封閉陽臺對高層住宅自然通風(fēng)的影響及優(yōu)化策略研究
——以濟南地區(qū)為例

謝云濤

（山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟南 250101）

0 引言

隨著我國城市化快速發(fā)展，城市建設(shè)用地日趨緊張以及高昂的地價迫使住區(qū)設(shè)計朝著高密度、高容積率的方向發(fā)展，高層住宅不斷涌現(xiàn)。建筑陽臺是溝通室內(nèi)外的重要過渡空間，在滿足實用功能及精神和心理需求方面具有重要的作用。CHAND I等[1-4]通過實驗研究證明了陽臺對建筑表面風(fēng)壓大小和誘導(dǎo)建筑室內(nèi)通風(fēng)具有重要影響。研究封閉陽臺對高層住宅自然通風(fēng)的影響對優(yōu)化戶型設(shè)計具有重要參考價值。

1 陽臺外挑寬度對通風(fēng)的影響

考慮到結(jié)構(gòu)挑梁的可操作性和結(jié)構(gòu)支撐的安全性，陽臺的開間大小一般隨其背后的功能房間，但是陽臺的外挑寬度會根據(jù)陽臺的具體使用情況和建筑造型的需要有所變化。受挑梁的受力結(jié)構(gòu)所限，陽臺出挑寬度不宜超過1.8m。不同外挑寬度的陽臺是否會對室內(nèi)的自然通風(fēng)帶來不一樣的影響，需要進一步模擬研究。

1.1 研究模型的設(shè)定

本次模擬研究以濟南地區(qū)高層住宅為例，選取典型的高層住宅套型，僅控制改變陽臺外挑寬度來研究陽臺對高層住宅室內(nèi)自然通風(fēng)的影響。選取的高層住宅套型標(biāo)準(zhǔn)層平面如圖1所示，圖中線框圈示的為所選模擬戶型。以建筑模型第3，6，9層所選戶型陽臺寬度1.3m為基礎(chǔ)，分別設(shè)計6組不同外挑寬度的數(shù)據(jù)進行模擬，依次為 1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8m。實測住宅樓層高2.9m，共18層。陽臺的外挑寬度根據(jù)本次研究設(shè)定作為單一變量具體設(shè)計，通過控制其他相關(guān)參數(shù)一致，來探究陽臺外挑寬度對室內(nèi)自然通風(fēng)的影響。

圖1 住宅套型標(biāo)準(zhǔn)層平面

1.2 模擬分析

研究主要采用CFD模擬的方法，選用通風(fēng)分析軟件Vent2020模擬目標(biāo)建筑模型室內(nèi)外的自然通風(fēng)狀況。本次模擬工況采用《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中濟南地區(qū)典型氣象年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。濟南屬于我國寒冷地區(qū)，冬季和過渡季，窗戶基本處于密閉狀態(tài)，但是濟南的夏季非常炎熱，室內(nèi)需有良好的自然通風(fēng)改善熱舒適性，所以本次模擬只選取夏季的風(fēng)向和風(fēng)速值展開研究。模擬區(qū)域的大小會對模擬結(jié)果產(chǎn)生直接的影響，本次研究模擬區(qū)域參考綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中對模擬域的規(guī)定和建議，并將室外風(fēng)環(huán)境和室內(nèi)通風(fēng)在同一模型中模擬。圍繞陽臺為研究對象，分別模擬不同外挑寬度下，所模擬戶型中室內(nèi)的自然通風(fēng)情況，模擬分析如圖2所示。

圖2 不同外挑寬度的室內(nèi)平均風(fēng)速

根據(jù)圖2統(tǒng)計整理的不同外挑寬度所選模擬層室內(nèi)平均風(fēng)速圖可得，隨著外挑寬度的變化，室內(nèi)風(fēng)場環(huán)境受影響變化明顯，主要體現(xiàn)在室內(nèi)的風(fēng)速變化上。模擬數(shù)據(jù)顯示，隨著陽臺外挑寬度的增大，住宅室內(nèi)的平均風(fēng)速經(jīng)歷了先增大再減小的過程。本次模擬的6個樣本結(jié)果顯示，陽臺外挑寬度在1.5m時對室內(nèi)通風(fēng)效果改善最顯著，并且隨著外挑寬度從1.5m增大到1.8m，其對室內(nèi)平均風(fēng)速的實際影響效果逐漸減弱。綜合考慮造價、結(jié)構(gòu)安全和使用感受，在住宅套型設(shè)計中陽臺外挑寬度選擇1.5m，既有利于室內(nèi)自然通風(fēng)，又經(jīng)濟適用。在住宅套型設(shè)計中，會根據(jù)具體情況設(shè)置陽臺窗戶開啟扇的位置、大小。為更準(zhǔn)確地探究陽臺各因素對自然通風(fēng)的影響，對其逐一進行模擬分析。

2 陽臺窗開啟扇位置對通風(fēng)的影響

根據(jù)陽臺窗開啟扇位置的不同，本研究共設(shè)置6個案例，研究案例設(shè)置如圖3所示，窗戶填色部位為開啟扇設(shè)計位置。通過室內(nèi)平均風(fēng)速模擬結(jié)果可得，當(dāng)陽臺窗開啟扇的位置不同時，室內(nèi)的自然通風(fēng)效果受到明顯影響（見圖4）。分析所選擇的3個樣本層可以知道，在6種開啟扇位置中選擇A、B點位置時，住宅居室的通風(fēng)最有利，位置D、E、F次之，在C點時最差，即開啟扇的位置在采用正對設(shè)計方式時最有利于室內(nèi)的自然通風(fēng)，陽臺窗開啟扇只設(shè)置在側(cè)墻開啟時最不利于室內(nèi)的自然通風(fēng)。此外，模擬數(shù)據(jù)還顯示，開啟扇的位置在F點，即采用正面和側(cè)墻同時布置開啟扇時，住宅底層區(qū)域室內(nèi)的自然通風(fēng)效果要優(yōu)于其他設(shè)置類型。

圖3 開啟扇位置設(shè)計示意

圖4 不同開啟扇位置室內(nèi)平均風(fēng)速

3 陽臺窗開啟扇尺寸對通風(fēng)的影響

以所選模型的第9層為例，僅通過改變陽臺窗開啟扇尺寸大小探究其對室內(nèi)通風(fēng)的影響。本次模擬模型起居室和陽臺的面積總和為23.72m2，陽臺窗寬為2.7m，窗高為1.5m，窗臺高0.9m，窗戶總面積為4.05m2，根據(jù)GB 50096—2011《住宅設(shè)計規(guī)范》中陽臺的自然通風(fēng)開口面積不應(yīng)小于采用自然通風(fēng)的房間和陽臺地板面積總和的1/20的要求，本次模擬模型最小的開口面積應(yīng)為1.19m2，約占窗戶面積的30%。以所選戶型陽臺窗開口面積占窗戶總面積的30%為基礎(chǔ)，設(shè)計4組不同的數(shù)據(jù)進行模擬，依次為開口面積占總窗戶面積的30%、35%、40%和45%。

通過不同陽臺窗開啟扇大小室內(nèi)平均風(fēng)速結(jié)果可得，隨著陽臺窗開啟扇面積的增加，住宅室內(nèi)的平均風(fēng)速逐漸增大，室內(nèi)的自然通風(fēng)效果逐漸提高（見圖5）。

圖5 不同開啟扇位置室內(nèi)平均風(fēng)速

4 優(yōu)化策略及建議

在住宅套型設(shè)計時，陽臺外挑寬度的尺度選擇十分重要，進深過小不實用，通風(fēng)效果也會受限制，進深過大又會增加結(jié)構(gòu)成本，按照前文的模擬結(jié)果，陽臺外挑寬度設(shè)計成1.5m，是比較經(jīng)濟實用的選擇。同等外部條件下，陽臺窗開啟扇的位置應(yīng)正對平行后邊的使用房間，盡量避免只采用只能在側(cè)邊開啟的方式，因為該方式不利于室內(nèi)的空氣對流，有礙于穿堂風(fēng)的形成。另外，在高層住宅陽臺的設(shè)計中，陽臺窗開啟扇的大小在滿足規(guī)范要求的條件下可適當(dāng)增加，合理增加開啟扇面積，有助于提高住宅室內(nèi)的平均風(fēng)速，改善室內(nèi)的自然通風(fēng)效果。

5 結(jié)語

隨著時代發(fā)展，新時代的城市住宅設(shè)計越來越精細(xì)，而陽臺作為功能性的建筑構(gòu)件也越來越受到重視。合理的陽臺設(shè)計不僅給居民提供舒適的使用空間，還能調(diào)節(jié)室內(nèi)的物理環(huán)境，如提高室內(nèi)的自然通風(fēng)能力。陽臺外挑寬度、窗戶開啟扇的位置、尺寸都對室內(nèi)的自然通風(fēng)產(chǎn)生重要影響。本次以濟南地區(qū)為例的模擬研究對研究室內(nèi)通風(fēng)具有借鑒意義，對優(yōu)化住宅套型設(shè)計起到指導(dǎo)作用。