建筑户型对自然通风效果的影响

董成杰 刘 鹏

室内空气环境质量的优劣直接影响人体的健康，室内热湿环境同样影响人的舒适性。近年来，人们对舒适性要求的提高，节能环保意识的增强，使得自然通风这种传统的通风手段在建筑中得到广泛的应用。自然通风是依靠风压或热压为动力的，是人们广泛应用的一种通风方式。一般的居住建筑的室内空气品质主要依靠自然通风来保证[1]。文中从自然通风的基本原理入手，采用计算流体力学方法对典型居住建筑的自然通风效果进行模拟，并以此来分析建筑户型对户内自然通风效果的影响，以期建筑户型更加合理，最大限度地利用自然通风来改善室内空气品质。在我国的气候条件下，自然通风可以有效地为建筑的使用者提供健康和舒适的环境，是可持续发展必须采用的一种节能方式[2]。

1 自然通风的工作原理

在具有良好的外部风环境的地区，风压是实现自然通风的主要手段。当风吹向建筑时，因受到建筑的阻挡，会在建筑的迎风面产生正压力，同时，气流绕过建筑的各个侧面及背面，会在相应位置产生负压力，风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压差实现空气的流通。压差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境有关。在建筑四周由风力产生附加压力值按下式计算[1]:

在此风压的作用下，具有正压的一侧进风，具有负压的一侧排风，在建筑内部形成“穿堂风”，有利于增强室内的自然通风效果。

2 数学模型及计算方法

采用计算流体力学方法(CFD)进行模拟分析室内自然通风效果。分析软件采用Phoenics3.5。该软件是世界上第一套计算流体动力学与传热学的商用软件[3]。CFD方法是针对流体流动的质量守恒、动量守恒和能量守恒建立数学控制方程，其通用的控制方程为[4]:

其中，ρ为密度;Γφ为广义扩散系数;Sφ为广义源项;U为速度矢量;φ为通用因变量，代表速度 u，运动粘性系数 v，湍流粘度w，温度 t，湍流动能 k，湍流动能耗散率 ε，特征尺寸 l。本项目只是计算室内速度场和压力场，故不计算能量方程。

3 物理模型

选择两个典型户型进行模拟，见图1。在模拟室内自然通风效果时，房间的洞口尺寸参照实际情况做了如下设定:

1)户内各房间的门均按照实际尺寸，同时开启率为100%，考虑到室内空气环境质量，卫生间的门认为全年关闭;2)外墙上的门和窗户按照实际尺寸建模，可开启面积按照建筑施工图所示来确定实际的开启面积;考虑户主的隐私，户门认为全年关闭;3)户型前后压差从小区室外风环境分析中取得，重点根据石家庄市主导风向和主导风速下建筑风场确定模拟所需的边界条件。

4 结果及分析

从图2所示结果可以看出该户型通风效果良好。西侧墙开的外窗很好地改善了起居室的气流组织，厨房空气速度大，便于排除油烟，且烟气几乎不会蔓延到室内;气流进入西北角次卧房间的路径比较曲折，且在房间门口形成气流漩涡;南向大房间有一大的漩涡存在，但侧墙的开启很好的改善了此处的局部气流。门窗洞口的位置最好可以对着，这样可以使气流畅通。

从如图3所示结果可以看出该户型主要房间位于“穿堂风”的风路上，通风效果较好。但是在南向主卧，主卧更衣间以及北向厨房内有大的漩涡，容易积灰;北向书房由于无南向内墙窗户，气流尤其不好。应该增加衣帽间可开启面积以利于通风。

5 结语

从理论分析和实际计算可知，当室外环境，小区建筑布局确定的前提下，若想室内获得很好的气流组织效果，必须组织好有效的“穿堂风”，因此可以从各方面改进户内布局以改进自然通风效果，最大限度的实现节能。

1)为了不影响南向采光，南向的窗口面积不变，可以通过增加北向窗口的开启面积来增加自然通风量，提高其通风效果;

2)建筑内衣帽间多为小直角或者死角，气流不顺畅，对衣物的收藏不利，应该增加衣帽间可开启面积以利于通风;

3)主要房间要位于“穿堂风”的风路上，房间内尽量减少突出的隔墙和拐角，避免气流穿行不畅;

4)为了减小大开间房间的通风效果，尽量将可开启的窗口位于房间墙体中间位置，以减小由于气流不均匀产生的漩涡所带来的影响。

自然通风是无动力的空调方式，是廉价的节能技术，因此应当从多方面改进其影响因素，最大限度的利用自然通风改变室内空气品质。

[1] 陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京:中国建筑工业出版社，2002:196-199.

[2] 张金萍，李安桂.自然通风的研究应用现状与问题探讨[J].暖通空调 ，2005 ，35(8):32-38.

[3] 龙天渝，苏亚欣.计算流体力学[M].重庆:重庆大学出版社，2007:7-8.

[4] 帕坦卡SV.传热与流体流动的数值计算[M].北京:科学出版社，1984:206-247.

[5] 吴志勇，王智超.住宅房间通风气流模型试验相似理论研究[J].山西建 筑 ，2009 ，35(10):180-181.