建筑平面布局和朝向对室内自然通风影响的数值模拟.pdf

第32卷第1期
土木建筑与环境工程
Vol 32 No. 1
2010年02月
Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering
Feb.2010
建筑平面布局和朝向对室内自然通风
影响的数值模拟
丁勇,李百战,沈艳,苏莹莹
(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045
摘要:合理的建筑设计可增强室内自然通风,使室内环境的舒适性得到明显的改善。为了对比建
筑设计对室内自然通风效果的作用,结合重庆市的最佳户型评选活动的部分建筑户型,利用数值分
析的方法,对建筑进行了建筑布局和建筑朝向的不同设计情況下室内速度场分布、温度场分布和室
内PMV分布的分析。分析表明,通过政变建筑朝向和局部改变建筑布局设计,室内产生的最大气
流可从0.24m/s增强到0.82m/s,显著改善了室内的自然通风效果;半小时后室内温度较原朝向
降低0.9℃,室内的PMV值更接近舒适。由此可见,建筑布局和建筑朝向的合理设计,是保证建筑
良好室内舒适环境的前提。
关键词:建筑布局;建筑设计;建筑朝向;数值分析;自然通风;室内舒适度
中图分类号:TU-023文献标志码:A文章编号:1674-4764(2010)01-0090-06
Simulation for the Effect of Building Plan and
Orientation on Natural Ventilation
DING Yong, LI Bai-zhan, SHEN Yan, SU Ying-ying
(Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region's Eco Environment, Chongging University, Ministry of Education
Chongqing 400045, P. R. China)
Abstract: Indoor thermal comfort can be significantly improved by natural ventilation with reasonable
architectural design. In order to compare natural ventilation effect, the distribution of velocity field
temperature field and the PMV in different architecture layout and orientation design were analyzed with
house types in Best House Type Competition. It was found that indoor natural ventilation effect was
obviously improved by means of altering the layout and orientation, where the maximum velocity varied
from 0. 24m/s to 0. 82m/s. And the temperature decreased 0. 9C and the value of PMV was more
approximate to comfort.
Key words: architecture layout; architecture; architecture orientation; numerical analysis; natural
ventilation; indoor comfort degree
自然通风是利用自然资源来改变室内环境状态果。然而,由于自然通风的实现是一种依赖于建
的一种纯“天然”的建筑环境调节手段,合理的自然筑设计的被动式方法,因此其应用效果很大程度上
通风组织可有效调节建筑室内的气流效果、温度分依赖于建筑的朝向、平面布局等设计效果。良好的
布,对改变室内热环境的满意度可以起到明显的效建筑设计有助于增强室内自然通风的效果,同样,建
收稿日期:2009-09-07
基金项目:国家自然科学基金项目(50838009,50678179);国家“十ー五”科技支撑重大项目课题(2006BAJ02A09,
2006BAJ02A13-4
作者简介:丁勇(1975-),男,博士,副教授,主要从事可持续建筑环境与建筑节能研究,(F-mai)dingyongqq163.com
第1期
丁勇,等:建筑平面布局和朝向对室内自然通风影响的数值模拟
篼设计上的差异,也会给建筑通风效果产生较大的
影响的。正是由于自然通风在实际应用中的众多
不确定性,目前关于自然通风在建筑中的应用研究
仍主要集中在对技术理念的研究0,而对于具体
的应用效果缺乏相关的具体数据说明。这也使得建
筑师在建筑设计上往往对如何加强室内自然通风以
及室内的实际通风效果尚缺乏客观的数据支撑,仅
能根据感觉予以设计,因而实际的应用往往存在些
许片面。
LI.62.8117
在对重庆住宅建筑自然通风实测效果研究的基
础上?,结合重庆市2008年的最佳户型评选活动
图1户型平面图
中的部分建筑的平面设计,利用数值分析方法,从建1.1风压分布
筑朝向和建筑室内布局两方面出发,分析了布局设
工況1为户型的本来朝向,其压力分布图如图
计和朝向设计的不同对室内通风效果的影响,对不2(a)所示。图2(b)为改变户型朝向之后的工况2的
同设计下的室内自然通风环境的热舒适度进行了定压力分布图
量的分析,利用数据的对比,为建筑设计人员在进行
从图2(a)可以看出,迎风面风压为正,由于建
建筑自然通风策略应用时提供客观作用效果的筑的结构原因,西向的书房和厨房为负压。主卧室
指导。
的窗户处由于气流组织的回流,其内外产生压差,使
针对上述户型在不同朝向和建筑布局时的室内主卧窗户成为进风口。而客厅和次卧的窗户内外压
通风效果,采用 AIRPAK2.1数值模拟分析的方法カ分布颜色几乎一致,这说明其压差非常小,不易形
对不同建筑朝向和不同建筑布局设计的情况进行了成明显的气流组织。当政变建筑朝向,使大多数的
模拟。由于重点是利用对比的手段,探讨不同的建开处于迎风面时,得到图2(b)。从图可以看出,
筑布局及朝向对室内气流组织的影响,为了简化模迎风面形成正压,背风面为负压,客厅阳台压力处压
拟分析的复杂程度,文中假设在设定的条件下,室外力大于其它房间压力,而在书房内形成负压,这样更
环境状态恒定,并且忽略周围环境对该户型室外环容易形成良好的气流组织
境的影响2;同时不考虑室内热源影响
1建筑朝向设计对室内自然通风效果
的影响
客
对于建筑朝向的分析,我们采用评选活动中评
选出来的最佳舒适户型,如图1,该户型为3室2厅
主K
双阳台,套内面积为83.08m2,专家对其评价是户
型布局优雅大气,重视起居室和阳台的功能,强调产
品的舒适性。为了客观评价该产品的室内舒适性,
(a)況1
我们开展了如下研究。
根据《中国建筑热环境分析专用气象数据
集》中的5月~9月的环境参数平均值,以及针对
次卧+:主卧
建筑在关闭门窗測试的室内温度平均值们,确定分
析工况为