基于自然通風(fēng)的疆內(nèi)外住宅戶型節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)比分析

趙 力，劉 健，陳英杰，王 琪，谷帥東，康振杰，范文靜

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052）

0 引言

隨著新疆的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)快速提升的同時(shí)大量新建筑也拔地而起。但由于氣候惡劣、建筑節(jié)能措施不到位等原因，能源浪費(fèi)的問題十分嚴(yán)重。另外，居民對(duì)住宅室內(nèi)熱環(huán)境舒適度的要求越來越高，其中室內(nèi)熱環(huán)境品質(zhì)便是衡量其價(jià)值的重要參考因素之一。

1 自然通風(fēng)理論

自然通風(fēng)指的是利用風(fēng)壓或熱壓形成風(fēng)，促進(jìn)建筑內(nèi)部空氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)。自然通風(fēng)主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是可以在不消耗傳統(tǒng)能源的情況下實(shí)現(xiàn)有效的被動(dòng)式制冷，以適當(dāng)?shù)臍饬魉俣葘?shí)現(xiàn)室內(nèi)人的熱舒適；二是通過更新室內(nèi)空氣有利于居民的身心健康，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義防止流行性病毒的傳播。通過合理的建筑設(shè)計(jì)，有效利用室外風(fēng)資源，合理增加室內(nèi)空氣流量，從而達(dá)到通風(fēng)換氣的目的。隨著主動(dòng)空調(diào)和機(jī)械通風(fēng)的普及，在能源危機(jī)的壓力下，建筑業(yè)普遍開始重視自然通風(fēng)。［1］

2 住宅熱舒適性與住宅節(jié)能

集合式住宅的生活性和社會(huì)性，決定了集合式住宅的設(shè)計(jì)必須在熱舒適性的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和節(jié)能性設(shè)計(jì)兩方面加強(qiáng)。［1］“舒適性”住宅不能建立在高能耗的基礎(chǔ)上，也不應(yīng)該為了達(dá)到節(jié)能目的而忽視了住宅舒適性，降低居民生活品質(zhì)，既節(jié)能又舒適才是有意義的節(jié)能住宅。

3 季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)及住宅建筑朝向

3.1 大連季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)及建筑朝向

以大連為例，大連屬北溫帶季風(fēng)性氣候，如圖1 所示，大連地區(qū)夏季盛行東南風(fēng)到南風(fēng)，冬季則是西北風(fēng)到北風(fēng)，以北風(fēng)為主。綜合全年季風(fēng)風(fēng)向特點(diǎn)和冬夏對(duì)適宜風(fēng)向的不同要求，南向和偏西南向更有利于同時(shí)滿足兩個(gè)季節(jié)我國(guó)北方住宅建筑對(duì)通風(fēng)的要求。

圖1 大連風(fēng)玫瑰圖

3.2 烏魯木齊季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)及建筑朝向

根據(jù)烏魯木齊風(fēng)玫瑰圖（圖2），可以看出烏魯木齊冬季主導(dǎo)風(fēng)是西北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)是東風(fēng)和西南風(fēng)。在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，在主導(dǎo)風(fēng)的影響下，建筑物迎風(fēng)面的風(fēng)速過大，使建筑物的熱損失增加了5%～7%。如果建筑物的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)壓形成較大，則會(huì)增大建筑物的冷風(fēng)滲透，使建筑物的熱損失增加了10%～20%。烏魯木齊城區(qū)的冬天長(zhǎng)達(dá)150 天，故烏魯木齊地區(qū)建筑有如下特征：墻體厚，傳統(tǒng)建筑外墻厚在490mm以上；建筑開窗面積相對(duì)較小，且都是雙層窗，中間有15～300mm 的空氣間層；為減少散熱面積，體型比較緊湊，體型系數(shù)比較小。

圖2 烏魯木齊風(fēng)玫瑰圖

住宅朝向的選擇除了要考慮采光外，還必須考慮該位置不同季節(jié)的盛行風(fēng)向。夏天的主導(dǎo)風(fēng)將直接影響室內(nèi)的自然通風(fēng)效果，而冬季的主導(dǎo)風(fēng)將直接影響房屋內(nèi)的熱損失。

4 大連住宅自然通風(fēng)情況案例

從通風(fēng)角度分析室內(nèi)空間劃分簡(jiǎn)潔，空間分隔沒有彼此阻隔的現(xiàn)象，存在多條主氣流通道，通風(fēng)效果良好。標(biāo)準(zhǔn)層各戶通風(fēng)分析如圖3 所示。從圖3 中可以看出，結(jié)合房間門的設(shè)置位置，每個(gè)單元西側(cè)戶型的通風(fēng)效果相對(duì)來說要好于東側(cè)一戶。但在整體良好基礎(chǔ)上這些差別應(yīng)該不大，所有戶型都能獲得較好的夏季室內(nèi)熱環(huán)境。［2］

圖3 幸福e 家3－2＃標(biāo)準(zhǔn)層戶型平面通風(fēng)分析

5 戶型組合方式與風(fēng)壓通風(fēng)設(shè)計(jì)

對(duì)于住宅平面空間布局，不同戶型組合不僅會(huì)影響其基本外部通風(fēng)條件，同時(shí)還會(huì)影響建筑體形系數(shù)，是各戶型風(fēng)壓通風(fēng)的決定性條件，其影響變量主要體現(xiàn)在各戶型是否在正、負(fù)壓區(qū)均有外墻面。對(duì)圖4 不同的戶型組合做出以下分析：

圖4 不同的戶型組合

5.1 一梯兩戶

一梯兩戶型內(nèi)平面布置相對(duì)自由，是板式住宅的常見戶型組合方式之一。從自然通風(fēng)角度評(píng)價(jià)，一般情況下，該戶型南北通透，室外正負(fù)壓分布理想，如圖3、4。住宅的迎風(fēng)面受空氣的推動(dòng)作用形成正壓區(qū)，推動(dòng)空氣從該側(cè)延其開孔部分進(jìn)入室內(nèi)；住宅的背風(fēng)面，受空氣的繞流影響形成負(fù)壓區(qū)，吸引建筑物內(nèi)的空氣從該側(cè)的孔口流出，從而利用風(fēng)壓作用達(dá)到自然通風(fēng)的效果。

5.2 一梯三戶

與一梯兩戶相比，一梯三戶的空間利用率會(huì)高一些，但在布局上會(huì)產(chǎn)生較大的限制，一般情況下會(huì)有一間朝向單一的戶型。圖4 則是一梯三戶的常見布局模式。兩側(cè)的單元可以實(shí)現(xiàn)南北通透，與一梯兩戶相類似。但中間一戶朝向單一，為純南向，所有開口均處于正壓區(qū)，正負(fù)壓分布不理想，無法實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。［3］

5.3 一核四戶和一核六戶

此類戶型單朝向戶型已顯著增加。圖4 顯示了一核四戶和一核六戶的常見布局模式。每個(gè)戶型的面積不定，但每種公寓類型的分布大致相似。因此該布局中每一戶室外正負(fù)壓分布也有一定規(guī)律。從風(fēng)壓和通風(fēng)條件的角度來看，一核六戶比一核四戶更不適合過度布局。

6 室內(nèi)空間再劃分與風(fēng)壓通風(fēng)效果

6.1 室內(nèi)空間布局

在足夠保護(hù)隱私空間的情況下，提高開場(chǎng)空間面積，加大進(jìn)深，避免相對(duì)方正的房間，減少影響通風(fēng)效率和沒有承重的空間劃分墻，避免出現(xiàn)狹窄的開敞空間和通風(fēng)死角，主要的生活房間形成主要的南北貫通通風(fēng)流線，從而盡可能使自然風(fēng)在室內(nèi)空間布局中形成穿堂風(fēng)，進(jìn)而強(qiáng)化室內(nèi)空氣的流動(dòng)，使通風(fēng)更為穩(wěn)定均勻，提高室內(nèi)空氣新鮮程度與熱舒適性。

6.2 室內(nèi)門的位置

在住宅室內(nèi)小房間中，門的位置要在整個(gè)室內(nèi)通風(fēng)的路徑中，避免出現(xiàn)門的位置在通風(fēng)路徑的一側(cè)，減小甚至避免室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)中出現(xiàn)死角與湍流現(xiàn)象，使室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)趨于平穩(wěn)的狀態(tài)，從而為室內(nèi)熱舒適度相對(duì)穩(wěn)定創(chuàng)造一個(gè)良好的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。

7 剖面空間與熱壓通風(fēng)設(shè)計(jì)

熱壓通風(fēng)在建筑中的形成通常有兩種情況：（1）產(chǎn)生于多個(gè)開口的高度差之間，（2）由于室內(nèi)外溫差較大時(shí)于單一開口處產(chǎn)生。由于集合式住宅的特殊結(jié)構(gòu)和不同的房屋面積限制，樓梯聯(lián)通的連續(xù)傳遞難以發(fā)揮作用，尺寸很小的單戶型作用也不大，熱壓通風(fēng)效果受抑制。在個(gè)體的單元建筑里，熱壓通風(fēng)可在這種聯(lián)通條件較好的躍層式戶型中效果良好。其中上下通透的通廳空間的躍層戶型熱壓通風(fēng)更為理想應(yīng)用更為廣泛，如圖5 所示。

圖5 上下通透的通廳空間的躍層戶型

8 總結(jié)

住宅平面設(shè)計(jì)節(jié)能設(shè)計(jì)方法可總結(jié)成如下幾條：

（1）不同方向墻體面積與不同時(shí)段太陽輻射強(qiáng)度共同影響輻射吸收的綜合效果，因此住宅建筑設(shè)計(jì)要根據(jù)實(shí)際情況與朝向設(shè)計(jì)相結(jié)合。

（2）大進(jìn)深對(duì)節(jié)能整體節(jié)能效果尤為突出，同時(shí)對(duì)特殊位置單一戶型能耗和室內(nèi)熱舒適性有負(fù)面影響需慎重考慮。

（3）單元聯(lián)列數(shù)對(duì)減小體形系數(shù)的作用有限，其設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生體量過小體形系數(shù)較大的熱工單體，對(duì)節(jié)能并無意義甚至起到反作用，應(yīng)從整體規(guī)劃方面合理確定住宅區(qū)內(nèi)各個(gè)樓體的單元數(shù)。

（4）戶型平面設(shè)計(jì)及其組合中，戶型面積的大小，戶型組合的方式，在設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行必要的量化分析，綜合考慮冬夏節(jié)能需求加以權(quán)衡，選取合適的戶型面積及其組合方式。

現(xiàn)實(shí)情況中可變因素太多，還需通過計(jì)算及模擬來驗(yàn)證效果的可用性。