洞口主导的自然通风模式下室内通风效率模拟研究

饶永，张然

（合肥工业大学建筑与艺术学院,安徽，合肥 240000）

洞口主导的自然通风模式下室内通风效率模拟研究

饶永，张然

（合肥工业大学建筑与艺术学院,安徽，合肥 240000）

文章利用计算机模拟软件，针对不同的室内通风洞口形式，模拟在不同风向条件下的通风效率，分析室内通风的影响因素，对比判断通风形式的优劣，探讨高效通风的洞口形式，为获得良好的室内风环境提供参考。

自然通风；洞口；通风效率；模拟

室内的风环境不仅与建筑通风，防潮，降温，节能有直接联系，还与室内的人体舒适度息息相关，是建筑室内物理环境的重要组成部分。利用自然通风降温节能，提高室内空气质量和舒适度是当今民用建筑尤其是住宅建筑的一个重要功效需求，也符合绿色建筑的要求和未来的发展方向。目前改善室内风环境的方法和措施，绝大部分还是靠建筑师的经验和指导性的规范条款等，无法提前准确预知其通风效率，这也是改善建筑通风的一个关键难点所在。随着科技的发展尤其是计算机模拟仿真技术的飞速发展，通过建筑通风模拟软件，可以比较精确的模拟出建筑的通风状况和室内风环境优劣。

自然通风条件下，洞口（门窗）是最主要的通风形式。洞口的形式对于室内的通风有着决定性的作用。模拟研究中，将单一洞口的通风模式做为最主要的研究对象，研究不同洞口形式对于室内通风的影响，利用控制单一变量的方法，即房间体积大小不变，室外风场不变，仅改变洞口的大小和形式。在控制了单一变量之后，结果便具有准确可靠性。经过研究筛选，选取了单面开窗和两面开窗最常见的两种形式，归类总结形成了8种形式的通风模型。房间形式统一为3m×3m×3m，面积9m2，室外风速统一为1m/s，风向为正南风。房间设置如下表1所列和图1所示。

房间设置 表1

图1 A1-A8房间模型

通过对不同开窗形式房间的模拟分析，得到了上面8种房间在正南风（S）1m/s的风场下的室内风环境模拟结果，主要提取了2组主要数据（见表2所列和图3、图4所示）。

①风速（1.5m高度处）：包括平均风速和风速分布，直接反映的室内的通风状况（如图2所示）。

②空气龄（1.5m高度处）：即平均换气速率，反映了空气质量，与室内舒适度有一定关系。

图2 8种房间风速分布云图（1.5m高度处）

对比8种房间的数据可以发现，单面洞口的通风效果明显远远不入双面洞口，而在单面洞口的形式中，无论是风速还是空气龄的差别都不是很大，空气龄都在1000s以上。可见单面洞口这种形式，普遍通风效率较低，换气效果差，总体风环境无法处于舒适状态，而双面洞口的效果则十分优越。

模拟结果统计 表2

图3 各房间的室内风速

图4 各房间室内平均空气龄

单看每一个房间，室内平均风速最大的为A6房间，由于是两面洞口直对流，产生了较大的风速，尤其是中央区域风速达到了3m/s，风速放大系数达到了3，虽然空气龄上佳但其实这对室内舒适风环境的营造反而不利。而风速最低的是A3房间单面分散形式的洞口，过多的洞口一定程度上增加了风阻减少了风速，对比A7房间也能看出，即使洞口总面积相同，数量越多，对风速的阻尼作用越大室内风速也越小。空气龄最好的房间是双面洞口的A8房间，但是洞口位置位于墙体异侧，是A6房间的一种变化，虽然房间风速不及A6房间，但是空气龄却好很多，可见这种布置形式更有利于带动房间内更多空气的流动而获得更好的换气效果。

在实际情况中，风向是多变的，我国大部分地区处于季风气候，不同季节的主导风向都有差异，风向也是影响室内通风效率的一个重要因素，对不同风向会造成通风效率的差异。考虑到优化模拟方案，取消对A1～A5房间的模拟分析，对通风效率较好的方案A6～A8进行风向模拟。在风向的选取上，除了正南风（S）外，选取与洞口墙面有一定角度的西南风（SW）和与洞口墙面平行的正西风（W），风速1m/s。

通过对每个房间的模拟分析，得到了A6-A8这3个房间在不同风场下的室内风环境模拟结果，仍然选取了在1.5m平面高度处风速和空气龄的分布状况。各个房间在不同风向下风速云图如图5所示。

图5 各个房间在不同风向下风速云图（1.5m高度处）

3.2.1 A6房间在不同风向下模拟结果对比

对于A6房间来说，在西南风风速下，室内风速比正南风有所降低，但是空气龄却大大减少，这是因为这种风向下的通风模式使得洞口不正对，这也验证了前面的结论，见表3所列。

不同风向情况下A6房间模拟结果汇总 表3

3.2.2 A7房间在不同风向下模拟结果对比

对于A7房间来说，三种风向下的风速都所有降低。而当风向与洞口墙面平行（正西风）时，室内风速和空气龄都处于一个较差水平，见表4所列。

不同风向情况下A7房间模拟结果汇总 表4

3.2.3 A8房间在不同风向下模拟结果对比

在西南风风速下，A8房间效果反而不如正南风，这是由于风向正好与洞口的偏斜方向一致所导致，相当于南北窗户正对的情况，见表5所列。

A6、A7、A8三个房间室内风速和空气龄比较如图6和图7所示。

不同风向情况下A8房间模拟结果汇总 表5

图6 三种风向下的平均风速统计

图7 三种风向下的平均空气龄统计

通过对比分析可以发现，在不同风向下，风向与洞口墙面成一定的角度，虽然会减小室内风速，但是能提高空气质量；而风向与洞口墙面平行则最差。实际情况下风向多变，为了达到好的通风效果，需要根据实际风向进行调整，比如尽量让夏季风向正对或者斜对洞口墙面，在冬季则尽量处于平行状态。

综合分析，在相同的风场条件下，双面洞口形式具有优越性，通过对风速和空气龄的对比看出，风速大小主要取决于风向和洞口的位置。空气龄的大小主要取决于带动空气流动的效果，在室内风速相同的情况下，不同的风向和洞口形式所造成的空气龄不同，在洞口面积不变的情况下，将洞口分散布置会减少风速而不会对空气龄产生太大影响。将双面的洞口由正对位置调整为非正对位置，有助于减小空气龄，增加房间空气质量。而对于不同风向，让风向与洞口墙面形成一定的角度，在减小风速的同时又能提高空气质量的一种模式。在研究中也发现不同风向对室内通风效率的影响比较大，因此在建筑设计中要利用全年不同季节的主导风向进行灵活设计

[1]李楠，等.住宅建筑自然通风对室内热环境的影响[J].重庆大学学报，2009(7).

[2]王冬梅，等.建筑窗口对室内风环境影响研究[A].第十届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集[C].2014.

[3]史彦丽.应用PHOENICS软件对建筑群风环境的模拟和评价[J].山东建筑工程学院学报,2005(5).

①明确文明施工管理责任人，按“谁施工，谁负责”的原则，实行统一领导，分工负责，实行分区分段包工制，由各区各段责任人负责本区段的文明施工。

②加强环保教育，宣传有关环保政策，强化人员的环保意识，使保护环境成为参建人员的自觉行为。

③现场施工人员衣着要整齐大方，言行文明。

④提倡文明作业，严禁野蛮施工，对野蛮施工的行为进行制止，一经发现，不论是否造成损伤，一律给予经济处罚。

⑤施工车辆在施工现场严禁超车，要礼貌行车。

⑥施工现场建筑和生活垃圾集中堆放，及时清运。

⑦遵守有关规定并采取措施降低设备噪音，防止噪音污染。

⑧施工机械要防止严重漏油，禁止机械在运转中产生的油污水未经处理就直接排放，或维修施工机械时油污水直接排放。

参考文献

[1]夏可风，吴晓铭.水利水电工程施工手册[M].北京：中国建设出版社，2004.

[2]SL303-2004，水利水电工程施工组织设计施工规范[S].

TU834.3

A

1007-7359（2016）05-0042-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.010

饶永（1965-），男，安徽宿州人，毕业于合肥工业大学，硕士，国家注册一级建筑师。