張曉云 路 軍 王兵兵

(河北建筑工程學院建筑與藝術學院,河北 張家口 075000)

以人為本探討自然通風路徑下人居空間的室內(nèi)熱舒適性

張曉云 路 軍 王兵兵

(河北建筑工程學院建筑與藝術學院,河北 張家口 075000)

通過Airpak軟件模擬單獨空間通風路徑，對比不同通風路徑下的室內(nèi)風環(huán)境和熱舒適度.探討哪種通風路徑在有效的置換空氣的同時，能保證使用空間中人體的舒適性和身體機能的穩(wěn)定.切實以人為本，而不是單純以空間為研究對象，以創(chuàng)造健康、舒適的建筑空間，客觀應對自然.

以人為本;自然通風路徑;室內(nèi)風環(huán)境;熱舒適;健康空間

1 概 述

“以人為本”是建筑設計的核心觀念，空間容納人及人類的活動，滿足人的使用要求，建筑設計以人及活動的功能需求、生理心理尺度、視覺美學、建造結構、保溫采暖、通風采光、水電配置、社會發(fā)展、經(jīng)濟供應等諸多因素為設計依據(jù).但在設計中，以人為本更多的定義在具體的實際物體和功能空間范疇，而忽略了大部分的空間填充是“空氣”，充滿空間中未被占用的任何部分，空氣構成了人們生存生產(chǎn)的物理環(huán)境，人坐、臥、行等所有的活動都被氣流包圍，與之相互作用，室內(nèi)氣流所構成的風環(huán)境直接影響滲透著人們的身體健康.

通過對住宅空間的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分設計者與業(yè)主都認為對流通風空間的通風質(zhì)量良好而更受歡迎，戶型空間多設定為對角對流，以滿足通風的需求.本文從簡單獨立空間入手，對比對流通風、單側區(qū)域通風和單面通風條件下的室內(nèi)風環(huán)境和熱舒適性，討論何種自然通風路徑下室內(nèi)空間物理環(huán)境，對人生存更為健康適宜，在通風的同時，保證室內(nèi)大比例完整有效的空間具有穩(wěn)定良好的風環(huán)境和熱舒適性.

2 獨立空間通風路徑模擬分析

2.1 模型設定

根據(jù)自然通風原理：依靠室外風力造成的風壓和室內(nèi)外空氣溫度差造成的熱壓，促使空氣流動，使得建筑室內(nèi)外空氣交換.通過Airpak軟件建立模型,進行模擬分析.

(1)空間類型及家居布置.

模型空間設定為住宅坐居空間，以窗所在墻體為外墻，其余為內(nèi)墻，門為戶型內(nèi)部居室門，房間以門窗完成通風；室內(nèi)以3個沙發(fā)形成主要坐居空間并配置人員3位.

人在空間中有領域感和安全感要求，在坐居空間中的日常體現(xiàn)是：人愿意坐居位置身側與背后有所依托，使自身能掌握空間，少受侵擾；不愿意后背、體側對門或交通流動空間，以保持個人私密和心理安全，保持精神集中，不受動態(tài)因素影響.所以在本次模型中，坐居家具及人都避開門洞交通進行設置.

(2)空間尺寸及物理條件.

房間尺寸、門窗洞口尺寸均為標準日常使用尺寸，且滿足基本通風面積要求.

房間尺寸參數(shù)為：開間4.2 m，進深4 m，建筑層高為3 m；開窗面積尺寸(寬*高)為：0.6 m*1.5 m，窗臺高度為0.9 m；門洞口尺寸(寬*高)為：1 m*2 m；室內(nèi)溫度參數(shù)為20 ℃，相對濕度為30%，標準大氣壓強和空氣密度；湍流模型為零方程模型.

風向設定為垂直窗洞正向南風，通過門窗形成空氣置換，平均風速為2 m/s.

(3)各通風路徑模型.

在研究中，我們借助CFD軟件對住宅自然通風情況進行模擬，各路徑模型如下：

A、全對流路徑

B、單側區(qū)域通風路徑

C、單面墻體通風路徑

2.2 各路徑條件下室內(nèi)空氣新鮮度對比

對比指標：空氣齡

空氣齡為房間內(nèi)某點處空氣在房間內(nèi)已經(jīng)滯留的時間，反映了室內(nèi)空氣的新鮮程度，它可以綜合衡量房間的空氣置換效果，是評價室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要指標.

根據(jù)軟件分析，對應坐居空間條件下，人體腿部、腰部、肩部、頭部口鼻位置、及至頭部上方30 cm處等各部位(對應高度分別?。?.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m)空氣齡指標進行比較，分析各部分空氣新鮮程度.各模型指標圖表如下：

圖1 全對流對角 通風路徑 各水平高度 室內(nèi)空氣齡(30～60 s)圖形

圖2 全對流同側 通風路徑 各水平高度 室內(nèi)空氣齡(30～60 s)圖形

圖3 單側區(qū)域?qū)?通風路徑 各水平高度 室內(nèi)空氣齡(30～60 s)圖形

圖4 單側區(qū)域同側 通風路徑 各水平高度 室內(nèi)空氣齡(30～60 s)圖形

圖5 單面單扇 朝向坐居 通風路徑 各水平高度 室內(nèi)空氣齡(30～60 s)圖形

圖6 單面單扇 遠離坐居 通風路徑 各水平高度 室內(nèi)空氣齡(30～60 s)圖形

各路徑室內(nèi)空氣齡圖形對比分析：

A、空間中直接通風路徑處空氣齡值最低.

B、三種大分類比較：

ⅰ 單側區(qū)域兩種通風路徑障礙物最少，整體空氣齡指標最低(單側區(qū)域同側通風路徑下，空氣齡高值范圍極小，可忽略不計)，空氣置換速度最快，時間縮短約20 s左右.

ⅱ 對流通風和單扇窗洞組織通風相比，空氣齡總體指標一致(0～70 s)，除對流對角通風相對較快外，其余相差不大.

C、大分類下比較：

ⅰ 對流與單側區(qū)域通風條件下，對角路徑和同側路徑相比，對角路徑空氣置換相對較快，低空氣齡區(qū)域較大；

ⅱ 單面單扇通風條件下，朝向坐居與遠離坐居通風路徑下空氣齡值基本一致.

D、各通風路徑下，總體空氣齡指標一致，無明顯差別，可見在風速相同的前提下，不同通風路徑下室內(nèi)空氣置換的速度基本一致，人呼吸感知基本無差異.

對比結論：

總體來看，各種通風路徑下的室內(nèi)空氣新鮮度從室內(nèi)空氣齡指標來看，差別程度不大，可見不同通風路徑對室內(nèi)整體空氣的新鮮度并未造成明顯影響.

2.3 各路徑條件下室內(nèi)空氣流速度矢量對比

根據(jù)軟件分析，對應坐居空間條件下，人體小腿、腰部、肩部、頭部等各部位(對應高度分別?。?.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m)進行比較，分析各部分室內(nèi)氣流速度矢量.為方便對比，截取范圍為0～0.5 m/s.各模型指標圖表如下：

圖7 全對流對角 通風路徑 各水平位置 室內(nèi)氣流速度(0～0.5 m/s)矢量圖形

圖8 全對流同側 通風路徑 各水平位置 室內(nèi)氣流速度(0～0.5 m/s)矢量圖形

圖9 單側區(qū)域?qū)?通風路徑 各水平位置 室內(nèi)氣流速度(0～0.5 m/s)矢量圖形

圖10 單側區(qū)域同側 通風路徑 各水平位置 室內(nèi)氣流速度(0～0.5 m/s)矢量圖形

圖11 單面單扇 朝向坐居 通風路徑 各水平位置 室內(nèi)氣流速度(0～0.5 m/s)矢量圖形

圖12 單面單扇 遠離坐居 通風路徑 各水平位置 室內(nèi)氣流速度(0～0.5 m/s)矢量圖形

室內(nèi)氣流速度矢量圖形對比分析：

A、六種通風路徑下的室內(nèi)氣流速度在全屋范圍基本一致；空間中直接通風路徑處速度最大；坐居空間處的氣流速度由于路徑位置的區(qū)別而差異明顯.

B、各通風路徑下，氣流速度矢量圖形與空氣齡圖形吻合，速度越大處，空氣齡值越低；其中，單側區(qū)域兩種通風路徑最為順暢，氣流二次回轉(zhuǎn)少，室內(nèi)氣流置換最快，氣流速度相對最大.

C、三種分類下，對流通風和單扇窗洞組織通風相比：

ⅰ 對角位置(或朝向坐居空間)通風路徑下，坐居空間基本處于直接通風路徑當中，人體成為氣流的障礙，直接受風，身體周邊氣流走向較多，整體風環(huán)境不穩(wěn)定，氣流體感強.

ⅱ 同側位置(或遠離坐居空間)通風路徑下，坐居空間處，氣流速度明顯小且穩(wěn)定，人處在一個緩和、相對低速環(huán)繞的風環(huán)境中，與氣流更為融合、協(xié)調(diào)；空間氣流場穩(wěn)定范圍大且完整，可提高空間實際利用率.

D、六種通風路徑下坐居空間氣流場穩(wěn)定范圍順序為(由大至小排序)：

ⅰ 單面單扇遠離坐居通風路徑

ⅱ 全對流同側通風路徑

ⅲ 單側區(qū)域同側通風路徑

ⅳ 單面單扇朝向坐居通風路徑

ⅴ 全對流對角通風路徑

ⅵ 單側區(qū)域?qū)峭L路徑

對比結論：

總體來看，氣流路徑?jīng)Q定了室內(nèi)空間的氣流場的完整和穩(wěn)定.

通過調(diào)研收集，人在正常狀態(tài)下，室內(nèi)風速≤0.1 m/s時基本無體感，接近0.2 m/s界值時受風體感逐漸明顯，漸感覺不適；正面受風更容易適應，體側、背后、肩頸、腳踝部位均較為敏感.若人直接處于通風路徑中，風吹體感明顯，則無法在開窗通風的同時有舒適體感.

結合空氣齡對比結論，由于各路徑下的室內(nèi)空氣新鮮度并無明顯差別，所以直接通風路徑不貫穿人主要使用空間，則人居部位氣流場更加緩和協(xié)調(diào)，身體周邊氣流速度越??；越可以在人在的同時，保持更長時間通風，使室內(nèi)長時間保持接近自然新鮮的空氣，而不是窗開人離.

2.4 房間各水平高度PPD不滿意百分數(shù)圖形對比

PPD參數(shù)為預測室內(nèi)熱感覺不滿意百分數(shù)，根據(jù)我國現(xiàn)有《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)規(guī)定：采暖與空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)的熱舒適性應按照《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定》(GB/T 18049-2000)，采用預計的平均熱感覺指數(shù)(PMV)和預計不滿意者的百分率(PPD)評價，其值宜為：PPD≤27%.

根據(jù)軟件分析，對應坐居空間條件下，人體小腿、腰部、肩部、頭部及站姿頭部及以上等各部位(對應高度分別?。?.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.8 m)進行比較，分析各部位室內(nèi)PPD指標.為對比明顯，我們截取不滿意度30%～99%區(qū)間進行比較.各模型指標圖表如下：

圖13 全對流對角 通風路徑 各水平位置 PPD(30%～99%)圖形

圖14 全對流同側 通風路徑 各水平位置 PPD(30%～99%)圖形

圖15 單側區(qū)域?qū)?通風路徑 各水平位置 PPD(30%～99%)圖形

圖16 單側區(qū)域同側 通風路徑 各水平位置 PPD(30%～99%)圖形

圖17 單面單扇 朝向坐居 通風路徑 各水平位置 PPD(30%～99%)圖形

圖18 單面單扇 遠離坐居 通風路徑 各水平位置 PPD(30%～99%)圖形

室內(nèi)PPD熱感覺不滿意百分數(shù)圖形對比分析：

A、六種通風路徑下坐居空間處的室內(nèi)PPD不滿意度范圍差別明顯；

B、三種分類下，同側位置(或遠離坐居空間)與對角位置(或朝向坐居空間)相比，熱舒適度均較好，熱穩(wěn)定范圍大，不滿意值基本處于30%以下；

C、六種通風路徑下坐居空間PPD不滿意度范圍順序為(由小至大排序)：

ⅰ 單面單扇遠離坐居通風路徑

ⅱ 全對流同側通風路徑

ⅲ 單側區(qū)域同側通風路徑

ⅳ 單面單扇朝向坐居通風路徑

ⅴ 全對流對角通風路徑

ⅵ 單側區(qū)域?qū)峭L路徑

對比結論：

通過對比看出，室內(nèi)環(huán)境在通風條件下，當門窗通風路徑偏于空間一側(不貫穿主要功能空間)，空間熱舒適范圍完整穩(wěn)定、占空間比例大，空間實際可利用率高.所以在滿足通風的前提下，直接通風路徑越遠離主要功能空間，該空間處環(huán)境熱舒適滿意區(qū)域越大，人身體健康指數(shù)越佳.

3 結 論

通過對4.2 m×4 m×3 m空間的通風模擬，對比各項參數(shù)初步得出以下結論：

(1)通風路徑對室內(nèi)空氣新鮮度無明顯影響，各通風路徑都能在短時間內(nèi)達到相同空氣置換要求.通風路徑順暢，二次回轉(zhuǎn)少，覆蓋空間范圍越多，室內(nèi)空氣置換越快，通風效果越明顯.

(2)通風路徑位置直接影響了室內(nèi)風環(huán)境及空間的舒適性：

1)直接通風路徑貫穿空間主要功能部分，該空間處人體成為氣流阻礙，人體周邊氣流速度大、直接，熱舒適穩(wěn)定范圍小，熱感覺滿意度低，熱舒適性差；

2)直接通風路徑遠離空間主要功能部分，人體處于直接通風路徑一側或被直接通風路徑環(huán)繞，氣流運行至該空間處速度、風力逐漸消減，人體被氣流緩慢環(huán)繞，與氣流相融合協(xié)調(diào)，身體周邊氣流速度小，熱舒適穩(wěn)定范圍大，熱感覺滿意度高，熱舒適性好；

3)綜合各項指標，六種通風路徑相比，同側通風路徑的室內(nèi)環(huán)境均比對角通風穩(wěn)定；其中，對流同側通風、單面單扇遠離坐居通風條件下，室內(nèi)熱舒適度最佳；單側區(qū)域同側通風熱舒適度較佳.

(3)單元式住宅空間廳室結合，在進行設計時，對流同側通風、單面區(qū)域同側通風路徑均較好實現(xiàn)，門關閉則可形成單面單扇的通風，但是在實際中，除起居空間開窗數(shù)較多外，臥室、書房等空間大多數(shù)只有一扇窗洞可開，且多為對流對角設置，使人無法根據(jù)實際條件及個人身體情況進行選擇窗扇開啟位置，窗開人離，空間無法在置換新鮮空氣的同時有舒適的體感.

(4)通風時間的長短(以室外空氣優(yōu)良為前提)是影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的主要因素，新鮮的自然通風、采光能不僅能滿足人通風換氣的要求，同時能改善人的其他生理機能，并滿足人渴求自然的心理需求.選擇適宜的通風路徑，在通風的同時，能保證更好的空間熱環(huán)境和風環(huán)境，使得通風時間延長而不影響人體的健康.

(5)通風路徑位置直接影響室內(nèi)空間有效利用.直接通風路徑將空間內(nèi)區(qū)域進行分割，影響了熱舒適性范圍的分布和位置，影響了高環(huán)境質(zhì)量空間的范圍大小；合理設置通風路徑，可以保證更大區(qū)域空間的環(huán)境質(zhì)量，有利于節(jié)能減排，創(chuàng)造更大的優(yōu)勢.

(6)使用者為空間中根本，應真正以人為本考量空間質(zhì)量，僅以空間為對象的設計及研究數(shù)據(jù)缺少真正的客觀性、唯物性.人本是自然的產(chǎn)物，人與室內(nèi)外環(huán)境相互融合協(xié)調(diào)才能保證身體機能的健康.健康是提高人民生活質(zhì)量至關重要的一環(huán)，是社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展的有效保障.作為建筑設計者我們應追尋空間的本質(zhì)，創(chuàng)造健康、舒適的建筑空間，以人為本，客觀應對自然.

[1]黃琳瑜,廖航進,趙彬,卓啟明.開窗位置對室內(nèi)風環(huán)境的影響.山西建筑，2014，5

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[5]張惠敏.脈動風單側自然通風中湍流特征的影響.浙江大學，2013(學位年度)

[6]王健,汪小旵,丁為民.風壓通風的單棟溫室內(nèi)部流場的ANSYS+CFD模擬,農(nóng)業(yè)機械學報,2007，3

On the Indoor Thermal Comfort of Living Space under Natural
Ventilation Layout with People-oriented Principle

ZHANGXiao-yun,LUJun,WANGBing-bing

(College of Architecture and Art,Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering)

Through Airpak software,monomer space is simulated,and the indoor air environment and thermal comfort is compared under different natural ventilation layout,to explore what kind of ventilation path can ensure the human body comfort and the stability of human body function while exchanging the air effectively.The people-oriented principle is really followed rather than simply taking space as the study object,so as to create a healthy and comfortable space,and respond to nature objectively.

People-oriented;natural ventilation path;indoor air environment;thermal comfort;healthy space

2014-12-06

河北省建設科技研究指導性計劃項目(2013-219);河北省建設科技研究指導性計劃項目(2013-221)

張曉云(1982-)，女,講師,從事建筑設計及理論研究 .

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