摘 要：為研究內(nèi)風廊在高層辦公建筑自然通風中的作用，本文利用CFD軟件對合肥地區(qū)某高層辦公建筑在有無內(nèi)風廊工況下室內(nèi)通風情況進行數(shù)值模擬分析。通過研究室內(nèi)氣流速度和空氣齡來分析高層辦公建筑內(nèi)各功能房間的通風換氣情況和整體的通風效果。研究結(jié)果表明，風廊能有效促進室內(nèi)空氣流通，提高空氣質(zhì)量和舒適度，同時也對降低室內(nèi)溫度、減少空調(diào)使用等方面具有重要作用。因此，當設(shè)計高層辦公建筑時，合理布局和設(shè)計風廊是必要的。

關(guān)鍵詞：內(nèi)風廊；自然通風；模擬分析；高層辦公

中圖分類號：TU 83" " " 文獻標志碼：A

隨著全球?qū)Νh(huán)境問題的關(guān)注度不斷提高，建筑行業(yè)也在尋求環(huán)保的解決方案。傳統(tǒng)的機械通風系統(tǒng)雖然能夠滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求，但需要消耗大量的能源，增加了碳排放，并在某些情況下產(chǎn)生噪聲和不適感。因此，尋找一種可持續(xù)、更環(huán)保的通風解決方案成了亟需解決的問題。在此背景下，自然通風作為一種有潛力的技術(shù)開始受到廣泛關(guān)注和應用。自然通風通過優(yōu)化建筑設(shè)計，引入自然氣流和風力，實現(xiàn)室內(nèi)外空氣的交換和流通，從而提高室內(nèi)空氣質(zhì)量、降低能耗以及提高人們的舒適感。在設(shè)計高層辦公建筑的過程中，建筑內(nèi)部設(shè)置風廊是一種常用的自然通風方式[1]。內(nèi)風廊是通過布局合理的空間，在建筑內(nèi)部形成自然通風的通道，引導風流進入辦公區(qū)域，為室內(nèi)提供新鮮的空氣，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，并減少對機械通風系統(tǒng)的依賴。本文對高層辦公建筑內(nèi)風廊進行模擬分析，探究其在自然通風中的作用[2]。首先，介紹了自然通風在建筑設(shè)計中的應用及其優(yōu)勢。其次，對風廊進行建模和數(shù)值模擬，分析其對自然通風的影響，最后，評價其效果并總結(jié)。

1 自然通風

自然通風是指利用自然氣流的流動和壓力差來進行通風。與機械通風相比，自然通風具有以下優(yōu)勢：無需能源消耗，可節(jié)約能源?？商岣呤覂?nèi)空氣質(zhì)量，減少空氣中的有害物質(zhì)?？商岣呤覂?nèi)舒適度，避免人們長時間處于不適宜的環(huán)境中[3]。

在建筑設(shè)計中，通常通過設(shè)計開窗、通風口等方式實現(xiàn)自然通風。同時，建筑內(nèi)部風廊也是一種常見的利用建筑內(nèi)部布局改善室內(nèi)自然通風的被動節(jié)能措施。在高層建筑中，受建筑高度和自然條件等因素的影響，建筑內(nèi)部空間對機械通風依耐性過高，不僅能源消耗大，而且難以滿足舒適度和健康要求。因此，合理利用自然通風成為高層建筑設(shè)計的重要課題之一[4]。

2 研究對象

本文研究對象為合肥某高層辦公建筑，建筑高度為128.1m，共29層，總建筑面積為40552.19㎡。其中1、2層為商業(yè)，3層～29層為辦公，其標準層平面設(shè)計采用核心筒+環(huán)形走道+辦公室的常見圍合式平面布局，采用幕墻結(jié)構(gòu)，幕墻各方向均有開啟扇，開啟方式形式為上懸，開啟角度為30°。標準層平面布局如圖1所示，此平面布局，由于外側(cè)一圈滿設(shè)辦公室的布局，外窗與內(nèi)廊無法有效聯(lián)通，難以形成貫穿建筑室內(nèi)的風廊。因此，結(jié)合研究對象所在城市，過渡季盛行風的風向為東風，對研究對象平面布局進行優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計兩條東西向內(nèi)風廊，充分利用風壓原理，以期優(yōu)化室內(nèi)自然通風達到預期效果。優(yōu)化后標準層平面布局如圖2所示。

3 數(shù)值模擬

計算流體力學（CFD）是一種基于數(shù)值方法的流體力學仿真技術(shù)，對流體流動的物理方程進行數(shù)值求解，模擬和分析流體運動和相互作用的行為。本文采用CFD方法對高層辦公建筑室內(nèi)自然通風進行模擬分析[5]。模擬分析采用VENT軟件，VENT軟件是一種專業(yè)的CFD軟件，具有強大的模擬和分析能力?？梢愿鶕?jù)建筑的平面圖進行建模，并考慮內(nèi)風廊對氣流的影響，模擬室內(nèi)空氣流動的方向和分布情況。

3.1 物理模型和邊界條件

本文根據(jù)合肥某高層辦公建筑與周邊建筑的相對位置、朝向和空間布置等關(guān)系對整體進行建模，模擬室外風環(huán)境。將室外風環(huán)境模擬結(jié)果中可開啟外窗室內(nèi)外表面的風壓差作為室內(nèi)風環(huán)境模擬的入口邊界條件。由于室外風被大廈阻擋，因此對主迎風面來說，在風壓和熱壓的作用下，形成了對流運動，在大廈外部的風速方向傾向水平流動，繞至大廈旁邊后通過大廈，較有代表性，本文將大廈的這片范圍稱為平流風速區(qū)，室內(nèi)自然通風模擬研究樓層選擇為15層，位于平流風速區(qū)。當建立室內(nèi)自然通風模型時對樓梯間、電梯廳和公共衛(wèi)生間等門窗常閉的公共部位進行填充和簡化處理，以此簡化模型與提高計算效率[6]。在室內(nèi)風環(huán)境數(shù)值模擬計算的過程中，室外氣流通過窗戶進入室內(nèi)，可以較為準確地模擬實際建筑自然通風時進出口狀況。

室內(nèi)自然通風模擬采用室外風環(huán)境模擬結(jié)果中各外窗上的風壓作為入口邊界條件，出口邊界條件定為自由出流，其他邊界條件均定義為無滑移的壁面條件。采用標準的K～ε湍流模型進行模擬[7]。

3.2 模擬參數(shù)

合肥市位于夏熱冬冷地區(qū)，常年盛行風為東北到南向風，年平均風速為2.35m/s。考慮外窗開啟時間集中在過渡季節(jié)，合肥地區(qū)過渡季節(jié)室外風頻東風向較高，因此研究的室外風向為E風向，具體參數(shù)見表1。

4 結(jié)果分析

本文以合肥地區(qū)為例，模擬分析過渡季主導風向下有無內(nèi)風廊時高層辦公室內(nèi)的自然通風情況。距地面1.2m是考慮人在室內(nèi)靜坐狀態(tài)下所對應的呼吸高度，本文選取室內(nèi)1.2m處的氣流速度和空氣齡2個指標，分析在風壓作用下，高層辦公室內(nèi)各功能房間的通風換氣情況和整體的通風效果[8]。

4.1 有無內(nèi)風廊時高層辦公室內(nèi)氣流速度分析

在過渡季E風向條件下，某高層辦公優(yōu)化前、后室內(nèi)1.2m高度處風速分布矢量圖如圖3所示。風速矢量圖可展示氣流組織的走向和流場中的風速分布情況。在E風向條件下，某高層辦公優(yōu)化前，平面布局中外側(cè)一圈滿設(shè)辦公室，核心筒附近環(huán)形內(nèi)廊難以與幕墻上的外窗聯(lián)通，無法串聯(lián)建筑各辦公室間的自然通風，平均風速約為0.30m/s；某高層辦公優(yōu)化后，核心筒附近環(huán)形內(nèi)廊與幕墻上的外窗可形成2條空氣通路，部分氣流可直接穿過，另一部分氣流遇到墻體改變方向進入辦公室，平均風速升至約0.65m/s。通過對比優(yōu)化前后的室內(nèi)平均風速，更快的風速可以促進空氣流動和混合，調(diào)節(jié)室內(nèi)熱濕環(huán)境。

4.2 有無內(nèi)風廊時高層辦公室內(nèi)空氣齡分析

在過渡季E風向條件下，某高層辦公優(yōu)化前、后室內(nèi)1.2m高度處空氣齡分布云圖如圖4所示?？諝恺g云圖可展示室內(nèi)的空氣新鮮程度。在E風向條件下，某高層辦公優(yōu)化前，迎風側(cè)房間內(nèi)的新鮮空氣，無法通過核心筒附近環(huán)形內(nèi)廊向其他房間傳遞，處于背風位置的房間空氣齡較大，新鮮空氣分布明顯不如迎風側(cè)房間均勻，室內(nèi)整體的平均空氣齡約550s。某高層辦公優(yōu)化后，迎風側(cè)房間內(nèi)的新鮮空氣可通過內(nèi)風廊接進入背風面房間，平均空氣齡降至約350s。通過對比優(yōu)化前后的室內(nèi)平均空氣齡得知，室內(nèi)空氣的新鮮程度得到改善，新鮮空氣能夠更好地傳遞到整個室內(nèi)空間，有助于提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文對合肥地區(qū)過渡季主導風向下有無內(nèi)風廊時高層辦公室室內(nèi)自然通風情況進行數(shù)值模擬，探究了高層辦公建筑內(nèi)風廊對自然通風的貢獻，分析了其室內(nèi)自然通風情況，通過模擬分析，本文得出以下結(jié)論。1）建筑內(nèi)風廊能有效促進室內(nèi)空氣流通，提高空氣質(zhì)量和舒適度。風廊使建筑內(nèi)部的空氣能形成循環(huán)，可有效降低室內(nèi)的二氧化碳和甲醛等有害物質(zhì)的濃度，提高了室內(nèi)空氣的質(zhì)量。2）建筑內(nèi)風廊對降低室內(nèi)溫度、減少空調(diào)使用等方面具有重要作用。在過渡季，風廊的設(shè)計可以使室內(nèi)溫度相對較低，減少了空調(diào)的使用頻率和能源消耗。3）建筑內(nèi)風廊的設(shè)計對室內(nèi)空氣流動的影響較大。合理的風廊設(shè)計可以使室內(nèi)空氣流動更均勻，避免了某些區(qū)域的空氣滯留和不流通的問題。

綜上所述，本文采用數(shù)值模擬的方法，探究了高層辦公建筑內(nèi)風廊對自然通風的作用，并提出一些在實際應用中需要注意的問題和建議。這些研究成果能為高層辦公建筑的設(shè)計和建設(shè)提供參考。

參考文獻

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