洞口主導(dǎo)的自然通風(fēng)模式下室內(nèi)通風(fēng)效率模擬研究

饒永，張然

（合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院,安徽，合肥 240000）

洞口主導(dǎo)的自然通風(fēng)模式下室內(nèi)通風(fēng)效率模擬研究

饒永，張然

（合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院,安徽，合肥 240000）

文章利用計(jì)算機(jī)模擬軟件，針對(duì)不同的室內(nèi)通風(fēng)洞口形式，模擬在不同風(fēng)向條件下的通風(fēng)效率，分析室內(nèi)通風(fēng)的影響因素，對(duì)比判斷通風(fēng)形式的優(yōu)劣，探討高效通風(fēng)的洞口形式，為獲得良好的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境提供參考。

自然通風(fēng)；洞口；通風(fēng)效率；模擬

室內(nèi)的風(fēng)環(huán)境不僅與建筑通風(fēng)，防潮，降溫，節(jié)能有直接聯(lián)系，還與室內(nèi)的人體舒適度息息相關(guān)，是建筑室內(nèi)物理環(huán)境的重要組成部分。利用自然通風(fēng)降溫節(jié)能，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和舒適度是當(dāng)今民用建筑尤其是住宅建筑的一個(gè)重要功效需求，也符合綠色建筑的要求和未來的發(fā)展方向。目前改善室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的方法和措施，絕大部分還是靠建筑師的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)性的規(guī)范條款等，無法提前準(zhǔn)確預(yù)知其通風(fēng)效率，這也是改善建筑通風(fēng)的一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)所在。隨著科技的發(fā)展尤其是計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，通過建筑通風(fēng)模擬軟件，可以比較精確的模擬出建筑的通風(fēng)狀況和室內(nèi)風(fēng)環(huán)境優(yōu)劣。

自然通風(fēng)條件下，洞口（門窗）是最主要的通風(fēng)形式。洞口的形式對(duì)于室內(nèi)的通風(fēng)有著決定性的作用。模擬研究中，將單一洞口的通風(fēng)模式做為最主要的研究對(duì)象，研究不同洞口形式對(duì)于室內(nèi)通風(fēng)的影響，利用控制單一變量的方法，即房間體積大小不變，室外風(fēng)場不變，僅改變洞口的大小和形式。在控制了單一變量之后，結(jié)果便具有準(zhǔn)確可靠性。經(jīng)過研究篩選，選取了單面開窗和兩面開窗最常見的兩種形式，歸類總結(jié)形成了8種形式的通風(fēng)模型。房間形式統(tǒng)一為3m×3m×3m，面積9m2，室外風(fēng)速統(tǒng)一為1m/s，風(fēng)向?yàn)檎巷L(fēng)。房間設(shè)置如下表1所列和圖1所示。

房間設(shè)置 表1

圖1 A1-A8房間模型

通過對(duì)不同開窗形式房間的模擬分析，得到了上面8種房間在正南風(fēng)（S）1m/s的風(fēng)場下的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，主要提取了2組主要數(shù)據(jù)（見表2所列和圖3、圖4所示）。

①風(fēng)速（1.5m高度處）：包括平均風(fēng)速和風(fēng)速分布，直接反映的室內(nèi)的通風(fēng)狀況（如圖2所示）。

②空氣齡（1.5m高度處）：即平均換氣速率，反映了空氣質(zhì)量，與室內(nèi)舒適度有一定關(guān)系。

圖2 8種房間風(fēng)速分布云圖（1.5m高度處）

對(duì)比8種房間的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，單面洞口的通風(fēng)效果明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)不入雙面洞口，而在單面洞口的形式中，無論是風(fēng)速還是空氣齡的差別都不是很大，空氣齡都在1000s以上?？梢妴蚊娑纯谶@種形式，普遍通風(fēng)效率較低，換氣效果差，總體風(fēng)環(huán)境無法處于舒適狀態(tài)，而雙面洞口的效果則十分優(yōu)越。

模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì) 表2

圖3 各房間的室內(nèi)風(fēng)速

圖4 各房間室內(nèi)平均空氣齡

單看每一個(gè)房間，室內(nèi)平均風(fēng)速最大的為A6房間，由于是兩面洞口直對(duì)流，產(chǎn)生了較大的風(fēng)速，尤其是中央?yún)^(qū)域風(fēng)速達(dá)到了3m/s，風(fēng)速放大系數(shù)達(dá)到了3，雖然空氣齡上佳但其實(shí)這對(duì)室內(nèi)舒適風(fēng)環(huán)境的營造反而不利。而風(fēng)速最低的是A3房間單面分散形式的洞口，過多的洞口一定程度上增加了風(fēng)阻減少了風(fēng)速，對(duì)比A7房間也能看出，即使洞口總面積相同，數(shù)量越多，對(duì)風(fēng)速的阻尼作用越大室內(nèi)風(fēng)速也越小?？諝恺g最好的房間是雙面洞口的A8房間，但是洞口位置位于墻體異側(cè)，是A6房間的一種變化，雖然房間風(fēng)速不及A6房間，但是空氣齡卻好很多，可見這種布置形式更有利于帶動(dòng)房間內(nèi)更多空氣的流動(dòng)而獲得更好的換氣效果。

在實(shí)際情況中，風(fēng)向是多變的，我國大部分地區(qū)處于季風(fēng)氣候，不同季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向都有差異，風(fēng)向也是影響室內(nèi)通風(fēng)效率的一個(gè)重要因素，對(duì)不同風(fēng)向會(huì)造成通風(fēng)效率的差異?？紤]到優(yōu)化模擬方案，取消對(duì)A1～A5房間的模擬分析，對(duì)通風(fēng)效率較好的方案A6～A8進(jìn)行風(fēng)向模擬。在風(fēng)向的選取上，除了正南風(fēng)（S）外，選取與洞口墻面有一定角度的西南風(fēng)（SW）和與洞口墻面平行的正西風(fēng)（W），風(fēng)速1m/s。

通過對(duì)每個(gè)房間的模擬分析，得到了A6-A8這3個(gè)房間在不同風(fēng)場下的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，仍然選取了在1.5m平面高度處風(fēng)速和空氣齡的分布狀況。各個(gè)房間在不同風(fēng)向下風(fēng)速云圖如圖5所示。

圖5 各個(gè)房間在不同風(fēng)向下風(fēng)速云圖（1.5m高度處）

3.2.1 A6房間在不同風(fēng)向下模擬結(jié)果對(duì)比

對(duì)于A6房間來說，在西南風(fēng)風(fēng)速下，室內(nèi)風(fēng)速比正南風(fēng)有所降低，但是空氣齡卻大大減少，這是因?yàn)檫@種風(fēng)向下的通風(fēng)模式使得洞口不正對(duì)，這也驗(yàn)證了前面的結(jié)論，見表3所列。

不同風(fēng)向情況下A6房間模擬結(jié)果匯總 表3

3.2.2 A7房間在不同風(fēng)向下模擬結(jié)果對(duì)比

對(duì)于A7房間來說，三種風(fēng)向下的風(fēng)速都所有降低。而當(dāng)風(fēng)向與洞口墻面平行（正西風(fēng)）時(shí)，室內(nèi)風(fēng)速和空氣齡都處于一個(gè)較差水平，見表4所列。

不同風(fēng)向情況下A7房間模擬結(jié)果匯總 表4

3.2.3 A8房間在不同風(fēng)向下模擬結(jié)果對(duì)比

在西南風(fēng)風(fēng)速下，A8房間效果反而不如正南風(fēng)，這是由于風(fēng)向正好與洞口的偏斜方向一致所導(dǎo)致，相當(dāng)于南北窗戶正對(duì)的情況，見表5所列。

A6、A7、A8三個(gè)房間室內(nèi)風(fēng)速和空氣齡比較如圖6和圖7所示。

不同風(fēng)向情況下A8房間模擬結(jié)果匯總 表5

圖6 三種風(fēng)向下的平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)

圖7 三種風(fēng)向下的平均空氣齡統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，在不同風(fēng)向下，風(fēng)向與洞口墻面成一定的角度，雖然會(huì)減小室內(nèi)風(fēng)速，但是能提高空氣質(zhì)量；而風(fēng)向與洞口墻面平行則最差。實(shí)際情況下風(fēng)向多變，為了達(dá)到好的通風(fēng)效果，需要根據(jù)實(shí)際風(fēng)向進(jìn)行調(diào)整，比如盡量讓夏季風(fēng)向正對(duì)或者斜對(duì)洞口墻面，在冬季則盡量處于平行狀態(tài)。

綜合分析，在相同的風(fēng)場條件下，雙面洞口形式具有優(yōu)越性，通過對(duì)風(fēng)速和空氣齡的對(duì)比看出，風(fēng)速大小主要取決于風(fēng)向和洞口的位置?？諝恺g的大小主要取決于帶動(dòng)空氣流動(dòng)的效果，在室內(nèi)風(fēng)速相同的情況下，不同的風(fēng)向和洞口形式所造成的空氣齡不同，在洞口面積不變的情況下，將洞口分散布置會(huì)減少風(fēng)速而不會(huì)對(duì)空氣齡產(chǎn)生太大影響。將雙面的洞口由正對(duì)位置調(diào)整為非正對(duì)位置，有助于減小空氣齡，增加房間空氣質(zhì)量。而對(duì)于不同風(fēng)向，讓風(fēng)向與洞口墻面形成一定的角度，在減小風(fēng)速的同時(shí)又能提高空氣質(zhì)量的一種模式。在研究中也發(fā)現(xiàn)不同風(fēng)向?qū)κ覂?nèi)通風(fēng)效率的影響比較大，因此在建筑設(shè)計(jì)中要利用全年不同季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)

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[3]史彥麗.應(yīng)用PHOENICS軟件對(duì)建筑群風(fēng)環(huán)境的模擬和評(píng)價(jià)[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2005(5).

①明確文明施工管理責(zé)任人，按“誰施工，誰負(fù)責(zé)”的原則，實(shí)行統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分工負(fù)責(zé)，實(shí)行分區(qū)分段包工制，由各區(qū)各段責(zé)任人負(fù)責(zé)本區(qū)段的文明施工。

②加強(qiáng)環(huán)保教育，宣傳有關(guān)環(huán)保政策，強(qiáng)化人員的環(huán)保意識(shí)，使保護(hù)環(huán)境成為參建人員的自覺行為。

③現(xiàn)場施工人員衣著要整齊大方，言行文明。

④提倡文明作業(yè)，嚴(yán)禁野蠻施工，對(duì)野蠻施工的行為進(jìn)行制止，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不論是否造成損傷，一律給予經(jīng)濟(jì)處罰。

⑤施工車輛在施工現(xiàn)場嚴(yán)禁超車，要禮貌行車。

⑥施工現(xiàn)場建筑和生活垃圾集中堆放，及時(shí)清運(yùn)。

⑦遵守有關(guān)規(guī)定并采取措施降低設(shè)備噪音，防止噪音污染。

⑧施工機(jī)械要防止嚴(yán)重漏油，禁止機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的油污水未經(jīng)處理就直接排放，或維修施工機(jī)械時(shí)油污水直接排放。

參考文獻(xiàn)

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TU834.3

A

1007-7359（2016）05-0042-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.010

饒永（1965-），男，安徽宿州人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，碩士，國家注冊(cè)一級(jí)建筑師。