基于自然通風的疆內外住宅戶型節能設計對比分析

趙 力，劉 健，陳英杰，王 琪，谷帥東，康振杰，范文靜

（新疆農業大學 水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052）

0 引言

隨著新疆的發展，經濟快速提升的同時大量新建筑也拔地而起。但由于氣候惡劣、建筑節能措施不到位等原因，能源浪費的問題十分嚴重。另外，居民對住宅室內熱環境舒適度的要求越來越高，其中室內熱環境品質便是衡量其價值的重要參考因素之一。

1 自然通風理論

自然通風指的是利用風壓或熱壓形成風，促進建筑內部空氣流動，實現通風。自然通風主要有兩大優點：一是可以在不消耗傳統能源的情況下實現有效的被動式制冷，以適當的氣流速度實現室內人的熱舒適；二是通過更新室內空氣有利于居民的身心健康，具有重要的現實意義防止流行性病毒的傳播。通過合理的建筑設計，有效利用室外風資源，合理增加室內空氣流量，從而達到通風換氣的目的。隨著主動空調和機械通風的普及，在能源危機的壓力下，建筑業普遍開始重視自然通風。［1］

2 住宅熱舒適性與住宅節能

集合式住宅的生活性和社會性，決定了集合式住宅的設計必須在熱舒適性的創造性設計和節能性設計兩方面加強。［1］“舒適性”住宅不能建立在高能耗的基礎上，也不應該為了達到節能目的而忽視了住宅舒適性，降低居民生活品質，既節能又舒適才是有意義的節能住宅。

3 季節主導風及住宅建筑朝向

3.1 大連季節主導風及建筑朝向

以大連為例，大連屬北溫帶季風性氣候，如圖1 所示，大連地區夏季盛行東南風到南風，冬季則是西北風到北風，以北風為主。綜合全年季風風向特點和冬夏對適宜風向的不同要求，南向和偏西南向更有利于同時滿足兩個季節我國北方住宅建筑對通風的要求。

圖1 大連風玫瑰圖

3.2 烏魯木齊季節主導風及建筑朝向

根據烏魯木齊風玫瑰圖（圖2），可以看出烏魯木齊冬季主導風是西北風，夏季主導風是東風和西南風。在我國嚴寒地區的冬季，在主導風的影響下，建筑物迎風面的風速過大，使建筑物的熱損失增加了5%～7%。如果建筑物的迎風面和背風面的風壓形成較大，則會增大建筑物的冷風滲透，使建筑物的熱損失增加了10%～20%。烏魯木齊城區的冬天長達150 天，故烏魯木齊地區建筑有如下特征：墻體厚，傳統建筑外墻厚在490mm以上；建筑開窗面積相對較小，且都是雙層窗，中間有15～300mm 的空氣間層；為減少散熱面積，體型比較緊湊，體型系數比較小。

圖2 烏魯木齊風玫瑰圖

住宅朝向的選擇除了要考慮采光外，還必須考慮該位置不同季節的盛行風向。夏天的主導風將直接影響室內的自然通風效果，而冬季的主導風將直接影響房屋內的熱損失。

4 大連住宅自然通風情況案例

從通風角度分析室內空間劃分簡潔，空間分隔沒有彼此阻隔的現象，存在多條主氣流通道，通風效果良好。標準層各戶通風分析如圖3 所示。從圖3 中可以看出，結合房間門的設置位置，每個單元西側戶型的通風效果相對來說要好于東側一戶。但在整體良好基礎上這些差別應該不大，所有戶型都能獲得較好的夏季室內熱環境。［2］

圖3 幸福e 家3－2＃標準層戶型平面通風分析

5 戶型組合方式與風壓通風設計

對于住宅平面空間布局，不同戶型組合不僅會影響其基本外部通風條件，同時還會影響建筑體形系數，是各戶型風壓通風的決定性條件，其影響變量主要體現在各戶型是否在正、負壓區均有外墻面。對圖4 不同的戶型組合做出以下分析：

圖4 不同的戶型組合

5.1 一梯兩戶

一梯兩戶型內平面布置相對自由，是板式住宅的常見戶型組合方式之一。從自然通風角度評價，一般情況下，該戶型南北通透，室外正負壓分布理想，如圖3、4。住宅的迎風面受空氣的推動作用形成正壓區，推動空氣從該側延其開孔部分進入室內；住宅的背風面，受空氣的繞流影響形成負壓區，吸引建筑物內的空氣從該側的孔口流出，從而利用風壓作用達到自然通風的效果。

5.2 一梯三戶

與一梯兩戶相比，一梯三戶的空間利用率會高一些，但在布局上會產生較大的限制，一般情況下會有一間朝向單一的戶型。圖4 則是一梯三戶的常見布局模式。兩側的單元可以實現南北通透，與一梯兩戶相類似。但中間一戶朝向單一，為純南向，所有開口均處于正壓區，正負壓分布不理想，無法實現自然通風。［3］

5.3 一核四戶和一核六戶

此類戶型單朝向戶型已顯著增加。圖4 顯示了一核四戶和一核六戶的常見布局模式。每個戶型的面積不定，但每種公寓類型的分布大致相似。因此該布局中每一戶室外正負壓分布也有一定規律。從風壓和通風條件的角度來看，一核六戶比一核四戶更不適合過度布局。

6 室內空間再劃分與風壓通風效果

6.1 室內空間布局

在足夠保護隱私空間的情況下，提高開場空間面積，加大進深，避免相對方正的房間，減少影響通風效率和沒有承重的空間劃分墻，避免出現狹窄的開敞空間和通風死角，主要的生活房間形成主要的南北貫通通風流線，從而盡可能使自然風在室內空間布局中形成穿堂風，進而強化室內空氣的流動，使通風更為穩定均勻，提高室內空氣新鮮程度與熱舒適性。

6.2 室內門的位置

在住宅室內小房間中，門的位置要在整個室內通風的路徑中，避免出現門的位置在通風路徑的一側，減小甚至避免室內風場中出現死角與湍流現象，使室內風場趨于平穩的狀態，從而為室內熱舒適度相對穩定創造一個良好的室內風環境。

7 剖面空間與熱壓通風設計

熱壓通風在建筑中的形成通常有兩種情況：（1）產生于多個開口的高度差之間，（2）由于室內外溫差較大時于單一開口處產生。由于集合式住宅的特殊結構和不同的房屋面積限制，樓梯聯通的連續傳遞難以發揮作用，尺寸很小的單戶型作用也不大，熱壓通風效果受抑制。在個體的單元建筑里，熱壓通風可在這種聯通條件較好的躍層式戶型中效果良好。其中上下通透的通廳空間的躍層戶型熱壓通風更為理想應用更為廣泛，如圖5 所示。

圖5 上下通透的通廳空間的躍層戶型

8 總結

住宅平面設計節能設計方法可總結成如下幾條：

（1）不同方向墻體面積與不同時段太陽輻射強度共同影響輻射吸收的綜合效果，因此住宅建筑設計要根據實際情況與朝向設計相結合。

（2）大進深對節能整體節能效果尤為突出，同時對特殊位置單一戶型能耗和室內熱舒適性有負面影響需慎重考慮。

（3）單元聯列數對減小體形系數的作用有限，其設計不當會產生體量過小體形系數較大的熱工單體，對節能并無意義甚至起到反作用，應從整體規劃方面合理確定住宅區內各個樓體的單元數。

（4）戶型平面設計及其組合中，戶型面積的大小，戶型組合的方式，在設計中應進行必要的量化分析，綜合考慮冬夏節能需求加以權衡，選取合適的戶型面積及其組合方式。

現實情況中可變因素太多，還需通過計算及模擬來驗證效果的可用性。