上海市住宅建筑被动式节能规划通风设计★

顾佳华 孙建梅 王 乾 完颜郡 陈 豪

(上海电力学院经济与管理学院，上海 201300)

上海市住宅建筑被动式节能规划通风设计★

顾佳华 孙建梅 王 乾 完颜郡 陈 豪

(上海电力学院经济与管理学院，上海 201300)

结合上海市的气候条件，基于Fluent软件为平台，对风环境和风荷载进行了数值模拟，探讨上海市被动式住宅自然通风的优化途径，以有效改善室内居住的风环境，创造舒适的室内活动空间。

被动式住宅，节能，通风设计，数值模拟

0 引言

在国家大力提倡节能建筑、绿色建筑的大背景下，被动式建筑不仅符合上海老百姓的切身利益，还可以提高居住舒适度，并且能减少资源消耗、减少温室气体排放。在保证良好的居住舒适度的前提下降低建筑全寿命周期中的资源及能源消耗量，以Fluent软件为平台对上海市某一住宅建筑标准楼层进行风环境和风荷载数值模拟，对被动式住宅进行通风分析，并提出改善措施，再进行分析，从而改善建筑的舒适度并且使建筑更节能。

1 上海地区气候条件分析

上海位于北纬31.17°，东经121.43°，属于亚热带季风气候，四季分明，日照充分，气候温和湿润。上海全年平均气温为16 ℃。最热月份(即七月及八月)及最冷月份(即一月)的平均温度分别为28 ℃及4 ℃，其中七月及八月最高，最高温度接近38 ℃。七月初是江南的梅雨季节，多雨潮湿、闷热。上海风向的季节变化明显，春季和夏季盛行东南风(东偏南25°)，秋季和冬季盛行东北风(北偏东25°)。上海地区有较大的自然通风潜力，特别适合采用自然通风。

2 住宅楼通风建模及结果分析

2.1 住宅户型的设计概况

该住宅楼属于低层单元式住宅，每个单元以楼梯间为中心布置住户，由楼梯平台直接进入分户门，有公摊面积，户间干扰不大，相对比较安静。户型建筑面积87.46 m2，层高2.9 m。地下均为车库，地上最高6层，住宅全部南向。住宅户型属于三室一厅型，在布局上可以按较理想的功能居室划分空间，即起居活动室、休息区、学习工作区各自相互独立，不再彼此干扰(见图1)。该住宅楼位于城市西部，东临沿街商业建筑，北临村路。地势平坦，北部略高，除有部分居民住房外均为荒地。

2.2 计算模型的建立及数据处理分析

开始数值模拟研究前的第一步，首先就是要使用Gambit软件对办公室进行计算模型的建立。本文所涉及的楼层宽14.6 m，长13.9 m，高度为3.4 m。依照CAD图纸在Gambit软件中进行建模(上海全年风向主要集中在偏东方向，以东偏南和东偏北为主，所以我们对室内进行风速风压分析时将东南方向作为入风口)。

2.2.1 模型网格化

1)先将在Gambit中网格化的模型图导入Fluent6.3.26中；

2)进行网格模型检查，查看体积或面积是否为负数，非负为正确，否则说明网格畸形，需要重新修理；

3)进行网格缩放，检查单位和模型尺寸是否正确。网格化之后图形如图2所示。

2.2.2 设定参数进行迭代计算

1)首先设置空气为流体材料，设置右下方window1为边界条件；然后在velocity-magnitude(m/s)中输入空气的流速27.78，表示空气流速为100 km/h；

2)其次迭代计算初始化：Compute from选择流体的入口边界，选择window-1为空气入口，然后点击Init进行迭代计算；

3)输入迭代步数并逐渐增加，累计迭代了200步，曲线趋于平缓，精度逐渐提高(见图3)。

2.2.3 Fluent流场分析

从图4a)压力图中可以看到，由于风是从东南方向刮来，所以将右下方作为主要的进风口，而将上面的卧室和书房作为主要的出风口。从风压图中可以看到，由于进风口的原因，在进风口流入风速较快，所以风压并不高。而位于两侧中部的厨房、卫生间面积相对较小，空气流速较低，造成了这些房间的压力较大，说明此处通风不好。再来看风压变化较小的起居室和餐厅，由于起居室和餐厅的进风口和出风口都较大，通风流畅。

通过建模，分析了室内的风速，得出图4b)风速图和图4c)速度矢量变化图。速度矢量图是反映速度变化、旋涡、回流等的有效手段，是Fluent分析最常用的图谱之一。在默认情况下，矢量在每个单元格的中心绘制，用箭头表示矢量方向，用箭头的长度和颜色表示矢量的大小。结合风速图和速度矢量图可以看出，在左下方，风流速偏小而形成旋涡，导致室内空气流通较差，通风条件恶化，使人感到憋闷，影响居住舒适度。说明该住宅的厨房和卫生间的凹口过深，不利于通风。

对于以上的缺点，若将厨房的出入口改变一下方位，将厨房的门由西南方向改到西北方向，使空气更好的随风向流通，并将卫生间与卧室之间的墙体移除，将卫生间的隔墙适当外移，增加卫生间空间的同时，让过道、卧室、卫生间三处通畅改善了之前卫生间与厨房凹口过深的弊端，整个房间的通透性大大改善，空气流速加快，进出口风压基本一致，此外在客厅增设一个进风口，从而使卧室和客厅空气流通。

从改进之后进行建模得出的图4d)速度矢量分析图也可以看出，左下角漩涡大大减小，基本不再影响室内空气的流通和室内外的循环交换，厨房和卫生间风速风压基本稳定在正常状态，达到了良好的效果。

至此已经完成了对该上海市被动式住宅的通风状况的分析及改进，得出在布置建筑门窗洞时要注意当地气候的影响，随风速风向的特点来布置门和窗的位置往往会达到更好的通风效果，从而提高室内空气流动的通畅度，实现被动式空气调节，减少开空调或电扇等耗能设备。这不仅节约能源降低能耗，而且使住户舒适度大大提升。

另一方面，所研究建筑地区的风向和风压，太阳辐射以及风速等都是影响建筑环境的因素。Fluent能在建筑风环境模拟中完成对大部分流体情况的模拟，因此，Fluent软件对于今后建筑风环境的模拟具有重大意义。

3 建议与展望

一幢好的被动式住宅，不仅仅应该是有体面地装修，更应该具备完善的功能。在不多消耗能源的情况下，应该让住户体会更舒适、安心的环境，而通风就是最起码的保证。

通过上面的实例可以看出，被动式住宅的室内合理布局，不仅仅是建筑师单方面的经验设计。若结合一定的Fluent模拟，对模拟结果中通风状况的分析和讨论，可以帮助设计者更直观更全面地了解设计中的缺陷与不足，会对设计起到更有利的帮助作用。

因此在规划设计的初期就对被动式住宅内部风环境进行分析，并结合当地气候条件对设计方案进行优化，将有效地改善室内居住的风环境，创造舒适的室内活动空间。

[1] 李峥嵘,王晶晶,黄继红，等.自然通风技术在现代城市建筑中的应用探索[J].上海节能,2005(4)：26.

[2] 朱 唯,狄育慧,王万江,等.室内环境与自然通风[J].建筑科学与工程学报,2006(32)：69.

[3] GB 50378—2006，绿色建筑评价标准[S].

On passive energy-saving planning ventilation design of residential buildings in Shanghai City★

Gu Jiahua Sun Jianmei Wang Qian Wanyan Jun Chen Hao

(SchoolofEconomicsandAdministration,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai201300,China)

Combining with the climatic conditions in Shanghai City, the paper undertakes the numeric simulation of the wind environment and wind loading based on Fluent software, and explores the optimal channels for the passive residential natural ventilation in the city, so as to improve the wind environment in indoor living and create the comfortable indoor activity space.

passive residence, energy-saving, ventilation design, numeric simulation

1009-6825(2015)32-0176-03

2015-09-09★:本文系第七届上海市科技创新基金项目的研究成果

顾佳华(1993- )，男，在读本科生

TU201.5

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