關于寒區超高層建筑熱壓作用的研究進展

薛俊偉 （東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 概述

當建筑內外存在溫差，則會引起密度差，空氣就會進行流動。因此，空氣從一側流向另一測產生的壓力差值，習慣性把它叫做熱壓。與風壓作用相同，熱壓也為自然通風的動力之一[1,2]。除了溫度是影響熱壓作用的因素外，高度對熱壓作用的影響也不容小覷。對于超高層建筑而言，建筑高度越高，熱壓作用越明顯。現如今，城市化的進程加快，人們對城市住房需求的加大和城市用地的緊張，超高層建筑是目前唯一解決此問題的方式。由于超高層建筑的發展速度迅速，國內外許多學者對于超高層內的熱壓問題以及如何防控熱壓的危害作出了深入的研究。

2 國外在該方向的研究現狀

國外學者最初對超高層熱壓的研究是出于環保和節能的目的。

Jo等人[3]對韓國2棟超高層建筑的電梯間門、樓梯間門、首層單元大門以及建筑外墻兩側的壓差進行了現場測試，這兩棟建筑的高度為146m和263m。將實測值與用CONTAM軟件進行簡化建模所得到的模擬值進行對比，并得到熱壓系數在0.20～0.49之間內變化。此外，通過模擬與實測得知，熱壓的作用主要在內部圍護結構的兩側。最后提出，在超高層建筑內部的核心筒區域內安裝“氣閘門”來降低熱壓效果。

熱壓作用也會使得污染物在室內傳播和流動。Lim等人[4]在污染物的傳播問題作出了研究。對一座韓國高達103.6m的醫院進行了現場測試，測試的對象為標準層電梯門兩側的壓差、標準層合用前室門兩側的壓差、病房門兩側的壓差、病房外窗兩側的壓差還有室外風速。此外，利用CONTAM軟件對上述圍護結構進行簡單建模，模擬建筑內部的空氣流動和病毒濃度的大小。最后將模擬的結果與實測比較分析，認為有必要在醫院的底層入口處采取措施控制病毒等污染物進入病房。

Song等人[5]對韓國某地一超高層建筑內的電梯豎井進行了機械加壓送風的研究，初步假想此方法可以用來減小內部的熱壓作用。之后，用機械加壓這一系統來評估熱壓的大小，發現加壓方法的確使得熱壓作用降低，但由于冷卻對乘坐電梯的人來說，熱舒適度也降低。

圍護結構的氣密性同樣是影響熱壓作用的因素之一，進而也會影響建筑能耗。就圍護結構中的門而言，不同材料或不同用途的門的滲風系數、滲風指數、間隙面積和開孔尺寸都大不相同。這可能導致不同的空氣滲透率，進而產生空氣滲透的能耗。

Khoukhi和 Al-Maqbali[6]為了研究氣密性對空氣滲透量的影響，分別把建筑的外圍護結構的縫隙面積設定為大、中、小3種情況，再利用COMIS軟件進行模擬。最后分析得到，當建筑外圍護結構的縫隙面積越大，熱壓作用越強，空氣流動量越大，引起的能源損失越大。

Lee等人[7]利用CONTAM軟件來模擬建筑在使用電梯豎井冷卻的方法下熱壓的分布情況，與加強建筑圍護結構氣密性這一傳統方法相比，電梯豎井冷卻來削弱熱壓作用更經濟、更合理。

3 國內在該方向的研究現狀

熱壓作用帶來的影響可以從以下幾點來討論。

3.1 引起安全性問題

由于熱壓作用在門兩側上，使得位于中和面以下的樓層難以將門推開。當有火災發生的時候，一方面煙氣由豎井迅速向建筑頂部擴散，可提供給人員呼吸的氧氣量減少，另一方面熱壓作用在門上的力較大，人員開啟時較為困難，威脅到人員的生命安全。因此，熱壓會引發安全性的問題。

3.2 熱舒適度降低

在冬季，室外冷空氣通過圍護結構的縫隙進入室內，使得室內溫度降低，人體的熱舒適度降低。并且熱壓作用愈明顯，人體的冷感越強烈。所以，對圍護結構氣密性采取一定的措施來減小熱壓作用，進而使得人們在室內得以舒適。

3.3 建筑能耗增加

當室內溫度降低，勢必會采取措施來維持室內溫度，這樣會進行二次供暖。二次供暖促使建筑能耗的增加，嚴重時會對環境帶了危害。

近年來，許多研究者在建筑熱壓領域以及如何有效控制熱壓造成的影響進行了大量研究。盧彥羽[8]以嚴寒地區某城市的超高層建筑為研究對象，對圍護結構的熱壓垂直分布進行現場實測并提出1種壓差和流量的無量綱化處理方法以進行分析。

李思成等[9]利用CONTAM3.0軟件對2棟不同高度的建筑進行簡化建模處理，并模擬熱壓、風壓以及在兩者共同作用下對樓梯間加壓送風效果的影響。通過模擬結果可知，樓梯間加壓送風效果的影響因素有建筑高度、室內外溫差、風速和風向。在冬季，室外內溫差過大，熱壓作用使得樓梯間的壓力小于安全值，使得樓梯間加壓送風系統失效。另外，在熱壓和風壓共同的作用下，在冬季，位于中和面下層的迎風面房間著火時，同樣系統作用會失效。

張本初等人[10]運用CONTAM軟件對某地超高層建筑進行簡化得建模并改變溫度這一參數對室內熱壓進行數值模擬。通過模擬得出，當室外溫度越低，室內的壓差值越大，并說明較大的熱壓作用會帶來的危害。之后，在建模時加了隔斷再次進行模擬，相比之前的熱壓值較小。加入垂直隔斷好比把建筑高度降低，由此一來可以降低熱壓作用影響，為后續研究提供參考意義。

馮慧和李安桂[11]對西安某大學內高度為60m的居住樓在不同氣候條件下的樓梯間門洞風速和溫度做出實測，測出了熱壓作用現象。對樓梯間門洞的風速實測結果分析和評價了空氣流動現象。最后得出氣候條件對樓梯間中和面的位置和樓梯間內空氣流動方向的影響比較大。

4 結論與展望

綜合分析國內外對熱壓作用的研究現狀，發現學者對建筑熱壓大多進行現場實測與軟件進行模擬的方式來解決具體問題。在建筑高度方面，學者們對熱壓作用研究較多，在機械加壓送風方面研究也較為成熟。但是對于建筑內高度的分區，設置水平或者垂直隔斷等更有效的措施研究不夠滲入。所以，在此方向上有很大的研究前景。

此外，由熱壓作用使得空氣流動，空氣流動產生的通風量也可以作為另一研究領域。為了減少空氣的流動，減少建筑內的能耗損失，應采取相應的措施。這為今后建筑業的發展方向提供了參考建議。