夏热冬暖地区单侧通风房间的通风遮阳优化设计策略

林佳琳 刘恒 王斌

中国建设科技集团绿色建筑设计研究院

随着建筑用地的紧缺和城市化进程的推进，高密度的办公楼、公寓宿舍以及一梯多户的住宅、进深较大或内廊式酒店中都出现了大量的单侧通风房间。但是单侧通风房间与存在“穿堂风”的房间对比通风效果存在明显不足，需要在设计中进行取舍和改善。

1 概述

单侧通风房间顾名思义是按照通风形式来命名的，即房间的通风口位于同一侧，另一侧除了关闭的门外没有额外通风口，是自然通风房间中最简单常见的形式。单侧通风房间存在的问题有：房间局部通风驱动力不够，变化过大；房间通过风的涡流、外部洞口和气流的相互作用来完成；自然通风效果较差导致了过渡季空调制冷能耗的增加；不利于改善室内空气质量和整体的舒适性。

1.1 自然通风基本形式和原理

建筑的自然通风可归纳为两种基本形式：风压通风和热压通风。通常说的建筑通风是风压与热压通风联合作用的结果。当风压和热压共同作用于建筑物时，它们都会通过建筑物的开口形成气流。如果两种压力的正负一致，则会增加空气流量，一旦正负压力相反，则将减少空气流量，并且在一定的条件下还会产生两种压力相互抵消的情况，即没有气流通过开口。

1.2 遮阳与通风的关系

建筑的遮阳和自然通风是夏热冬暖地区两种传统有效的节能措施，可以有效地改善室内热环境并提升舒适度。但是彼此之间也存在相互促进和制约的关系，建筑遮阳的存在可能会阻挡或者诱导气流出入窗口的效果，对建筑的综合效能产生影响。

2 具体优化设计策略

2.1 设置遮阳导风构件

对于单侧通风房间，通常情况下（当通风口正对或者平行于迎风面、与迎风面呈一定夹角、亦或正对着背风面），室外气流只对室内空气有一点点驱动力，不能有效促进室内通风换气。在此种情况下，可以通过导风板的设计，结合凹口和凸口所形成的的风压正压区和负压区来组织室内气流方向，进行有效的通风换气，促进建筑单侧通风。同时结合不同的朝向选择不同的遮阳形式（水平、垂直、综合、挡板式），达到遮阳通风的合理布置。

遮阳导风板的设置上，水平遮阳板可以根据立面处理引导通风，但要做到效果突出就得在单侧通风房间的尽端门的上方开窗。水平遮阳板可以设计为出挑楼板或者演变成阳台形式。比窗口水平遮阳的通风遮阳效果更好的是在靠近窗口顶部设置通风百叶，这样不仅可以引导风的流向，还可以在夏季带走窗口的余热（图1）。

2.2 结合凹凸立面的处理

由导风板布置演变而成的凹凸界面对通风的影响也不容忽视。在凹口处分别形成正压和负压，可以使气流在局部形成涡流，形成“兜风”的效果。有研究指出凹口的凹进深度越大，建筑对风的阻力也越大，导致凹口内外的压差增大，于是其形成的涡流也就越大，促进了凹口附近空气的流动，进而增强室内外的空气流动。因此在窗口面积、窗口形式等其他条件一致的情况下，可以适当地增加凹口的深度以实现良好的单侧通风。如果在正压处和负压处附近设置门或窗口，便能形成良好的穿越式通风，同时也可以在凹阳台或者凹窗处种植绿化，空气经过植物蒸腾作用降温和过滤后进入室内，提高了室内的舒适度。此种方法既可起到一定的遮阳降温作用，又可以提高室内单侧通风，是湿热地区较为理想的模式之一。凹阳台的进深通常比凹窗要大，既可以在凹阳台处设置门扇或窗户，又可以在外立面靠近凹阳台处设置窗户，同时作用以增强室内的通风效果。

1 水平向遮阳导风构件布置位置示意图

凸口对建筑单侧通风的原理，可以参考由导风板演变而成的模式，在凸处的左右两侧分别形成正压和负压，把主导风引入到室内，从而实现较好的单侧通风效果。凸口由于其外凸于立面之外，相对于凹口更能捕获空气，提高室内通风效果。即便周围风向是平行于窗口的，这种凸口设置也对风有较好的引导作用。通过凸口的使用，每个单元创造了四个高效的通风口，在正负压处各有两个。虽然增加了建筑的表面积，但是却提高了建筑自然通风的潜力，当四个通风口都能打开时，其通风效果是非常可观的（图2）。凸口凹口可以结合功能空间（管井、空调间、储物间、飘窗、阳台）和立面效果处理，以求得功能性、美观性和舒适度的平衡。

2.3 增设季风窗

凸窗（Bay Window）通常也叫飘窗，是指在墙体窗洞处上下各出挑，沿外围三侧设置窗扇的窗户类型。凸窗出挑于墙面之外，对立面上的风向会产生一定的影响。在单侧通风时，凸窗在与墙壁成60°夹角的时候会有较好的通风效果。在凸窗（飘窗）的基础上进一步的改善策略是增设季风窗。季风窗增加了过渡季的通风效果。

新加坡的WOHA建筑设计事务所自1994年成立以来致力于探索现代性与地域性的结合，在生态可持续性研究与实践中取得非常大的突破。他们受东南亚传统建筑中一种能把室外风引入到室内却把雨水挡在屋外的捕风窗启发，发明了适应当地气候的“季风窗”（Monsoon Window）。季风窗是在凸窗的基础上，底部采用镂空铝板，当雨天房间其他窗户关闭时，季风窗仍然可以把室外新风引入到室内，而把雨水隔绝在外面。创造性地解决了雨天自然通风的问题。晴天，窗台上面可以放置绿色种植，具备了功能性的同时兼顾了美观，是一个很巧妙的被动式通风装置（图3）。

2.4 调节开窗形式、位置及宽窄

有研究指出窗户开启位置会对室内自然通风有重要影响，尤其是对单侧通风房间的自然通风效果。对于单侧通风有三项结论：墙面只设置一个通风口时，通风口面积越大则通风量越大；在总通风面积相等时，两个小通风口的通风量大于一个大通风口的通风量；在通风面积相等且有两处通风口时，两通风口之间距离越大通风量越大。

多元化的开窗形式带来不一样的空间感受，同时也对室内风环境存在不同影响。基于石峰、詹学渊针对厦门地区单侧通风房间窗口开口形式对室内风环境的影响研究，运用CFD方法整理出了单体能耗对比图（图4）。我们可以得出常见的五种开窗形式在底层和高层位置上不同窗开口形式带来的通风效果，底层通风效果（由好到差）的排序为：C2＞C3＞C5＞C1＞C4，高层通风效果（由好到差）的排序为：C2=C3＞C5=C1＞C4。整体来看，窗下增加通风带更有利于单侧通风房间的通风，而很多文化建筑中建筑师常用的矩阵式排布（C4形式）不适用于单侧通风房间，设计中建筑师可以根据具体情况选择适宜的开窗形式。

2.5 烟囱效应的利用

“烟囱效应”（Chimney Effect）最初来源于烟囱发生的现象，烟囱效应存在于所有具备高差和温差的空间环境中，利用烟囱效应进行自然通风的建筑中设置的通风塔或者通风管道形式很多，如中庭空间、楼梯间、竖向排风道等，由于位置的不同也会产生不一样的视觉和通风效果。一些方案利用烟囱效应设计一种交互式表皮，通过房间吊顶部分设置被动式气候调节腔连通中庭到达屋顶通风，利用热压通风机制的自然通风管腔系统进一步与置换式通风空调管道系统结合，形成一种类似“蚁穴”的通风系统（图5）。

2 遮阳导风构件布置位置示意图

3 WOHA Studio 的“季风窗”

4 常见窗口形式对单侧通风房间通风的影响

5 烟囱和建筑的关系

6 “冷巷”概念的原理和衍生

7 单元构件原型组合示意图

8 单元构件能耗模拟数据

除了最常见的中庭，在设计的时候也可以选择风塔、双层皮外墙、中空式遮阳构件等构件层面来实现烟囱效应。

2.6 “冷巷”布局的引入

岭南地区的传统民居针对地方气候衍生出了一种建筑群组织形式：“冷巷”。“冷巷”是南北向的狭长巷道，常位于带状布局的民居间，与主导风向接近。冷巷位于房屋阴影区，太阳辐射少使得巷子中空气温度偏低，通过与周围热空气形成的温度差带动空气流动。夏天利用巷道阴影改善室外热环境，使得人漫步于巷子中感觉凉爽。巷子两侧高大且与相对封闭的实墙相互遮挡，形成很好的蓄冷体，减少了传入室内的热量。

如广州的西关大屋采用“连房广厦”的形式，外墙厚重封闭，室内开敞通透。矮脚门、趟拢、敞厅、天窗、天井等地方特色浓郁的建筑构件都为方便组织穿堂风而设计，组合成一套完整的自然通风系统。厅房被窄而高的“冷巷”隔开，互相遮挡，可以防晒和隔热。

针对单侧通风房间可以设置廊道空间来应用“冷巷”的昼夜模式。虽然传统的“冷巷”模式夜间通风蓄冷充分，但在白天通风的时候也会造成冷的损耗。夜间蓄冷墙体被室外凉空气冷却，白天则吸收热量降低周围空气温度。如果在夏季夜里增强自然通风，就可以同时兼顾蓄冷墙体的冷却以及内部热环境的改善，第二天白天蓄冷墙体依旧可以充当冷源。所以在没有天井布局的单侧通风房间设置冷巷通道的话则应设置通风口，最直接的方式就是夜间将窗户打开。如果昼夜温差较大，当夜间室外温度低于室内温度时会产生明显的通风效果。利用热压加强通风，可在高处设置开口，使得冷巷内的热空气从高处排出，凉爽空气从低处补充进来，进一步增强通风效果，提高舒适度（图6）。

2.7 遮阳通风模块构件的组合使用

针对单侧通风房间可以从遮阳和通风两个方面组合设计模块构件。其中，通风模块式整体通风、采光部分，模块中安装按照隔音、隔热、采光等要求选择适当性能的建筑玻璃或五金配件；遮阳模块则根据不同朝向选择合适遮阳形式，遮阳构件在窗口处设置通风口，以利于带走窗口上沿的余热。遮阳通风组合的模块可详细分为透明开启模块（用于通风）、透明不开启模块（可外置遮挡卷帘）、不透明导风构件（设置于窗上下开口，一般以可调百叶为主）、不透明非开启模块（根据立面效果和实际室内功能需要调节）、通风水平遮阳板（例如穿孔板构件）等组合成类似组合式幕墙的体系，来实现自然通风与遮阳的统一。

在一个单侧通风房间的正常洞口处设计透明开启模块，其中透明开启模块在近人书写尺度上有小范围悬窗（图7），考虑雨季的防雨和通风，类似季风窗原理，以及其他透明部分设置遮阳帘的情况下依旧可以局部通风。透明开启部位局部上下方设置通风防雨百叶，利用局部的热压通风原理，下入上排来改善局部通风环境。其中上部的通风百叶设计成镀膜翻板式百叶，在通风的前提下还可以加强室内漫反射，起到室内补充光源的效果，减少了室内照明的使用。根据不同朝向选择设置遮阳形式，其中垂直式遮阳挡板，形成垂直遮阳的同时形成凹凸关系进行导风；水平遮阳板（穿孔或者百叶形式）在夏季遮阳的同时，利用透风空隙带走积聚于窗口处的热量，进一步优化室内热舒适环境。同时也有通过Design Builder软件与传统玻璃幕墙界面进行能耗对比验证的模型数据（图8），用来验证模块构件组合使用的可行性。

3 结语

通过对夏热冬暖地区通风最不利的单侧通风房间的研究，找寻出的几种策略仅仅是设计优化的一个方面，更多的决定因素在于设计前期的布局、朝向的考虑，重要的是要并行设计、协同设计、多学科设计优化等先进设计理念支持下的各类设计人员协同工作。整体的组织结构优于局部要素，通过合理利用自然通风和遮阳措施带走室内余热，减少空调运行时间来达到建筑节能的目的。同时也为室内环境提供足够的新风量来改善室内空气品质。