北京地区乡村住宅物理环境模拟研究

刘芳博 曲冠华 倪博研

1. 中国建筑标准设计研究院有限公司 北京 100048；

2. 天津大学建筑学院 天津 300072

前言

为提高乡村住宅品质，需建立一套乡村住宅设计指标体系，指导乡村住宅设计。建筑物理环境参数是重要的设计指标。本文对课题前期工作整理的寒冷地区乡村住宅进行归纳提炼，建立用于计算机模拟的标准户型，选择寒冷气候区典型代表——北京地区为研究工况，通过风环境和光环境模拟，评价标准户型存在问题，提出改进建议。

1 风环境模拟

1.1 风环境评价标准与模拟条件

图1 建筑首层（a）、二层（b）平面示意图

利用phoenics软件对标准乡村住宅户型进行风环境模拟，分析夏季自然通风条件下室内的风环境舒适性。建筑层高为3m，分别模拟计算1.5m、4.8m标高处风场分布情况及风速大小。全部窗处于开启状态，全部门处于关闭状态。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》以及北京地区累年夏季风玫瑰图，得到本次风环境模拟条件为：夏季空气调节室外计算干球温度33.5℃，夏季室外平均风速3.0m/s，夏季通风室外计算温度29.7℃，夏季风向按照南偏西45.0°进行模拟[1]。根据室内风环境评价标准，评价指标为风速和热舒适性，冬季和夏季主导风向下最大平均风速不宜大于5.0m/s，人体舒适风速为1.5m/s。

1.2 模拟结果

图2 1.5m高风速分布图

图3 4.8m高风速分布图

由风场分布云图（图2，图3）可知：当外部风荷载为3.0m/s时，1.5m和4.8m标高处室内风速均低于5m/s，1.5m标高处室内最大风速约为1.3m/s，庭院最大风速约为1.9m/s，气流顺畅，气流平均速度约为1.5m/s；4.8m标高处最大风速约为1.5m/s。当外部风速为3.0m/s的情况下，内部风通道能够保证一定量的通风，首层餐厅和楼梯间形成对流，具有良好的通风效果。二层楼梯间和起居室在自然通风条件下，有良好的通风效果。

2 光环境模拟

2.1 室内照度评价标准与模拟条件

采光分析采用grasshopper运行下的生态建筑honeybee插件。根据《建筑采光设计标准（GB50033-2013）》CIE阴天模型，住宅建筑的卧室、起居室（厅）、厨房应满足300lx的照度。卫生间、过道、餐厅、楼梯间应满足150lx的照度[2]。测量平面距地面0.8m处。以《绿色建筑评价标准（GBT50378-2019）》中的“住宅建筑室内主要功能空间至少60%面积比例区域，其采光照度值不低于300lx的小时数，平均不少于8h/d，得9分”作为评价依据[3]。模型中的玻璃材质设置为可见光透射比为0.71的中空玻璃（6mm透明玻璃+12mm空气+6mm透明玻璃）[4]。

2.2 模拟结果

图4 首层冬至日14：00照度图（lux）

图5 二层冬至日14：00照度图（lux）

图4 为建筑首层冬至日14：00照度图，客厅照度达的300lx的面积仅为近窗处的1/3，未达规范要求；餐厅面积的2/3达到150lx照度，基本满足规范要求；西侧卧室不足1/2的面积照度超过300lx，未达规范要求；东侧卧室3/4的面积照度超过300lx，基本满足规范要求；厨房仅1/6的面积能满足300lx照度要求；卫生间及楼梯间基本满足规范要求。图5为二层冬至日14：00照度图，起居室天然采光照度满足300lx；三间卧室的天然采光照度超过300lx的面积均不足1/2，未达到规范要求；卫生间及楼梯间基本满足规范要求。

3 结束语

该标准户型在全年主导风向及常态风速下，庭院及室内风速均小于5m/s，能够满足活动舒适性要求。庭院及室内最大风速在1.5m/s～1.9m/s之间，该风速属于人体可接受的舒适值。首层餐厅和楼梯间以及二层起居室和楼梯间具有良好的通风效果，但其他空间，如客厅、卧室、厨房等空间在室内门关闭的情况下，通风效果不佳。首层客厅、西侧卧室采光未能达到规范要求，但东侧卧室、卫生间及楼梯间天然采光照度基本满足规范要求，而厨房采光严重不足。二层起居室、卫生间及楼梯间的天然采光照度基本达到规范照度要求，但三间卧室的天然采光照度未能达到规范要求。建议在适宜位置开窗，例如门斗，利于餐厅和客厅形成空气对流，并满足客厅的自然通风要求。厨房的开窗面积宜增大，以提供更加舒适的室内光环境。南向卧室的阳台门宜为透明材质，或采用开放阳台，以营造更加舒适的室内光环境。北向卧室可以考虑适当增大东向开窗面积，并选用可见光透射比更高的玻璃。