林佳琳 劉恒 王斌

中國(guó)建設(shè)科技集團(tuán)綠色建筑設(shè)計(jì)研究院

隨著建筑用地的緊缺和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，高密度的辦公樓、公寓宿舍以及一梯多戶(hù)的住宅、進(jìn)深較大或內(nèi)廊式酒店中都出現(xiàn)了大量的單側(cè)通風(fēng)房間。但是單側(cè)通風(fēng)房間與存在“穿堂風(fēng)”的房間對(duì)比通風(fēng)效果存在明顯不足，需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行取舍和改善。

1 概述

單側(cè)通風(fēng)房間顧名思義是按照通風(fēng)形式來(lái)命名的，即房間的通風(fēng)口位于同一側(cè)，另一側(cè)除了關(guān)閉的門(mén)外沒(méi)有額外通風(fēng)口，是自然通風(fēng)房間中最簡(jiǎn)單常見(jiàn)的形式。單側(cè)通風(fēng)房間存在的問(wèn)題有：房間局部通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力不夠，變化過(guò)大；房間通過(guò)風(fēng)的渦流、外部洞口和氣流的相互作用來(lái)完成；自然通風(fēng)效果較差導(dǎo)致了過(guò)渡季空調(diào)制冷能耗的增加；不利于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和整體的舒適性。

1.1 自然通風(fēng)基本形式和原理

建筑的自然通風(fēng)可歸納為兩種基本形式：風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)。通常說(shuō)的建筑通風(fēng)是風(fēng)壓與熱壓通風(fēng)聯(lián)合作用的結(jié)果。當(dāng)風(fēng)壓和熱壓共同作用于建筑物時(shí)，它們都會(huì)通過(guò)建筑物的開(kāi)口形成氣流。如果兩種壓力的正負(fù)一致，則會(huì)增加空氣流量，一旦正負(fù)壓力相反，則將減少空氣流量，并且在一定的條件下還會(huì)產(chǎn)生兩種壓力相互抵消的情況，即沒(méi)有氣流通過(guò)開(kāi)口。

1.2 遮陽(yáng)與通風(fēng)的關(guān)系

建筑的遮陽(yáng)和自然通風(fēng)是夏熱冬暖地區(qū)兩種傳統(tǒng)有效的節(jié)能措施，可以有效地改善室內(nèi)熱環(huán)境并提升舒適度。但是彼此之間也存在相互促進(jìn)和制約的關(guān)系，建筑遮陽(yáng)的存在可能會(huì)阻擋或者誘導(dǎo)氣流出入窗口的效果，對(duì)建筑的綜合效能產(chǎn)生影響。

2 具體優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

2.1 設(shè)置遮陽(yáng)導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件

對(duì)于單側(cè)通風(fēng)房間，通常情況下（當(dāng)通風(fēng)口正對(duì)或者平行于迎風(fēng)面、與迎風(fēng)面呈一定夾角、亦或正對(duì)著背風(fēng)面），室外氣流只對(duì)室內(nèi)空氣有一點(diǎn)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力，不能有效促進(jìn)室內(nèi)通風(fēng)換氣。在此種情況下，可以通過(guò)導(dǎo)風(fēng)板的設(shè)計(jì)，結(jié)合凹口和凸口所形成的的風(fēng)壓正壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)來(lái)組織室內(nèi)氣流方向，進(jìn)行有效的通風(fēng)換氣，促進(jìn)建筑單側(cè)通風(fēng)。同時(shí)結(jié)合不同的朝向選擇不同的遮陽(yáng)形式（水平、垂直、綜合、擋板式），達(dá)到遮陽(yáng)通風(fēng)的合理布置。

遮陽(yáng)導(dǎo)風(fēng)板的設(shè)置上，水平遮陽(yáng)板可以根據(jù)立面處理引導(dǎo)通風(fēng)，但要做到效果突出就得在單側(cè)通風(fēng)房間的盡端門(mén)的上方開(kāi)窗。水平遮陽(yáng)板可以設(shè)計(jì)為出挑樓板或者演變成陽(yáng)臺(tái)形式。比窗口水平遮陽(yáng)的通風(fēng)遮陽(yáng)效果更好的是在靠近窗口頂部設(shè)置通風(fēng)百葉，這樣不僅可以引導(dǎo)風(fēng)的流向，還可以在夏季帶走窗口的余熱（圖1）。

2.2 結(jié)合凹凸立面的處理

由導(dǎo)風(fēng)板布置演變而成的凹凸界面對(duì)通風(fēng)的影響也不容忽視。在凹口處分別形成正壓和負(fù)壓，可以使氣流在局部形成渦流，形成“兜風(fēng)”的效果。有研究指出凹口的凹進(jìn)深度越大，建筑對(duì)風(fēng)的阻力也越大，導(dǎo)致凹口內(nèi)外的壓差增大，于是其形成的渦流也就越大，促進(jìn)了凹口附近空氣的流動(dòng)，進(jìn)而增強(qiáng)室內(nèi)外的空氣流動(dòng)。因此在窗口面積、窗口形式等其他條件一致的情況下，可以適當(dāng)?shù)卦黾影伎诘纳疃纫詫?shí)現(xiàn)良好的單側(cè)通風(fēng)。如果在正壓處和負(fù)壓處附近設(shè)置門(mén)或窗口，便能形成良好的穿越式通風(fēng)，同時(shí)也可以在凹陽(yáng)臺(tái)或者凹窗處種植綠化，空氣經(jīng)過(guò)植物蒸騰作用降溫和過(guò)濾后進(jìn)入室內(nèi)，提高了室內(nèi)的舒適度。此種方法既可起到一定的遮陽(yáng)降溫作用，又可以提高室內(nèi)單側(cè)通風(fēng)，是濕熱地區(qū)較為理想的模式之一。凹陽(yáng)臺(tái)的進(jìn)深通常比凹窗要大，既可以在凹陽(yáng)臺(tái)處設(shè)置門(mén)扇或窗戶(hù)，又可以在外立面靠近凹陽(yáng)臺(tái)處設(shè)置窗戶(hù)，同時(shí)作用以增強(qiáng)室內(nèi)的通風(fēng)效果。

1 水平向遮陽(yáng)導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件布置位置示意圖

凸口對(duì)建筑單側(cè)通風(fēng)的原理，可以參考由導(dǎo)風(fēng)板演變而成的模式，在凸處的左右兩側(cè)分別形成正壓和負(fù)壓，把主導(dǎo)風(fēng)引入到室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)較好的單側(cè)通風(fēng)效果。凸口由于其外凸于立面之外，相對(duì)于凹口更能捕獲空氣，提高室內(nèi)通風(fēng)效果。即便周?chē)L(fēng)向是平行于窗口的，這種凸口設(shè)置也對(duì)風(fēng)有較好的引導(dǎo)作用。通過(guò)凸口的使用，每個(gè)單元?jiǎng)?chuàng)造了四個(gè)高效的通風(fēng)口，在正負(fù)壓處各有兩個(gè)。雖然增加了建筑的表面積，但是卻提高了建筑自然通風(fēng)的潛力，當(dāng)四個(gè)通風(fēng)口都能打開(kāi)時(shí)，其通風(fēng)效果是非?？捎^的（圖2）。凸口凹口可以結(jié)合功能空間（管井、空調(diào)間、儲(chǔ)物間、飄窗、陽(yáng)臺(tái)）和立面效果處理，以求得功能性、美觀性和舒適度的平衡。

2.3 增設(shè)季風(fēng)窗

凸窗（Bay Window）通常也叫飄窗，是指在墻體窗洞處上下各出挑，沿外圍三側(cè)設(shè)置窗扇的窗戶(hù)類(lèi)型。凸窗出挑于墻面之外，對(duì)立面上的風(fēng)向會(huì)產(chǎn)生一定的影響。在單側(cè)通風(fēng)時(shí)，凸窗在與墻壁成60°夾角的時(shí)候會(huì)有較好的通風(fēng)效果。在凸窗（飄窗）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的改善策略是增設(shè)季風(fēng)窗。季風(fēng)窗增加了過(guò)渡季的通風(fēng)效果。

新加坡的WOHA建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所自1994年成立以來(lái)致力于探索現(xiàn)代性與地域性的結(jié)合，在生態(tài)可持續(xù)性研究與實(shí)踐中取得非常大的突破。他們受東南亞傳統(tǒng)建筑中一種能把室外風(fēng)引入到室內(nèi)卻把雨水擋在屋外的捕風(fēng)窗啟發(fā)，發(fā)明了適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻摹凹撅L(fēng)窗”（Monsoon Window）。季風(fēng)窗是在凸窗的基礎(chǔ)上，底部采用鏤空鋁板，當(dāng)雨天房間其他窗戶(hù)關(guān)閉時(shí)，季風(fēng)窗仍然可以把室外新風(fēng)引入到室內(nèi)，而把雨水隔絕在外面。創(chuàng)造性地解決了雨天自然通風(fēng)的問(wèn)題。晴天，窗臺(tái)上面可以放置綠色種植，具備了功能性的同時(shí)兼顧了美觀，是一個(gè)很巧妙的被動(dòng)式通風(fēng)裝置（圖3）。

2.4 調(diào)節(jié)開(kāi)窗形式、位置及寬窄

有研究指出窗戶(hù)開(kāi)啟位置會(huì)對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)有重要影響，尤其是對(duì)單側(cè)通風(fēng)房間的自然通風(fēng)效果。對(duì)于單側(cè)通風(fēng)有三項(xiàng)結(jié)論：墻面只設(shè)置一個(gè)通風(fēng)口時(shí)，通風(fēng)口面積越大則通風(fēng)量越大；在總通風(fēng)面積相等時(shí)，兩個(gè)小通風(fēng)口的通風(fēng)量大于一個(gè)大通風(fēng)口的通風(fēng)量；在通風(fēng)面積相等且有兩處通風(fēng)口時(shí)，兩通風(fēng)口之間距離越大通風(fēng)量越大。

多元化的開(kāi)窗形式帶來(lái)不一樣的空間感受，同時(shí)也對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境存在不同影響?；谑?、詹學(xué)淵針對(duì)廈門(mén)地區(qū)單側(cè)通風(fēng)房間窗口開(kāi)口形式對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的影響研究，運(yùn)用CFD方法整理出了單體能耗對(duì)比圖（圖4）。我們可以得出常見(jiàn)的五種開(kāi)窗形式在底層和高層位置上不同窗開(kāi)口形式帶來(lái)的通風(fēng)效果，底層通風(fēng)效果（由好到差）的排序?yàn)椋篊2＞C3＞C5＞C1＞C4，高層通風(fēng)效果（由好到差）的排序?yàn)椋篊2=C3＞C5=C1＞C4。整體來(lái)看，窗下增加通風(fēng)帶更有利于單側(cè)通風(fēng)房間的通風(fēng)，而很多文化建筑中建筑師常用的矩陣式排布（C4形式）不適用于單側(cè)通風(fēng)房間，設(shè)計(jì)中建筑師可以根據(jù)具體情況選擇適宜的開(kāi)窗形式。

2.5 煙囪效應(yīng)的利用

“煙囪效應(yīng)”（Chimney Effect）最初來(lái)源于煙囪發(fā)生的現(xiàn)象，煙囪效應(yīng)存在于所有具備高差和溫差的空間環(huán)境中，利用煙囪效應(yīng)進(jìn)行自然通風(fēng)的建筑中設(shè)置的通風(fēng)塔或者通風(fēng)管道形式很多，如中庭空間、樓梯間、豎向排風(fēng)道等，由于位置的不同也會(huì)產(chǎn)生不一樣的視覺(jué)和通風(fēng)效果。一些方案利用煙囪效應(yīng)設(shè)計(jì)一種交互式表皮，通過(guò)房間吊頂部分設(shè)置被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔連通中庭到達(dá)屋頂通風(fēng)，利用熱壓通風(fēng)機(jī)制的自然通風(fēng)管腔系統(tǒng)進(jìn)一步與置換式通風(fēng)空調(diào)管道系統(tǒng)結(jié)合，形成一種類(lèi)似“蟻穴”的通風(fēng)系統(tǒng)（圖5）。

2 遮陽(yáng)導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件布置位置示意圖

3 WOHA Studio 的“季風(fēng)窗”

4 常見(jiàn)窗口形式對(duì)單側(cè)通風(fēng)房間通風(fēng)的影響

5 煙囪和建筑的關(guān)系

6 “冷巷”概念的原理和衍生

7 單元構(gòu)件原型組合示意圖

8 單元構(gòu)件能耗模擬數(shù)據(jù)

除了最常見(jiàn)的中庭，在設(shè)計(jì)的時(shí)候也可以選擇風(fēng)塔、雙層皮外墻、中空式遮陽(yáng)構(gòu)件等構(gòu)件層面來(lái)實(shí)現(xiàn)煙囪效應(yīng)。

2.6 “冷巷”布局的引入

嶺南地區(qū)的傳統(tǒng)民居針對(duì)地方氣候衍生出了一種建筑群組織形式：“冷巷”。“冷巷”是南北向的狹長(zhǎng)巷道，常位于帶狀布局的民居間，與主導(dǎo)風(fēng)向接近。冷巷位于房屋陰影區(qū)，太陽(yáng)輻射少使得巷子中空氣溫度偏低，通過(guò)與周?chē)鸁峥諝庑纬傻臏囟炔顜?dòng)空氣流動(dòng)。夏天利用巷道陰影改善室外熱環(huán)境，使得人漫步于巷子中感覺(jué)涼爽。巷子兩側(cè)高大且與相對(duì)封閉的實(shí)墻相互遮擋，形成很好的蓄冷體，減少了傳入室內(nèi)的熱量。

如廣州的西關(guān)大屋采用“連房廣廈”的形式，外墻厚重封閉，室內(nèi)開(kāi)敞通透。矮腳門(mén)、趟攏、敞廳、天窗、天井等地方特色濃郁的建筑構(gòu)件都為方便組織穿堂風(fēng)而設(shè)計(jì)，組合成一套完整的自然通風(fēng)系統(tǒng)。廳房被窄而高的“冷巷”隔開(kāi)，互相遮擋，可以防曬和隔熱。

針對(duì)單側(cè)通風(fēng)房間可以設(shè)置廊道空間來(lái)應(yīng)用“冷巷”的晝夜模式。雖然傳統(tǒng)的“冷巷”模式夜間通風(fēng)蓄冷充分，但在白天通風(fēng)的時(shí)候也會(huì)造成冷的損耗。夜間蓄冷墻體被室外涼空氣冷卻，白天則吸收熱量降低周?chē)諝鉁囟?。如果在夏季夜里增?qiáng)自然通風(fēng)，就可以同時(shí)兼顧蓄冷墻體的冷卻以及內(nèi)部熱環(huán)境的改善，第二天白天蓄冷墻體依舊可以充當(dāng)冷源。所以在沒(méi)有天井布局的單側(cè)通風(fēng)房間設(shè)置冷巷通道的話則應(yīng)設(shè)置通風(fēng)口，最直接的方式就是夜間將窗戶(hù)打開(kāi)。如果晝夜溫差較大，當(dāng)夜間室外溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的通風(fēng)效果。利用熱壓加強(qiáng)通風(fēng)，可在高處設(shè)置開(kāi)口，使得冷巷內(nèi)的熱空氣從高處排出，涼爽空氣從低處補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，進(jìn)一步增強(qiáng)通風(fēng)效果，提高舒適度（圖6）。

2.7 遮陽(yáng)通風(fēng)模塊構(gòu)件的組合使用

針對(duì)單側(cè)通風(fēng)房間可以從遮陽(yáng)和通風(fēng)兩個(gè)方面組合設(shè)計(jì)模塊構(gòu)件。其中，通風(fēng)模塊式整體通風(fēng)、采光部分，模塊中安裝按照隔音、隔熱、采光等要求選擇適當(dāng)性能的建筑玻璃或五金配件；遮陽(yáng)模塊則根據(jù)不同朝向選擇合適遮陽(yáng)形式，遮陽(yáng)構(gòu)件在窗口處設(shè)置通風(fēng)口，以利于帶走窗口上沿的余熱。遮陽(yáng)通風(fēng)組合的模塊可詳細(xì)分為透明開(kāi)啟模塊（用于通風(fēng)）、透明不開(kāi)啟模塊（可外置遮擋卷簾）、不透明導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件（設(shè)置于窗上下開(kāi)口，一般以可調(diào)百葉為主）、不透明非開(kāi)啟模塊（根據(jù)立面效果和實(shí)際室內(nèi)功能需要調(diào)節(jié)）、通風(fēng)水平遮陽(yáng)板（例如穿孔板構(gòu)件）等組合成類(lèi)似組合式幕墻的體系，來(lái)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)與遮陽(yáng)的統(tǒng)一。

在一個(gè)單側(cè)通風(fēng)房間的正常洞口處設(shè)計(jì)透明開(kāi)啟模塊，其中透明開(kāi)啟模塊在近人書(shū)寫(xiě)尺度上有小范圍懸窗（圖7），考慮雨季的防雨和通風(fēng)，類(lèi)似季風(fēng)窗原理，以及其他透明部分設(shè)置遮陽(yáng)簾的情況下依舊可以局部通風(fēng)。透明開(kāi)啟部位局部上下方設(shè)置通風(fēng)防雨百葉，利用局部的熱壓通風(fēng)原理，下入上排來(lái)改善局部通風(fēng)環(huán)境。其中上部的通風(fēng)百葉設(shè)計(jì)成鍍膜翻板式百葉，在通風(fēng)的前提下還可以加強(qiáng)室內(nèi)漫反射，起到室內(nèi)補(bǔ)充光源的效果，減少了室內(nèi)照明的使用。根據(jù)不同朝向選擇設(shè)置遮陽(yáng)形式，其中垂直式遮陽(yáng)擋板，形成垂直遮陽(yáng)的同時(shí)形成凹凸關(guān)系進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)；水平遮陽(yáng)板（穿孔或者百葉形式）在夏季遮陽(yáng)的同時(shí)，利用透風(fēng)空隙帶走積聚于窗口處的熱量，進(jìn)一步優(yōu)化室內(nèi)熱舒適環(huán)境。同時(shí)也有通過(guò)Design Builder軟件與傳統(tǒng)玻璃幕墻界面進(jìn)行能耗對(duì)比驗(yàn)證的模型數(shù)據(jù)（圖8），用來(lái)驗(yàn)證模塊構(gòu)件組合使用的可行性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)夏熱冬暖地區(qū)通風(fēng)最不利的單側(cè)通風(fēng)房間的研究，找尋出的幾種策略?xún)H僅是設(shè)計(jì)優(yōu)化的一個(gè)方面，更多的決定因素在于設(shè)計(jì)前期的布局、朝向的考慮，重要的是要并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化等先進(jìn)設(shè)計(jì)理念支持下的各類(lèi)設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作。整體的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)于局部要素，通過(guò)合理利用自然通風(fēng)和遮陽(yáng)措施帶走室內(nèi)余熱，減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)間來(lái)達(dá)到建筑節(jié)能的目的。同時(shí)也為室內(nèi)環(huán)境提供足夠的新風(fēng)量來(lái)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。