)速分布更加均勻，低風(fēng)速區(qū)的面積相對較小，氣流對室內(nèi)的影響范圍更大，有效的控制了因洞口正對布置時所產(chǎn)生的“穿堂風(fēng)”而導(dǎo)致局部區(qū)域風(fēng)速過大，更加有利于提高人體的舒適感受。而比較圖(c)和圖(d)，則可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)洞口位于相鄰的兩面墻，且其中一個洞口垂直于夏季主導(dǎo)風(fēng)向時，洞口之間距離大的情況下，室內(nèi)風(fēng)速流線更加順暢，室內(nèi)低風(fēng)速區(qū)的面積也要小于洞口距離小的情況，特別是在房間內(nèi)容易形成無風(fēng)區(qū)的西南拐角，洞口距離大的情況下該區(qū)域的風(fēng)速分布要明顯優(yōu)于洞口距離小的情況。

因此，在實(shí)際工程的建筑設(shè)計中，當(dāng)功能區(qū)的南北向的兩面墻需開設(shè)洞口時，應(yīng)盡量錯開布置而避免正對布置，以避開因“穿堂風(fēng)”所造成的室內(nèi)風(fēng)速過大的情況，增大室外氣流對室內(nèi)的影響。而當(dāng)其南向墻與東或西向墻需開設(shè)洞口時，應(yīng)避免洞口之間的距離過小，或者在墻面上開設(shè)多個洞口，以解決因洞口距離過小所導(dǎo)致的室內(nèi)氣流不暢的問題，同樣也能增大室外氣流對室內(nèi)的影響。

2.2 洞口的豎向位置

當(dāng)建筑洞口為立面外窗時，還需要考慮洞口在立面上的豎向高度設(shè)置問題，其對于室內(nèi)自然通風(fēng)的影響也是十分重要的。筆者同樣采取前述模擬研究方法針對建筑開洞的豎向位置及其之間的相對位置關(guān)系進(jìn)行研究，研究對象和研究條件同前文所述，假定矩形平面的室內(nèi)高度為3.6m，比較不同豎向位置關(guān)系對室內(nèi)自然通風(fēng)組織的影響。利用PHOENICS軟件模擬得到的在理想狀態(tài)下的洞口的四種不同豎向位置在豎直方向上不同室內(nèi)風(fēng)速分布及流向情況（見圖2）。

從圖2中可以看出，洞口大小相等的情況下，采用圖2(d)中的低進(jìn)風(fēng)口、高出風(fēng)口的布置方式，室內(nèi)最大風(fēng)速低于其他三種布置方式，室內(nèi)低風(fēng)速區(qū)的面積最小，且室外氣流對室內(nèi)的影響范圍最大，在人行1.5高度處，風(fēng)速基本在0.5m/s~1.5m/s之間，風(fēng)速大小適宜且有利于人體散熱。而圖2(b)中的高進(jìn)風(fēng)口、低出風(fēng)口和圖2(c)中的進(jìn)出風(fēng)口都高的布置方式，雖然和圖2(a)中的進(jìn)出風(fēng)口都低的布置方式相比，氣流對室內(nèi)的影響范圍相差不大，但是圖2(b)和圖2(c)中的風(fēng)速流線都位于室內(nèi)較高的位置，不利于人行高度處的室內(nèi)自然通風(fēng)和人體散熱。

因此，在實(shí)際建筑設(shè)計中，建筑面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向的立面開洞的豎向高度應(yīng)盡量控制在人行高度范圍之內(nèi)，而位于其對立面的建筑開洞的豎向高度則應(yīng)盡量大于或等于面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向的立面開洞，以保證室外氣流對室內(nèi)的影響范圍和人行高度處的風(fēng)速大小。

2.3 開洞的大小

洞口的開設(shè)除了平面和豎向位置之外，還有一個重要的方面即洞口的大小。建筑洞口的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口的大小關(guān)系，對室內(nèi)氣流也有不可忽視的影響。筆者也采取上述模擬方法，假定矩形平面的洞口為錯開布置，且豎向高度為圖2(a)所示的位置關(guān)系，利用PHOENICS對四種進(jìn)出風(fēng)口面積比不同的建筑平面的室內(nèi)通風(fēng)情況進(jìn)行模擬，得到人行高度1.5m平面處的室內(nèi)風(fēng)速分布云圖（見圖3）。

統(tǒng)計圖3中所示的左下角Average value即室內(nèi)平均氣流速度，以及估算的進(jìn)風(fēng)口的最大風(fēng)速，列出進(jìn)出風(fēng)口面積比與風(fēng)速關(guān)系見表1。

進(jìn)出風(fēng)口面積比與風(fēng)速關(guān)系 表1

從表中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，4種不同洞口面積比條件下“室內(nèi)平均氣流速度”相差不大，但“進(jìn)風(fēng)口最大風(fēng)速”卻相差較明顯。當(dāng)進(jìn)風(fēng)口面積與出風(fēng)口面積比值越小，進(jìn)風(fēng)口最大風(fēng)速越大，當(dāng)進(jìn)風(fēng)口面積與出風(fēng)口面積比值越大，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速越小。但比較圖3(c)、圖3(d)可以發(fā)現(xiàn)，圖3(c)的模擬結(jié)果的風(fēng)速分布情況更為平穩(wěn)，風(fēng)速低的區(qū)域面積要明顯小于圖3（d）的模擬結(jié)果，且氣流影響范圍更大，而比較圖3(a)與圖3(b)可以發(fā)現(xiàn)，其風(fēng)速分布情況都相對較平穩(wěn)，氣流影響范圍的細(xì)微差距主要是因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)口風(fēng)速所導(dǎo)致的。

因此，雖然進(jìn)風(fēng)口面積與出風(fēng)口面積比值越小，即進(jìn)風(fēng)口越大出風(fēng)口越小，進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速越大，但是氣流影響范圍卻是受進(jìn)風(fēng)口的面積所決定的，過小的進(jìn)風(fēng)口容易產(chǎn)生較強(qiáng)的氣流，對于室內(nèi)氣流的均勻分布是不利的。實(shí)際項(xiàng)目中，進(jìn)風(fēng)口的面積需控制在一定的大小范圍之內(nèi)，不僅要符合建筑設(shè)計規(guī)范相關(guān)規(guī)定，還要結(jié)合采光設(shè)計的計算來決定。

3 結(jié) 語

不論是住宅建筑，抑或是公共建筑，建筑設(shè)計中的室內(nèi)自然通風(fēng)問題開始越來越重要。在建筑設(shè)計中，需要通過一定的設(shè)計手段，充分利用地域性氣候條件，綜合考慮各方面條件的影響，合理的組織室內(nèi)自然通風(fēng)。本文通過以上模擬分析，比較了不同建筑開洞條件下的室內(nèi)通風(fēng)效果的差別，希望能為今后自然通風(fēng)的建筑設(shè)計中關(guān)于門窗洞口的開設(shè)提供一定的依據(jù)。

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