大型商業綜合體無組織空氣滲透的優化策略
——以杭州市某商業綜合體為例

2021-11-13 12:59:48吳津東翁建濤滕逢時關康翔WuJindongWengJiantaoTengFengshiGuanKangxiang

建筑技藝 2021年8期

吳津東翁建濤滕逢時關康翔 Wu Jindong Weng Jiantao Teng Fengshi Guan Kangxiang

隨著城市居民生活水平日益提升，大型商業綜合體近年來得到了快速發展[1]。截至2018年，杭州市中心城區新建大型商業綜合體建筑總數超過了20個[2]。商業綜合體因其體量大、功能多、空間開敞、人員密集等特征，需要特別重視室內環境問題。這一問題不僅影響使用者的舒適和健康[3-6]，還與建筑物的運行能耗密切相關[7-8]。

高大空間建筑的圍護結構縫隙及建筑開口處的無組織空氣滲透現象普遍[9-10]，不僅如此，大型商業綜合體內部的開放式廚房還會造成建筑內部嚴重的負壓狀態[11]。為了明確冬季工況下空氣滲透對高大空間建筑帶來的負面影響，有學者先后調研了多個機場、大型商業綜合體及工廠建筑，其結果顯示與普通空間建筑相比，高大空間建筑的冬季滲透空氣負荷占比更為突出[12]。

然而由于測試條件受限，在大型商場建筑運行階段展開詳細室內環境及空氣滲透調查的研究較少，并且多數研究僅關注冬季運行情況而忽略了對夏季工況的分析。因此，本研究以杭州某商業綜合體為例，對其冬夏兩季運行階段的空氣滲透現狀進行測試和調研，確定冬夏兩季產生無組織空氣滲透的主要位置和成因，并根據分析結果提出適宜的優化策略，以期對該類型的建筑空間設計、分層空調運行優化提供一定的理論和數據參考。

1 案例概況

在冬夏兩季對杭州25座大型商業綜合體進行前期調研，筆者發現這些大型商業綜合體都存在著不同程度的空氣滲透問題。選取其中一座典型大型商業綜合體作為研究對象，該綜合體于2017年底竣工，總建筑面積約220 000m2，共6層（圖1）。綜合體內設若干通高采光中庭，首層5個主要人行出入口，頂層2個屋面出入口（圖2）。

2 現場實測及調研

通過對室內溫度、出入口室內外靜壓差和空氣滲透速率的實測，以及調研出入口門扇使用情況、餐廳排煙送風設備使用情況和室內人員環境感受投票的方法，對商業綜合體室內空氣滲透及影響進行研究。

2.1 實測內容及方法

室內外靜壓差監測采用微壓差計對各層進行測量和記錄，以判斷空氣滲透情況。通過測量各出入口的風速和開啟面積，計算建筑內的空氣滲透量。同時，通過測量門斗和中庭空間的溫度分布，判斷空氣滲透對入口和室內熱環境的影響。測試參數及儀器如表1所示。

表1 測試參數及儀器

2.2 調研內容及方法

實地調研的內容包括各出入口實際使用情況及餐飲商鋪排煙送風的運行情況，以判斷誘發室內外壓差的因素。此外，采用問卷調查的方式對商業綜合體內部不同位置人員的實際熱感覺情況進行調研，分析空氣滲透對主觀熱舒適度的影響。

3 實測及調研結果

3.1 實測結果

實際測試結果主要從室內外靜壓差、各出入口空氣滲透率和室內溫度三方面進行表述，以確定造成空氣滲透主要因素的參數指標及實際室內情況。

3.1.1 室內外靜壓差

研究選取冬夏兩季典型氣候日的各時段對商業綜合體室內外靜壓差進行測試，結果根據式1進行計算：

式1中ΔP為室內外靜壓差，當ΔP為0時表示該位置內外壓強相同，當ΔP為正值時，該位置可能存在空氣滲透。結果顯示，夏季壓差與高度呈正相關，該季節中和面位于距離地面約5m處，表示該高度以上開口可能出現空氣滲透情況，而且高度越高，空氣滲透越顯著；冬季壓差與高度呈負相關，中和面位于距離地面20m處，表示該高度以下開口可能出現空氣滲透情況，越接近地面，空氣滲透越顯著（圖3）。

在本案例中，建筑物開口主要分布于首層及頂層。壓差檢測情況顯示，夏季頂部屋面出入口會出現較大的空氣滲透情況；冬季則恰恰相反，會在首層出入口存在較大空氣滲透情況。這一結論為各入口空氣滲透率檢測提供了依據。

3.1.2 各出入口空氣滲透率

研究對首層5個出入口及頂層2個出入口進行了滲透率監測。圖4顯示了冬夏兩季典型日各出入口日平均空氣滲透率（正值代表氣流滲入，負值代表氣流外溢），結果表明夏季首層各出入口均存在氣流外溢狀態，同時頂部出入口均呈現空氣滲透情況，頂部各入口平均滲透率達到12 000m3/h；冬季氣流運動情況相反，首層各出入口均呈現空氣滲透情況，平均滲透率約為4 000m3/h。由此可知，夏季整體滲透率高于冬季，其結果與室內外靜壓差監測結果吻合。

夏季中庭會受到較強的太陽直射，導致其溫度相對較高。由于熱空氣的浮力作用，一般情況下高大空間建筑的熱空氣運動以上浮為主，而夏季測試結果所顯示的氣流運動方向卻與預期相反，可能是由于商業綜合體室內空調制冷后產生大量低溫空氣，冷空氣因重力原因由中庭空間下沉并由底層出入口溢出，為平衡室內外壓差，大量室外高溫氣流則由頂部出入口向室內滲透。

3.1.3 室內溫度分布

冬夏兩季測試期間室外空氣溫度分別維持在5.4～7.1°C和29.0～39.0°C，同時對室內各樓層空氣溫度進行實時監測，由于冬夏兩季空調系統均處于運行狀態，因此商業綜合體的室內溫度波動幅度較小（圖5）。結果表明，夏季室內存在顯著的垂直溫度梯度，垂直方向最大溫差達到4.7°C，這一現象在冬季并不明顯，垂直方向最大溫差為2.9°C，可能是因為夏季大量冷空氣下沉以及頂層的熱空氣滲透加劇了垂直方向的溫度差異。

與此同時，對產生空氣滲透的位置進行局部溫度監測。夏季運行階段室內平均溫度為25～28°C，而頂層出入口室內溫度高達32～37°C；冬季運行階段室內平均溫度為20～23°C，而一層出入口溫度僅為15～16°C（圖6）。這一結論充分反映了冬夏兩季商業綜合體內無組織空氣滲透對室內局部熱環境產生的顯著影響。

1 杭州某商業綜合體建筑外觀

2 杭州某商業綜合體平面布局示意圖

3 冬夏兩季室內外靜壓差分布

4 冬夏兩季典型日各入口平均空氣滲透率

3.2 調研結果

為了進一步探究導致大型商業綜合體內部冬夏兩季產生無組織空氣滲透的因素以及對室內人員舒適性造成的影響，筆者還現場調研了建筑物出入口的實際運行情況、餐飲商鋪設備運行情況以及使用者的熱感覺。

3.2.1 出入口運行情況

結果表明，首層出入口均設置了單層門斗，門斗內配備風幕機，在冬夏兩季運營階段，風幕機均保持開啟狀態，而頂層出入口均未設置門斗，只設置了防風簾；冬季運營階段，為減少室外環境對室內的影響，入口門扇處增設防風簾；為方便顧客出入，各出入口門扇長期處于開啟狀態（圖7,8）。

夏季，頂層出入口門扇處于長期敞開狀態，空氣滲透情況明顯，不利于控制室內熱環境；冬季，首層出入口現有的阻擋空氣滲透的緩沖設計效果也不夠理想。

3.2.2 餐飲商鋪設備運行情況

餐飲分布于五至七層，為抽取有效樣本，將商鋪類型根據使用特征分為后廚加工與現場加工兩類，在調研期間對78家商鋪進行抽樣調查，對其中抽取的6家餐廳（現場加工2家，后廚加工4家）進行現場調研（圖9,10）。

結果表明，其中5家商鋪廚房設置了補風設備，僅1家商鋪未設置。3家商鋪補風設備聯動抽油煙機，有1家商鋪不清楚補風設備的機制，因噪聲、設備吹風原因，拒絕開啟設備，另外2家從未開啟。即使多數商鋪配備補風設備，仍然存在半數商鋪未能進行有效補風。就餐高峰期補風設備運行情況不理想導致排風量遠大于補風量，由此引發的建筑體內部負壓現象同樣是引起冬季出入口空氣滲透的重要因素之一。

3.2.3 使用者實際熱感覺

無組織空氣滲透所引發的環境問題會直接影響消費者的熱舒適度，對于商業綜合體這種人員密集的大型公共建筑而言，消費者對室內環境的認可不可忽略。為此，對出入口門廳（冬季）及各樓層公共活動區域（夏季）進行實際熱感覺問卷調查（圖11,12）。

冬季發放問卷的主要場所為入口門廳區域，共回收有效問卷89份。其中，67.5%的受試者認為入口門廳有強烈的吹風感，87.5%的受試者認為門廳環境偏冷，80%的受試者認為門廳環境并不舒適。門廳環境的瞬時變化主要由入口冷空氣滲透引起，這也是使用者產生不舒適感的主要因素。

5 冬夏兩季典型日各樓層平均空氣溫度

6 冬夏兩季空氣滲透位置及室內平均溫度分布

夏季發放問卷的主要場所為各樓層公共活動區域，共回收有效問卷418份。其中，60%的受試者認為低樓層熱環境較為舒適，有相近比例的室內人員認為高樓層環境不舒適。在吹風感方面，低樓層的室內人員比例要高于高樓層比例，根據室內的風速測量結果，除出入口區域外，各樓層并沒有太大差異。因此，引起低樓層室內人員吹風感的原因可能是相對偏低的溫度所造成的偏差。在熱感覺方面，結果顯示57.9%的室內人員認為高樓層室內環境偏熱，而這一結果在低樓層僅為12.7%。

7 首層出入口

4 優化策略總結

針對大型綜合體存在的空氣滲透現象，根據以上實測及調研結果，筆者提出以下優化策略。

（1）冬季各出入口空間存在明顯的空氣滲透現象。室外冷空氣大量進入室內，在入口區域形成低溫環境及強烈的吹風感，對室內人員及周邊商鋪造成影響，增加采暖能耗。建議在出入口門斗現有基礎上，改善門廳阻風措施并管理門扇開啟，如采用多門斗和密閉性較好的門扇，不僅可以緩解冬季冷空氣滲透問題，還能改善夏季室內涼空氣外流和屋頂出入口空氣滲透問題。

（2）夏季樓層間垂直溫差較大。在改善底層出入口的同時，需對屋面出入口采用類似的方式，減少外部熱空氣滲透。同時，應充分考慮夏季屋面外遮陽設計，以減少屋面及中庭透光天窗部分的太陽輻射，緩解室內垂直方向的溫差，改善高樓層區域的舒適問題，減少夏季制冷能耗。

（3）餐飲商鋪在高峰運行期間因補風設備使用較少，加劇了商業綜合體內部的空氣滲透問題。因此，需要更合理地考慮補風裝置和排煙系統的運行，避免大規模排風對商業綜合體內部滲風問題的影響。

（4）高大的中庭有著較好的內部空間效果，但通高空間一定程度上也促進了內部空氣的快速流通和冷熱空氣的分層。因此在建筑設計階段，可以適當設計錯層通高中庭，減緩內部空氣流通。

上述優化策略不僅為營造大型商業綜合體舒適的室內環境及減少能源消耗提供參考，也為其下一步的研究提供了一些基礎數據。