劉語瑤, 王漢青

(1.南華大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南 衡陽 421001;2.建筑環(huán)境控制技術(shù)湖南省工程實驗室,湖南 衡陽 421001;3.中南林業(yè)科技大學(xué),湖南 長沙 410004)

0 引 言

我國夏熱冬暖地區(qū)是指最熱月平均溫度滿足25～29 ℃，最冷月平均溫度大于10 ℃且日平均溫度≥25 ℃的天數(shù)為100～200 d的區(qū)域，該地區(qū)亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候明顯，沒有夏熱冬冷地區(qū)的高溫酷暑，全年也基本不需要采暖，建筑氣候條件較好，有近一半的居住者日間全天通風(fēng)開窗[1]。對于夏熱冬暖地區(qū)居住建筑而言，良好的通風(fēng)設(shè)計能夠有效改善居民的居住環(huán)境，減少空調(diào)等機械設(shè)備的使用頻率，節(jié)約建筑能耗。本文對近年來我國夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計的研究現(xiàn)狀與已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行了梳理，探討了夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計存在的一些問題，以期為夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計研究與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完善提供參考。

1 夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計研究現(xiàn)狀

居住建筑的通風(fēng)方式分為自然通風(fēng)、機械通風(fēng)和二者相結(jié)合的復(fù)合通風(fēng)。為了提高通風(fēng)效果，土建類不同專業(yè)的技術(shù)人員從總平面規(guī)劃面設(shè)計、單體建筑設(shè)計、換氣次數(shù)、通風(fēng)方式與措施等方面開展了較深入的研究。筆者對于我國近年夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計主要研究現(xiàn)狀做了如下梳理總結(jié)。

1.1 總平面規(guī)劃設(shè)計

自然通風(fēng)具有改善熱舒適性、提高室內(nèi)空氣品質(zhì)和節(jié)能的優(yōu)點，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展理念，在規(guī)劃與總平設(shè)計中受到越來越多的重視。在居住小區(qū)總平面規(guī)劃中，建筑布局或單體建筑形體改變，都會導(dǎo)致建筑周邊空氣流動狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響建筑室內(nèi)自然通風(fēng)效果。黃宏鵬[2]用Autodesk CFD軟件模擬了廣州某地塊多種規(guī)劃布局方案對應(yīng)的自然通風(fēng)的效果，適合使用點式或行列式布局；樊小婧[3]數(shù)值模擬了廣州市某高層住宅小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境，建議塔樓朝向南偏東30°～60°、建筑錯落分開不互相遮擋。盧春梅[4]用PHOENICS軟件模擬分析了某高層住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境，結(jié)果表明南寧居住建筑規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)使建筑的縱軸盡可能和東南向垂直單體總平布置應(yīng)形成南北朝向的布局，以錯列式、行列式布局優(yōu)先，開敞的東南面有利于將城市主導(dǎo)風(fēng)引入住宅區(qū)。李日毅等[5]的研究表明，廣州市點群式布局的住區(qū)開口較多有利于自然通風(fēng)，周邊式布局的住區(qū)對氣流有所阻擋不利于自然通風(fēng)。黃志祥[6]利用PHOENICS軟件，系統(tǒng)定量分析了廣州市不同建筑密度及容積率下建筑底層架空對住區(qū)自然通風(fēng)的影響，結(jié)果表明建筑底層架空對住區(qū)風(fēng)環(huán)境有較好的改善作用，其中對高建筑密度、低容積率住區(qū)的風(fēng)環(huán)境狀況改善更為有效。趙士懷等[7]基于福建省氣候特點，研究提出了住宅小區(qū)獲得最佳自然通風(fēng)效果的建筑迎風(fēng)面積比、架空率、小區(qū)圍墻的可通風(fēng)面積比、綠地率等指標(biāo)。劉西等[8]借助CFD模擬技術(shù)，對南寧市內(nèi)廊板式住宅設(shè)計進行了自然通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計，通過連通迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)廊、設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板等措施可使內(nèi)廊板式住宅的自然通風(fēng)情況得到較大改善。唐毅[9]通過對廣州某小區(qū)的夏季風(fēng)環(huán)境模擬得出：利用消防車道作為住宅小區(qū)的進風(fēng)口可以改善高層住宅后側(cè)行人高度處靜風(fēng)區(qū)的風(fēng)環(huán)境，高層住宅首層架空以及合理的架空層相對位置能有效的消除靜風(fēng)區(qū)，提高夏季風(fēng)環(huán)境中的舒適度。

1.2 單體建筑設(shè)計

自然通風(fēng)主要是因為建筑圍護結(jié)構(gòu)開口處在室內(nèi)外有壓差形成了空氣流動，通常由風(fēng)壓、熱壓作用或兩者綜合作用而產(chǎn)生。在住宅單體建筑設(shè)計中，影響自然通風(fēng)的因素主要有建筑物的進深、迎風(fēng)方位、門窗開口面積和開口方式、戶型布局等。金恬[10]通過對夏熱冬暖地區(qū)生態(tài)住宅的研究提出，建筑平面進深不應(yīng)超過樓層凈高的5倍(一般以小于14 m為宜),方便形成穿堂風(fēng)，對于大進深的戶型，可以通過陽臺的設(shè)計引入穿堂風(fēng)。羅建河等[11]模擬得到，為確保嶺南高層住宅室內(nèi)良好的通風(fēng)效果，建筑的主要朝向應(yīng)盡量迎向主導(dǎo)風(fēng)向，并確保室內(nèi)通風(fēng)通道順暢，自然通風(fēng)開口面積應(yīng)滿足要求且方便調(diào)節(jié)。許建福[12]通過風(fēng)洞測試得出，福州住宅進風(fēng)口位置改變會對室內(nèi)氣流流場產(chǎn)生很大的影響，但出風(fēng)口位置改變并未對室內(nèi)氣流流場產(chǎn)生影響，住宅合適的風(fēng)口應(yīng)位于地面1～2 m處。嚴淑珍[13]用CFD模擬了嶺南2種典型戶型風(fēng)環(huán)境，提出了5項改善自然通風(fēng)的戶型設(shè)計措施。李佗等[14]選取廣州某高層住宅區(qū)的6個典型戶型，通過通風(fēng)量計算，總結(jié)出能改善自然通風(fēng)效果的戶型類型。石峰等[15]用CFD模擬了廈門高層住宅中間戶型的幾種典型形式的風(fēng)環(huán)境，結(jié)果表明，非封閉內(nèi)天井和凹口均對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境有較大提升，封閉內(nèi)天井會降低局部樓層室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的質(zhì)量。

1.3 換氣次數(shù)

居住建筑的通風(fēng)換氣次數(shù)過低將無法滿足基本的健康通風(fēng)需求，但換氣次數(shù)增加也會使建筑能耗增加。秦翠翠[16]基于通風(fēng)降溫，建立了可用于住宅通風(fēng)設(shè)計的最佳通風(fēng)換氣次數(shù)預(yù)測方法，并模擬計算了廣州市10～21 m2的雙人臥室，當(dāng)通風(fēng)節(jié)能變化率下限分別取10%/次、5%/次時，最佳換氣次數(shù)分別為11.95～13次/h、21.95～23次/h，通風(fēng)節(jié)能率分別為18%～30%、35%～55%。杜巍巍[17]通過采用Dest-h軟件模擬，確定了廣州地區(qū)住宅不同功能房間的最佳換氣次數(shù)，主、次臥室為12次/h，客廳8次/h。周海穩(wěn)[18]通過對廣州地區(qū)衛(wèi)生間濕度排除情況的現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬得出：滿足人們對居住環(huán)境具體要求的換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)是10次/h，衛(wèi)生間的相應(yīng)換氣次數(shù)指標(biāo)必須達到10次以上，高等級的生間為了快速排除淋浴后的高濕空氣其換氣次數(shù)甚至達到60次/h、80次/h。

1.4 通風(fēng)方式與措施

夏熱冬暖地區(qū)居住建筑氣候條件好，自然通風(fēng)的利用是人們關(guān)心的首要問題。只有當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)要求時，才采用機械通風(fēng)或自然通風(fēng)與機械通風(fēng)相結(jié)合的方式。趙士懷等[7]的研究提出了福建住宅建筑具有最優(yōu)節(jié)電效果的“自然通風(fēng)+風(fēng)扇調(diào)風(fēng)”與“風(fēng)扇調(diào)風(fēng)+空調(diào)”通風(fēng)運行新模式。秦翠翠[16]研制了由空調(diào)機和通風(fēng)機組成的住宅空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，較好的解決了廣州地區(qū)住宅的衛(wèi)生通風(fēng)和舒適通風(fēng)問題。

2 通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

本文匯總了國家、建筑工程行業(yè)和夏熱冬暖地區(qū)地方政府三個層次的16個建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)居住建筑通風(fēng)設(shè)計相關(guān)的條款，其主要內(nèi)容可以分為總平設(shè)計、單體建筑設(shè)計、開口面積、通風(fēng)方式與措施、換氣次數(shù)等方面，具體總結(jié)見圖1。

對夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計而言，不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中存在很多共性的內(nèi)容，如規(guī)劃設(shè)計應(yīng)有利于室內(nèi)的自然通風(fēng)；通風(fēng)方式基本一致，即住宅應(yīng)能自然通風(fēng)，當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求時，應(yīng)設(shè)置機械通風(fēng)；廚房通風(fēng)開口有效面積≥地板面積的1/10、并不得小于0.6 m2。不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其相應(yīng)指標(biāo)或要求存在一定差異，如《廣東省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ/T 15—133—2018)中首次明確居住建筑“宜采用數(shù)值模擬技術(shù)定量分析與優(yōu)化建筑自然通風(fēng)設(shè)計”，而在其他標(biāo)準(zhǔn)中僅有諸如建筑平(立)面設(shè)計應(yīng)有利于自然通風(fēng)、應(yīng)對建筑微環(huán)境進行預(yù)測等定性的規(guī)定。

3 存在的問題與思考

本文在認真梳理了夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計研究成果和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條款的基礎(chǔ)上，對照綠色建筑和健康建筑要求，整理如下問題并提出自己的建議。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

目前適應(yīng)于夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較多，除強制性國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)和推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T)、建筑工程行業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ)、中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(CECS)標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)條款外，夏熱冬暖地區(qū)的廣東、廣西、福建和海南省也相繼發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)(DBJ、DBJ/T、DB/T)。這些標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容重復(fù)較多，但存在如下幾個方面的問題，使得設(shè)計人員在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)時存在困難。

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不全面

我國目前除中國城市科學(xué)研究會發(fā)布的《住宅通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》外，還沒有更高層次的關(guān)于居住建筑通風(fēng)設(shè)計專門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，居住建筑通風(fēng)設(shè)計的國家規(guī)范只能依據(jù)《民用建筑設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50352—2019)、《住宅建筑規(guī)范》(GB 50368—2005)、《住宅設(shè)計規(guī)范》(GB 50096—2011)、《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50736—2012)等。

另外，已有標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范尚待補充完善。如《廣東省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中首次明確居住建筑“宜采用數(shù)值模擬技術(shù)定量分析與優(yōu)化建筑自然通風(fēng)設(shè)計”，后續(xù)有《居住建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范》《住宅通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中提出了通風(fēng)模擬的相關(guān)要求，其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對此僅提到應(yīng)對建筑微環(huán)境進行預(yù)測等定性的規(guī)定或沒有此項內(nèi)容。又如，面對較為突出的室內(nèi)外環(huán)境污染問題，目前只有《住宅通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》有相關(guān)規(guī)定。再如，對住宅自然通風(fēng)還沒有相關(guān)的設(shè)計或驗收標(biāo)準(zhǔn)對通風(fēng)換氣次數(shù)提出要求，住宅通風(fēng)設(shè)計指導(dǎo)性需要加強。

圖1 住宅通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范Fig.1 Residential ventilation standards and specifications

3.1.2 技術(shù)指標(biāo)不統(tǒng)一

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中存在技術(shù)指標(biāo)不統(tǒng)一的問題。如：對于農(nóng)村居住建筑外窗可開啟面積，《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定大于外墻面積的30%，而在《農(nóng)村單體居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定大于外墻面積的45%。又如，《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定北向、東西向、南向的窗墻比分別不應(yīng)超過0.25、0.3、0.35，而在《夏熱東暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定北向、東西向、南向的窗墻比分別不應(yīng)超過0.45、0.3、0.5。

3.1.3 技術(shù)術(shù)語內(nèi)容界定不明確

如在規(guī)定居住建筑通風(fēng)開口面積時，存在“通風(fēng)開口有效面積”、“自然通風(fēng)開口面積”、“直接自然通風(fēng)開口面積”、“通風(fēng)開口面積”等不同描述，筆者以為用“自然通風(fēng)有效開口面積”較為合適，這樣在建筑設(shè)計時不易產(chǎn)生歧義。

3.1.4 標(biāo)準(zhǔn)的精細化不夠

標(biāo)準(zhǔn)中存在部分內(nèi)容精細化不夠，實際應(yīng)用時通風(fēng)效果出現(xiàn)偏差。如：可開啟外窗是自然通風(fēng)的關(guān)鍵部件，在夏熱冬暖地區(qū)自然通風(fēng)設(shè)計中尤為重要，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)只明確了可開啟面積要求，但對于外窗形式、朝向、個數(shù)、位置等因素沒有要求，規(guī)定不明確。

3.2 通風(fēng)設(shè)計研究

通風(fēng)是保障居住建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)和人體熱舒適的重要技術(shù)措施，夏熱冬暖地區(qū)氣候條件較好，關(guān)于自然通風(fēng)的研究一直是人們關(guān)注的重點。良好的自然通風(fēng)，需要在住宅設(shè)計階段充分考慮。作者梳理了近年來與我國夏熱冬暖地區(qū)居住建筑自然通風(fēng)設(shè)計相關(guān)的研究成果，發(fā)現(xiàn)存在如下方面不足。

3.2.1 通風(fēng)目的有缺失

歸納起來，夏熱冬暖地區(qū)居住建筑自然通風(fēng)目的主要有如下三個方面：1)降溫排熱。夏熱冬暖地區(qū)夏季長、太陽輻射強烈，中心城市“熱島效應(yīng)”明顯，但其明顯的亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，又為住宅自然通風(fēng)降溫排熱提供了有利條件；2)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。住宅裝飾裝修、烹飪油煙、電氣設(shè)備等產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物污染、顆粒物污染和微生物污染對人體健康的危害越來越受到人們的重視，自然通風(fēng)無疑是創(chuàng)建可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)的有效手段；3)節(jié)能減排。家用空調(diào)的越來越普及使能耗不斷增加，夜晚等時段良好的自然通風(fēng)可以降低能耗。但是，近年夏熱冬暖地區(qū)居住建筑自然通風(fēng)設(shè)計的研究主要基于風(fēng)熱環(huán)境優(yōu)化方面，通風(fēng)節(jié)能研究也有較多成果，而基于控制室內(nèi)空氣污染物的研究卻鮮有報道。

3.2.2 設(shè)計研究深度不夠

如上所述，夏熱冬暖地區(qū)居住建筑自然通風(fēng)的需求越來越大，這就要求專業(yè)技術(shù)人員能夠更好地響應(yīng)規(guī)劃和設(shè)計。例如，盡管已有許多研究者利用計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)模擬、風(fēng)環(huán)境評價體系等手段研究得到了通風(fēng)與設(shè)計的因果關(guān)系，但大部分研究結(jié)果和設(shè)計實踐之間仍然存在差距，此外，計算機輔助設(shè)計和微氣候數(shù)值模擬之間的工作流程相對繁瑣，這些都有待進一步開展研究。在建筑開口設(shè)計方面，高層住宅往往從底層至頂層都采取相同的開口模式和開口尺寸，但隨著建筑高度的增加，室外風(fēng)速增大，相同通風(fēng)量要求時有不同的有效開口尺寸，因此，深入研究高度、開口面積和方式與通風(fēng)換氣量之間的關(guān)系很有必要。

4 結(jié) 論

綜合梳理分析近年我國夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計研究文獻資料和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)條文，得出以下結(jié)論。

1)為了提高通風(fēng)效果，人們從總平面規(guī)劃設(shè)計、單體建筑設(shè)計、換氣次數(shù)、通風(fēng)方式與措施等方面開展了較深入的研究，但還存在通風(fēng)目的有缺失、設(shè)計研究深度不夠等問題，需深入開展基于控制室內(nèi)空氣污染物的通風(fēng)設(shè)計研究，而通風(fēng)設(shè)計的CFD模擬、風(fēng)環(huán)境評價體系等研究結(jié)果和設(shè)計實踐之間的吻合性以及諸如建筑開口與通風(fēng)換氣量之間的關(guān)系等問題也很有必要深入研究。

2)目前適應(yīng)于我國夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較多，但存在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不全面、技術(shù)指標(biāo)不統(tǒng)一、技術(shù)術(shù)語內(nèi)容界定不明確、精細化不夠等問題，發(fā)布關(guān)于夏熱冬暖地區(qū)居住建筑通風(fēng)設(shè)計專門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范很有必要。