自然通风效果受建筑户型的影响分析_建筑设计论文发表

自然通风效果受建筑户型的影响分析
史建平杨维亮
摘要：
现阶段我国高层住宅占据住宅建筑相当大的例范围，与之对应的住宅能耗也占据住宅建筑总能耗的比例也日益增高。在满足既定要求的基础上，与机械通风相比，自然通风有着明显的节能环保优势。本文就针对建筑户型以自然通风效果的影响做出分析。
关键词：自然通风；建筑户型；影响
对于我国某些地区，如果建筑户型设计良好，维持一个适宜的室内环境仅靠自然通风就可以实现；如果建筑物内安装了空调系统，那么采用自然通风最主要的作用就是在四季的过渡时期或者空调开启时室外温度比较有利的季节，可以利用自然通风用室外的自然风将室内的热量带走，减少开启空调系统的时间，节约能源，降低污染。不过由于一些建筑结构在设计布局方面有着一定的局限性，一些户型自然通风的效果相对较差，对于室内的舒适性有着直接影响。
一、自然通风工作原理
如果一些地区的外部自然风环境相对较好，那么自然通风主要是通过风压来实现的。当当向建筑物吹去时，建筑物会对其进行阻挡，建筑迎风面就会产生相应的正压力，与此同时，自然风形成的气流会绕过建筑物其它的背面及侧面，在对应的位置产生一定的负压力，建筑物迎风面与背风面的压差就会促使空气进行流通，从而形成风压通风。建筑迎风面与背风面的压差受建筑形式、建筑周围的环境以及建筑和风的夹角等因素有关，那么可以得出建筑四周风力产生的附加压力值计算公式如下所示：
△Ρw=K（Ρ0v2w/2）
在这种风压作用下，建筑物正压一侧会进风，而负压一侧则会排风，从而建筑内部就形成穿堂风，其对于增强室内自然通风的效果非常有利。
二、物理模型计算方法
利用计算流体力学的方法模拟室内自然通过的效果，流体力学计算方法是针对流体流动过程中动量守恒、质量守恒以及能量守恒等方面建立起的数学控制方程，其表达式如下所示：
（ð（ρф）/ ðt）+div（ρUф）=div（гфgradф）+Sф
式中：ρ：密度
г：广义扩散系数
Sф：广义源项
U：流速度矢量
ф：通用因变量，其代表速度、运动粘性系数、湍流粘度、温度、湍流动能、湍流动能耗散率，特征尺寸1。
由于本文只是对室内的压力场及速度场进行计算，所以能量方程不在计算范围内。在对建筑物室内自然通风的效果进行模拟时，按照相关的实际情况做出如下假设：其一，户内每个房间的门均按照实际的尺寸计算，设定全部开启，而卫生间的门则设定为关闭，这是出于对室内空气质量的考虑；其二，外墙的门、窗均按照实际的尺寸进行建模，结合建筑设计施工图纸中的标准确定出实际的可开启面积，出于对户主隐私的考虑，户门设定为关闭状态；其三，分析小区室外风的环境，获取户型的前后压差，而模拟建筑风场的边界条件则按照当地的主导风速及主导风向进行确定。
三、自然通风效果受建筑户型的影响
（一）建筑物的朝向对自然通风的影响
影响高层建筑室内自然通风效果的主要因素之一就是建筑的朝向，如果户型的朝向设计科学合理，房间的主要开口在可以进行自然通风的环境中，其正负压的位置比较合理，就可以形成有效的、有组织的进风口及出风口，那么室内的气流流场就相对良好。建筑房间内的衣帽间通常是死角或者小直角，这些位置的气流相对不顺畅，不利用衣物的贮藏，因此要适当的增加衣帽间的可开启面积，增强其通风效果；一般主要的房间要位于穿堂风风路之上，室内也尽量避免设置突出的拐角或者隔墙，以免气流的穿行不顺畅；为使得大开间的通风效果得到进一步提高，要尽可能的把可开启窗口设置在房间的墙体中间，以降低由气流流通不均匀形成的漩涡而造成的不良影响。尽管自然通风对于室内环境产生着明显的影响，但是很多时候由于设计师不了解在整个速度场中建筑物的相对位置，所以建筑的朝向无法满足所流的贯穿，建筑的平面布局反而阻碍室内的气流流通，并且建筑开口也处在不利用自然通用的位置，无法产生良好的通风效果。
（二）流场数值分析
建筑物进行室内自然通风的设计过程中，要进行流场数值的分析，将不同建筑体型的负压区以及正压区确定出来，再以此为依据判断房间开口处是否可以形成较好的通风作用，如果不进行相应的判断，有可能建筑开口就会形同虚设。分析各种实际建筑布局的室内通风效果之后，发现如果改动建筑局部开窗的位置及大小，不仅可以使室内产生更为顺畅的气流流场，而且可以避免产生气流涡流区，进一步提高了室内环境的舒适度。
（三）建筑平面布局及层高对自然通风的影响
假如建筑室内的通风只设置了进气口，却没有设置进气口或者排气口，再么即使设置的排气口，其位置却与室外气流的方向互相平行，那么对于室内的通风都非常不利。因此在进行住宅的平面设计时，要把各户型空气对流的通道做出明确设计。如果户型为单朝向，那么就要采取相应的通风设计，相应的建筑平面布局也要是明厅明卧以及明卫明厨。建筑的层高至少要在3米以上，以往的建筑设计为了节约成本，很多户型的层高只有2.8米，将面层和板层扣除只有2.6米左右，这样的层高也不利于自然通风。此外，也不能一味否定在建筑物内设置天井的方法，实际上如果天井的下方设置了足够的通风道，那么开井就会形成烟囱的效果，这样反而可以增强自然通风的效果，使得室内的空气质量得到进一步的改善。往往人们对天井会产生误解是由于建筑开发商出于利润的考量没有在天井下方留下足够的通风道，导致空气无法流通，所以自然通风的效果并不明显。对于塔式住宅建筑来说，其洼口深度与宽度的比要大于2∶1，即使最小的开口其宽度也要大于3米。如果洼口的深度过深或者过窄，都会影响到建筑垂直通风的效果。而板式住宅建筑平面最好不要采用外廊式和长内廊式，因为内廊过长其通风效果也差，外廊通常与各户的次卧室及厨房相连通，所以容易串烟串味。
（四）门窗的型式对自然通风的影响
穿堂风由建筑物迎风面进入室内，在穿过住宅室内后再由建筑背面吹出。按照相关的试验结果发现，如果穿堂风足够，只需二十分钟就室内的气温最少可以下降1到2摄氏度，因此穿堂风对于改善室内的温度环境非常有效。只在将位于进风口位置的门窗以及背风面的门窗都打开，室内才会有穿堂风经过。通常出风窗口的面积要稍大于进风窗口的面积，最好大于10%，这样才可以获得最佳的室内通风效果。窗口的设置及开启要密切的结合住宅的外部环境以及内部布局，可以通过角窗、高窗等不同的形式来提高室内自然通风的效果。开启窗口时也要考虑到立面效果以及室内的通风，还要考虑到擦窗方便。如果户型为内廊双面房间，那么要在墙底或者走道的墙顶设置通风窗。建筑设计过程中对窗户的设计要引起重视，使得窗户的功能不再局限于看的功能，还要起到增强房间自然通风效果的作用。
总之，自然通是一项成本非常低的节能技术，因此在进行建筑设计时，要从多方面加以考虑，对其影响因素做进一步改进，从而使得自然通风改善室内环境的功用得到最大化利用。
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