廣州地區(qū)住宅建筑室內(nèi)通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計研究

秦翠翠 趙立華 高亞妮

1 引言

廣州地處亞熱帶濕熱地區(qū)，夏季漫長。近年來廣州居民用電增勢迅猛，其中空調(diào)用電是主要部分。住宅建筑中臥室是使用時間最長、空調(diào)能耗最高的空間，自然通風(fēng)可以取代或部分取代空調(diào)以節(jié)約能耗[1～2]，因此確定住宅臥室的通風(fēng)節(jié)能方案，是有力指導(dǎo)住宅通風(fēng)設(shè)計的關(guān)鍵。要形成很好的自然通風(fēng)，需要有合適的建筑開口，臥室開窗開門有利于形成良好的穿堂風(fēng)，而臥室由于私密性等因素的影響，夜間往往會開窗關(guān)門。開窗關(guān)門通風(fēng)效果較差。本文針對室內(nèi)自然通風(fēng)效果較差問題，通過模擬對住宅臥室室內(nèi)通風(fēng)優(yōu)化前后進(jìn)行了對比研究，并提出了采取機(jī)械通風(fēng)輔助自然通風(fēng)的改善措施和優(yōu)化效果。

2 數(shù)值模擬

對比分析加小型軸流風(fēng)機(jī)后的室內(nèi)通風(fēng)情況是否得到改善。選取住宅戶型中的一間臥室作為研究對象，使用PHOENICS軟件模擬建筑室內(nèi)的通風(fēng)情況，模擬分析臥室開窗關(guān)門情況下，加小型軸流風(fēng)機(jī)后的室內(nèi)通風(fēng)情況是否得到改善，并考慮關(guān)門后門下縫隙對通風(fēng)的影響。

2.1 物理模型的建立

建模時，室內(nèi)各房間的門按照實(shí)際尺寸，玻璃門及窗按照可開啟面積尺寸，同時開啟率為100%，忽略室內(nèi)家具和人員對風(fēng)場的影響。在主臥2內(nèi)裝風(fēng)機(jī)，小型軸流風(fēng)機(jī)直徑為150mm，依據(jù)面積相等折算成正方形133mm×133mm。結(jié)合實(shí)際情況，風(fēng)機(jī)布置在窗戶左邊距離窗100mm處，臥室門下留有20mm的縫隙。裝有風(fēng)機(jī)和未裝風(fēng)機(jī)模型如圖1～2所示。

圖1 無風(fēng)機(jī)模型

圖 2裝有風(fēng)機(jī)的模型

2.2 邊界條件

窗口入口inlet風(fēng)速邊界條件設(shè)為0.2m/s，風(fēng)機(jī)入口inlet風(fēng)速為5m/s；出風(fēng)outlet窗口自由流出。

網(wǎng)格劃分以能識別出門窗洞口、墻體和風(fēng)機(jī)尺寸為主。

3 室內(nèi)風(fēng)環(huán)境分析

對無風(fēng)機(jī)和有風(fēng)機(jī)兩種情況的室內(nèi)自然通風(fēng)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖3～6所示。

從圖3～4可以看出，臥室無風(fēng)機(jī)時，窗口進(jìn)來的氣流沖擊力很強(qiáng)，造成室內(nèi)流場分布不均勻，室內(nèi)風(fēng)速也小，均小于0.2m/s，室內(nèi)幾乎感覺不到風(fēng)，室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)僅為10次/h。臥室加風(fēng)機(jī)和無風(fēng)機(jī)相比，室內(nèi)流場變化很大。裝風(fēng)機(jī)后，室內(nèi)風(fēng)速流場均勻，80%的區(qū)域超過0.28m/s，感覺舒適。

圖31 .5m高處無風(fēng)機(jī)風(fēng)速分布

圖41 .5m高處有風(fēng)機(jī)風(fēng)速分布

圖51 .5m高處無風(fēng)機(jī)風(fēng)速矢量分布

圖61 .5m高處有風(fēng)機(jī)風(fēng)速矢量分布

對比圖5～6可以看出，室內(nèi)氣流流動加強(qiáng)，原因是風(fēng)機(jī)吹入室內(nèi)的風(fēng)在室內(nèi)形成渦流進(jìn)行盤旋，使得室內(nèi)的風(fēng)速增大。風(fēng)最后從窗口和門下縫隙排出，與不裝風(fēng)機(jī)相比，室內(nèi)風(fēng)速比不加風(fēng)機(jī)時大，室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)為21次/h，通風(fēng)換氣次數(shù)與無風(fēng)機(jī)相比，增加了11次/h?？蛷d和其他臥室的氣流流場也得到了改善。

4 結(jié)論

本文通過模擬分析了住宅臥室的室內(nèi)通風(fēng)狀況，針對臥室開窗關(guān)門室內(nèi)通風(fēng)效果差這種情況，提出了采取機(jī)械通風(fēng)輔助自然通風(fēng)改善室內(nèi)通風(fēng)的措施，對住宅通風(fēng)節(jié)能設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

住宅臥無風(fēng)機(jī)時室內(nèi)通風(fēng)室內(nèi)流場分布不均勻，室內(nèi)風(fēng)速小，通風(fēng)換氣次數(shù)僅為10次/h。加風(fēng)機(jī)后，室內(nèi)風(fēng)速流場均勻，80%的區(qū)域滿足人體熱舒適，室內(nèi)的通風(fēng)換氣也得到了改善，通風(fēng)換氣次數(shù)為20次/h，與無風(fēng)機(jī)相比增加了11次/h。客廳和其他臥室的氣流流場也得到了改善。因此，當(dāng)室內(nèi)通風(fēng)不好時，可以采取機(jī)械通風(fēng)輔助措施進(jìn)行改善，以達(dá)到室內(nèi)的最大通風(fēng)節(jié)能效果。選取風(fēng)機(jī)時，應(yīng)注意風(fēng)機(jī)的噪音、是否具有能過濾空氣功能等多種事項，保證夜間臥室開窗關(guān)門時通風(fēng)良好。