关于寒区超高层建筑热压作用的研究进展

薛俊伟 （东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 概述

当建筑内外存在温差，则会引起密度差，空气就会进行流动。因此，空气从一侧流向另一测产生的压力差值，习惯性把它叫做热压。与风压作用相同，热压也为自然通风的动力之一[1,2]。除了温度是影响热压作用的因素外，高度对热压作用的影响也不容小觑。对于超高层建筑而言，建筑高度越高，热压作用越明显。现如今，城市化的进程加快，人们对城市住房需求的加大和城市用地的紧张，超高层建筑是目前唯一解决此问题的方式。由于超高层建筑的发展速度迅速，国内外许多学者对于超高层内的热压问题以及如何防控热压的危害作出了深入的研究。

2 国外在该方向的研究现状

国外学者最初对超高层热压的研究是出于环保和节能的目的。

Jo等人[3]对韩国2栋超高层建筑的电梯间门、楼梯间门、首层单元大门以及建筑外墙两侧的压差进行了现场测试，这两栋建筑的高度为146m和263m。将实测值与用CONTAM软件进行简化建模所得到的模拟值进行对比，并得到热压系数在0.20～0.49之间内变化。此外，通过模拟与实测得知，热压的作用主要在内部围护结构的两侧。最后提出，在超高层建筑内部的核心筒区域内安装“气闸门”来降低热压效果。

热压作用也会使得污染物在室内传播和流动。Lim等人[4]在污染物的传播问题作出了研究。对一座韩国高达103.6m的医院进行了现场测试，测试的对象为标准层电梯门两侧的压差、标准层合用前室门两侧的压差、病房门两侧的压差、病房外窗两侧的压差还有室外风速。此外，利用CONTAM软件对上述围护结构进行简单建模，模拟建筑内部的空气流动和病毒浓度的大小。最后将模拟的结果与实测比较分析，认为有必要在医院的底层入口处采取措施控制病毒等污染物进入病房。

Song等人[5]对韩国某地一超高层建筑内的电梯竖井进行了机械加压送风的研究，初步假想此方法可以用来减小内部的热压作用。之后，用机械加压这一系统来评估热压的大小，发现加压方法的确使得热压作用降低，但由于冷却对乘坐电梯的人来说，热舒适度也降低。

围护结构的气密性同样是影响热压作用的因素之一，进而也会影响建筑能耗。就围护结构中的门而言，不同材料或不同用途的门的渗风系数、渗风指数、间隙面积和开孔尺寸都大不相同。这可能导致不同的空气渗透率，进而产生空气渗透的能耗。

Khoukhi和 Al-Maqbali[6]为了研究气密性对空气渗透量的影响，分别把建筑的外围护结构的缝隙面积设定为大、中、小3种情况，再利用COMIS软件进行模拟。最后分析得到，当建筑外围护结构的缝隙面积越大，热压作用越强，空气流动量越大，引起的能源损失越大。

Lee等人[7]利用CONTAM软件来模拟建筑在使用电梯竖井冷却的方法下热压的分布情况，与加强建筑围护结构气密性这一传统方法相比，电梯竖井冷却来削弱热压作用更经济、更合理。

3 国内在该方向的研究现状

热压作用带来的影响可以从以下几点来讨论。

3.1 引起安全性问题

由于热压作用在门两侧上，使得位于中和面以下的楼层难以将门推开。当有火灾发生的时候，一方面烟气由竖井迅速向建筑顶部扩散，可提供给人员呼吸的氧气量减少，另一方面热压作用在门上的力较大，人员开启时较为困难，威胁到人员的生命安全。因此，热压会引发安全性的问题。

3.2 热舒适度降低

在冬季，室外冷空气通过围护结构的缝隙进入室内，使得室内温度降低，人体的热舒适度降低。并且热压作用愈明显，人体的冷感越强烈。所以，对围护结构气密性采取一定的措施来减小热压作用，进而使得人们在室内得以舒适。

3.3 建筑能耗增加

当室内温度降低，势必会采取措施来维持室内温度，这样会进行二次供暖。二次供暖促使建筑能耗的增加，严重时会对环境带了危害。

近年来，许多研究者在建筑热压领域以及如何有效控制热压造成的影响进行了大量研究。卢彦羽[8]以严寒地区某城市的超高层建筑为研究对象，对围护结构的热压垂直分布进行现场实测并提出1种压差和流量的无量纲化处理方法以进行分析。

李思成等[9]利用CONTAM3.0软件对2栋不同高度的建筑进行简化建模处理，并模拟热压、风压以及在两者共同作用下对楼梯间加压送风效果的影响。通过模拟结果可知，楼梯间加压送风效果的影响因素有建筑高度、室内外温差、风速和风向。在冬季，室外内温差过大，热压作用使得楼梯间的压力小于安全值，使得楼梯间加压送风系统失效。另外，在热压和风压共同的作用下，在冬季，位于中和面下层的迎风面房间着火时，同样系统作用会失效。

张本初等人[10]运用CONTAM软件对某地超高层建筑进行简化得建模并改变温度这一参数对室内热压进行数值模拟。通过模拟得出，当室外温度越低，室内的压差值越大，并说明较大的热压作用会带来的危害。之后，在建模时加了隔断再次进行模拟，相比之前的热压值较小。加入垂直隔断好比把建筑高度降低，由此一来可以降低热压作用影响，为后续研究提供参考意义。

冯慧和李安桂[11]对西安某大学内高度为60m的居住楼在不同气候条件下的楼梯间门洞风速和温度做出实测，测出了热压作用现象。对楼梯间门洞的风速实测结果分析和评价了空气流动现象。最后得出气候条件对楼梯间中和面的位置和楼梯间内空气流动方向的影响比较大。

4 结论与展望

综合分析国内外对热压作用的研究现状，发现学者对建筑热压大多进行现场实测与软件进行模拟的方式来解决具体问题。在建筑高度方面，学者们对热压作用研究较多，在机械加压送风方面研究也较为成熟。但是对于建筑内高度的分区，设置水平或者垂直隔断等更有效的措施研究不够渗入。所以，在此方向上有很大的研究前景。

此外，由热压作用使得空气流动，空气流动产生的通风量也可以作为另一研究领域。为了减少空气的流动，减少建筑内的能耗损失，应采取相应的措施。这为今后建筑业的发展方向提供了参考建议。