自然通风模拟在某板式建筑户型设计中的应用

Word版本，下载可自由编辑自然通风模拟在某板式建筑户型设计中的应用在建造设计的前期计划阶段，考虑自然通风设计，同时通过CFD模拟技术，评价和验证设计的合理性，优化平面布局和外窗设计，同时提出各户型的通风策略建议，便于用户不同使用状态时利用行为调整来改善室内风环境。

1引言

自然通风是通过自然资源来转变室内环境状态的一种纯“自然 ”的建造环境调整手段，合理的自然通风组织可有效调整建造室内的气流效果、温度分布，对转变室内热环境的惬意度可以起到显然的效果[1]。

良好的自然通风设计，即可以达到节能的目的，又有助于改善室内的空气品质。对建造师提出的建造计划举行自然通风和室内污染物情况预测和评价，可以增进建成后，建造物室内获得良好的空气质量。在建造设计阶段我们通常用计算流体力学软件预测和评价室内通风情况。

本文利用一个案例共享自然通风模拟技术在某板式建造户型设计时的应用。

2建造自然通风设计思路

设计一种板式建造，由两个单元拼接而成，一梯四户。在举行平面布局和外窗设计时考虑其自然通风，引用CFD技术验证户型自然通风设计的合理性并调节和优化户型设计。终于计划如图1所示。

2.1户内贯通式通风设计

该高层建造为两个单元，每单元四户，A户型为端头户型，B户型为南面户型，互为镜像，D户型为中间户型。对于A、D户型有在南、北外墙分离开口即可在户内行成南北通透的通风模式。对于现有大部分建造的南向户型，因为无北外墙，户内不能直接通过建造前后的风压差，若要形成南北通透的格局普通通过北面楼梯间的外窗出的负压，需要延续打开前室的两道门，B户型的户门也需开启或安装通风窗。对于B户型的设计故意将南向拉长，使得户内自然通风可通过南面与西面的风压。这样可不依靠与开启入户门的条件下，亦可获得良好的通风条件，使用户的私密型性得到更好的保障。

2.2房间内贯通式通风设计

对于具有两面外墙的拐角位置，可以在两面墙分离设置外窗，这样的设计即使关闭房间门，也可通过两个窗口的风压差通风，能最大限度的保证使用的私密性。从功能考虑优先将拐角位置划分为卧房，例如A户型西南角为主卧、西北角为次卧、B户型西南角为主卧，C户型东南角为主卧。

2.3外窗设计

起居室外是开敞阳台设计，阳台门为推拉玻璃门YTM1824，尺寸为1.8m×2.4m，可开启最大面积为0.9m×2.4m。卧房和书房的外窗C0724为0.7m×2.4m，可开启扇面积为0.7m×1.5m。通常起居室的阳台门为起居室和来自其余南向房间的气流出口，开口面积不宜过小，TYM1824的可开启面积约为C0724的两倍。阳台门设置为推拉式也便于按照南面房间是否处于需要增强自然通风的使用状态，调整开口面积。D户型厨房通往阳台为门联窗形式，通往客厅为推拉玻璃门，在使用时门联窗的窗和推拉门可以常开，这样就使客厅利用与厨房于连通，获得南北通透条件。

设计建造体形系数和窗墙比均满足《夏热冬冷地区居住建造节能设计标准》，如表1。

3自然通风模拟分析

3.1模型建立

因为两个单元互为镜像，为了简化计算将标准层的西侧作为讨论对象，模拟A、B、C、D四种户型室内风速、空气龄的分布状况。为了简化模拟分析的复杂程度，文中假定在设定的条件下，室外环境状态恒定，并且忽视周围环境对该户型环境的影响。

假设建造正南北朝向，主导风向为南风，建造南墙迎风侧和北墙背风侧压差为2pa，该条件说明室外风场有利于室内自然通风。东西侧外墙与相邻的南外墙压差假设为0.5pa。不考虑卫生间和厨房的通风。通过AirPak3.0建立通风模拟模型如图2所示。

3.2单元整体自然通风评价

户门关闭，模拟时不考虑卫生间和厨房的通风，其他居室的门均为开启状态，并将外窗可开启扇所有打开。这种最有利于穿堂风形成的策略下，流场模拟结果如图3、图4所示。

室外风场满足自然通风条件时，各户型均能形成较为良好的贯通式自然通风。A、D户型内部整体上均形成了较良好的贯通式自然通风，没有显然的漩涡和死角。B、C户型书房内气流组织略差。

从整体而言，各户型平面布局和窗口位置的支配较为合理，可以较好地通过自然通风改善室内环境。

3.3各户型通风策略讨论

A户型通风策略讨论

各房间门关闭时，主卧、起居室、次卧大部分区域空气龄均小于200S，玄关和走廊空气龄空气龄略大，也未超过400S。书房为单侧通风，自然通风条件差。如图6所示。

将书房门打开，在书房南外窗和起居室北外窗之间的风压促使了穿堂风的形成。如图7所示。

起居室迎风面和北风面均有通风开口，能够获得穿堂风。主卧房和次卧房的侧面开窗，也能在房间内形成贯通式通风。书房为单侧通风房间，需开启其他居室的北向外窗增进书房的通风。

B户型通风策略讨论

B户型如图8所示，仅主卧和次卧具有两面外墙，具备房间内两侧开口，形成穿堂风的条件。主卧的西墙北端和和南墙东端设置外窗，使通风路径长度最大化，避开了气流短路。

次卧若在东墙开口，将与C户型的次卧外窗相对，虽利于自然通风从私密性考虑不采用。次卧仅南面设置外窗，关闭时为单侧通风房间，不能形成贯通通风，与北面书房或起居室连通能获得穿堂风，如图9、图10所示。

同样西向的起居室和书房也为单侧通风房间，需与南侧房间的外窗连通，形成通风路径。起居室西侧设置通往阳台的推拉式玻璃门，大小为1.8m×2.4m，可开启最大面积为0.9m×2.4m。图11、图12为主卧门关闭，次卧门打开，起居室和书房门打开时B户型在起居室阳台门不同开度时的自然通风情况。以1.7m以下人员活动区的参数平均值作为评价指标，图13比较了不同开度对书房、起居室流速和空气龄的影响，随着开度的增强，起居室和书房的平均流速均增强，但书房的流速变化曲线较平缓，说明起居室外门开度对书房影响较小。空气龄变化曲线可看出，1/3开度、2/3开度、和全开对书房及起居室空气龄的影响均较微弱，平均空气龄均小于200S，通风情况良好。D户型通风策略讨论

D户型如图14所示，其主卧、起居室、书房为南向，次卧为北向，对外惟独一侧开口，全部房间自身均为单侧通风的房间，房门关闭时不能形成贯通式自然通风。需打开房间门，同时打开对侧的房间门和外窗，通过建造迎风侧和背风侧前后压差增进自然通风。

3.4各户型通风设计比较

A户型为南北通透户型，主卧、次卧、起居室都为双侧开窗户型，即使关闭房间门时，自身的通风条件也良好。书房惟独一侧开窗，关门时，室内流速低，通风差，室内空气龄大，若打开书房门使起与北向房间相通，则可形成穿堂风。

B户型为西南向户型，户门关闭时不具备形成南北穿堂风的条件，但是在举行建造设计时，西向设置了可开启外窗，为通过建造相两侧外墙的风压差形成贯通式通风提供了条件，住户利用开启各房间的门，使房间之间形成良好的风通道，能改善室内环境。C户型与B户型类似，在此不赘述。

D户型全部房间均惟独一面外墙开窗，为单侧通风房间，关闭房间门时不行形成贯通式通风；若开启各房间门，则户型整体可形成有效的穿堂风。推举在不使用厨房时，让厨房与起居室之间的推拉门处于放开状态，其他房间门若打开都能获得穿堂风。

4结语

综上所述，在建造设计的计划阶段因为引入了CFD手段辅助预测和评价户型设计，使得在建造建成前就能够对各户型的通风有个定量的预估和推断并反过来优化设计，利用对模拟结果的分析可以提出一些利于自然通风的调整策略，供用户入住后参考。

通常出于节能的考虑，建造设计时都尽量避开或减小东西两侧的开窗，本次户型设计在具有东、西外墙的房间都设置高度为1.5m的纵向窗，且拐角房间外窗的设置都放在相邻两面墙的远端，这样使两扇窗的位置尽量隔远，可以避开气流短路现象，延伸了通风路径，便于贯通式气流顺当穿过房间中央部位。经过计算，这种外窗设计，东西窗墙比满足夏热冬冷地区居住建造节能设计标准的要求。模拟结果显示，从整体而言各户型平面布局和窗口位置的支配较为合理，可以较好地通过自然通风改善室内环境。

四个户型相比较，A户型为端头户型，三个居室具有两面外墙，均设计了两个方向的开口，这种双侧通风设计，使房间本身易形成贯通式通风，不依靠于其他房间连通，私密性与空气品质能同时兼顾。B户型在户型平面设