大型商业综合体无组织空气渗透的优化策略——以杭州市某商业综合体为例

吴津东 翁建涛 滕逢时 关康翔 Wu Jindong Weng Jiantao Teng Fengshi Guan Kangxiang

随着城市居民生活水平日益提升，大型商业综合体近年来得到了快速发展[1]。截至2018年，杭州市中心城区新建大型商业综合体建筑总数超过了20个[2]。商业综合体因其体量大、功能多、空间开敞、人员密集等特征，需要特别重视室内环境问题。这一问题不仅影响使用者的舒适和健康[3-6]，还与建筑物的运行能耗密切相关[7-8]。

高大空间建筑的围护结构缝隙及建筑开口处的无组织空气渗透现象普遍[9-10]，不仅如此，大型商业综合体内部的开放式厨房还会造成建筑内部严重的负压状态[11]。为了明确冬季工况下空气渗透对高大空间建筑带来的负面影响，有学者先后调研了多个机场、大型商业综合体及工厂建筑，其结果显示与普通空间建筑相比，高大空间建筑的冬季渗透空气负荷占比更为突出[12]。

然而由于测试条件受限，在大型商场建筑运行阶段展开详细室内环境及空气渗透调查的研究较少，并且多数研究仅关注冬季运行情况而忽略了对夏季工况的分析。因此，本研究以杭州某商业综合体为例，对其冬夏两季运行阶段的空气渗透现状进行测试和调研，确定冬夏两季产生无组织空气渗透的主要位置和成因，并根据分析结果提出适宜的优化策略，以期对该类型的建筑空间设计、分层空调运行优化提供一定的理论和数据参考。

1 案例概况

在冬夏两季对杭州25座大型商业综合体进行前期调研，笔者发现这些大型商业综合体都存在着不同程度的空气渗透问题。选取其中一座典型大型商业综合体作为研究对象，该综合体于2017年底竣工，总建筑面积约220 000m2，共6层（图1）。综合体内设若干通高采光中庭，首层5个主要人行出入口，顶层2个屋面出入口（图2）。

2 现场实测及调研

通过对室内温度、出入口室内外静压差和空气渗透速率的实测，以及调研出入口门扇使用情况、餐厅排烟送风设备使用情况和室内人员环境感受投票的方法，对商业综合体室内空气渗透及影响进行研究。

2.1 实测内容及方法

室内外静压差监测采用微压差计对各层进行测量和记录，以判断空气渗透情况。通过测量各出入口的风速和开启面积，计算建筑内的空气渗透量。同时，通过测量门斗和中庭空间的温度分布，判断空气渗透对入口和室内热环境的影响。测试参数及仪器如表1所示。

表1 测试参数及仪器

2.2 调研内容及方法

实地调研的内容包括各出入口实际使用情况及餐饮商铺排烟送风的运行情况，以判断诱发室内外压差的因素。此外，采用问卷调查的方式对商业综合体内部不同位置人员的实际热感觉情况进行调研，分析空气渗透对主观热舒适度的影响。

3 实测及调研结果

3.1 实测结果

实际测试结果主要从室内外静压差、各出入口空气渗透率和室内温度三方面进行表述，以确定造成空气渗透主要因素的参数指标及实际室内情况。

3.1.1 室内外静压差

研究选取冬夏两季典型气候日的各时段对商业综合体室内外静压差进行测试，结果根据式1进行计算：

式1中ΔP为室内外静压差，当ΔP为0时表示该位置内外压强相同，当ΔP为正值时，该位置可能存在空气渗透。结果显示，夏季压差与高度呈正相关，该季节中和面位于距离地面约5m处，表示该高度以上开口可能出现空气渗透情况，而且高度越高，空气渗透越显著；冬季压差与高度呈负相关，中和面位于距离地面20m处，表示该高度以下开口可能出现空气渗透情况，越接近地面，空气渗透越显著（图3）。

在本案例中，建筑物开口主要分布于首层及顶层。压差检测情况显示，夏季顶部屋面出入口会出现较大的空气渗透情况；冬季则恰恰相反，会在首层出入口存在较大空气渗透情况。这一结论为各入口空气渗透率检测提供了依据。

3.1.2 各出入口空气渗透率

研究对首层5个出入口及顶层2个出入口进行了渗透率监测。图4显示了冬夏两季典型日各出入口日平均空气渗透率（正值代表气流渗入，负值代表气流外溢），结果表明夏季首层各出入口均存在气流外溢状态，同时顶部出入口均呈现空气渗透情况，顶部各入口平均渗透率达到12 000m3/h；冬季气流运动情况相反，首层各出入口均呈现空气渗透情况，平均渗透率约为4 000m3/h。由此可知，夏季整体渗透率高于冬季，其结果与室内外静压差监测结果吻合。

夏季中庭会受到较强的太阳直射，导致其温度相对较高。由于热空气的浮力作用，一般情况下高大空间建筑的热空气运动以上浮为主，而夏季测试结果所显示的气流运动方向却与预期相反，可能是由于商业综合体室内空调制冷后产生大量低温空气，冷空气因重力原因由中庭空间下沉并由底层出入口溢出，为平衡室内外压差，大量室外高温气流则由顶部出入口向室内渗透。

3.1.3 室内温度分布

冬夏两季测试期间室外空气温度分别维持在5.4～7.1°C和29.0～39.0°C，同时对室内各楼层空气温度进行实时监测，由于冬夏两季空调系统均处于运行状态，因此商业综合体的室内温度波动幅度较小（图5）。结果表明，夏季室内存在显著的垂直温度梯度，垂直方向最大温差达到4.7°C，这一现象在冬季并不明显，垂直方向最大温差为2.9°C，可能是因为夏季大量冷空气下沉以及顶层的热空气渗透加剧了垂直方向的温度差异。

与此同时，对产生空气渗透的位置进行局部温度监测。夏季运行阶段室内平均温度为25～28°C，而顶层出入口室内温度高达32～37°C；冬季运行阶段室内平均温度为20～23°C，而一层出入口温度仅为15～16°C（图6）。这一结论充分反映了冬夏两季商业综合体内无组织空气渗透对室内局部热环境产生的显著影响。

1 杭州某商业综合体建筑外观

2 杭州某商业综合体平面布局示意图

3 冬夏两季室内外静压差分布

4 冬夏两季典型日各入口平均空气渗透率

3.2 调研结果

为了进一步探究导致大型商业综合体内部冬夏两季产生无组织空气渗透的因素以及对室内人员舒适性造成的影响，笔者还现场调研了建筑物出入口的实际运行情况、餐饮商铺设备运行情况以及使用者的热感觉。

3.2.1 出入口运行情况

结果表明，首层出入口均设置了单层门斗，门斗内配备风幕机，在冬夏两季运营阶段，风幕机均保持开启状态，而顶层出入口均未设置门斗，只设置了防风帘；冬季运营阶段，为减少室外环境对室内的影响，入口门扇处增设防风帘；为方便顾客出入，各出入口门扇长期处于开启状态（图7,8）。

夏季，顶层出入口门扇处于长期敞开状态，空气渗透情况明显，不利于控制室内热环境；冬季，首层出入口现有的阻挡空气渗透的缓冲设计效果也不够理想。

3.2.2 餐饮商铺设备运行情况

餐饮分布于五至七层，为抽取有效样本，将商铺类型根据使用特征分为后厨加工与现场加工两类，在调研期间对78家商铺进行抽样调查，对其中抽取的6家餐厅（现场加工2家，后厨加工4家）进行现场调研（图9,10）。

结果表明，其中5家商铺厨房设置了补风设备，仅1家商铺未设置。3家商铺补风设备联动抽油烟机，有1家商铺不清楚补风设备的机制，因噪声、设备吹风原因，拒绝开启设备，另外2家从未开启。即使多数商铺配备补风设备，仍然存在半数商铺未能进行有效补风。就餐高峰期补风设备运行情况不理想导致排风量远大于补风量，由此引发的建筑体内部负压现象同样是引起冬季出入口空气渗透的重要因素之一。

3.2.3 使用者实际热感觉

无组织空气渗透所引发的环境问题会直接影响消费者的热舒适度，对于商业综合体这种人员密集的大型公共建筑而言，消费者对室内环境的认可不可忽略。为此，对出入口门厅（冬季）及各楼层公共活动区域（夏季）进行实际热感觉问卷调查（图11,12）。

冬季发放问卷的主要场所为入口门厅区域，共回收有效问卷89份。其中，67.5%的受试者认为入口门厅有强烈的吹风感，87.5%的受试者认为门厅环境偏冷，80%的受试者认为门厅环境并不舒适。门厅环境的瞬时变化主要由入口冷空气渗透引起，这也是使用者产生不舒适感的主要因素。

5 冬夏两季典型日各楼层平均空气温度

6 冬夏两季空气渗透位置及室内平均温度分布

夏季发放问卷的主要场所为各楼层公共活动区域，共回收有效问卷418份。其中，60%的受试者认为低楼层热环境较为舒适，有相近比例的室内人员认为高楼层环境不舒适。在吹风感方面，低楼层的室内人员比例要高于高楼层比例，根据室内的风速测量结果，除出入口区域外，各楼层并没有太大差异。因此，引起低楼层室内人员吹风感的原因可能是相对偏低的温度所造成的偏差。在热感觉方面，结果显示57.9%的室内人员认为高楼层室内环境偏热，而这一结果在低楼层仅为12.7%。

7 首层出入口

4 优化策略总结

针对大型综合体存在的空气渗透现象，根据以上实测及调研结果，笔者提出以下优化策略。

（1）冬季各出入口空间存在明显的空气渗透现象。室外冷空气大量进入室内，在入口区域形成低温环境及强烈的吹风感，对室内人员及周边商铺造成影响，增加采暖能耗。建议在出入口门斗现有基础上，改善门厅阻风措施并管理门扇开启，如采用多门斗和密闭性较好的门扇，不仅可以缓解冬季冷空气渗透问题，还能改善夏季室内凉空气外流和屋顶出入口空气渗透问题。

（2）夏季楼层间垂直温差较大。在改善底层出入口的同时，需对屋面出入口采用类似的方式，减少外部热空气渗透。同时，应充分考虑夏季屋面外遮阳设计，以减少屋面及中庭透光天窗部分的太阳辐射，缓解室内垂直方向的温差，改善高楼层区域的舒适问题，减少夏季制冷能耗。

（3）餐饮商铺在高峰运行期间因补风设备使用较少，加剧了商业综合体内部的空气渗透问题。因此，需要更合理地考虑补风装置和排烟系统的运行，避免大规模排风对商业综合体内部渗风问题的影响。

（4）高大的中庭有着较好的内部空间效果，但通高空间一定程度上也促进了内部空气的快速流通和冷热空气的分层。因此在建筑设计阶段，可以适当设计错层通高中庭，减缓内部空气流通。

上述优化策略不仅为营造大型商业综合体舒适的室内环境及减少能源消耗提供参考，也为其下一步的研究提供了一些基础数据。

8 顶层出入口

9 后厨加工类餐饮商铺

10 现场加工类餐饮商铺

11 冬季热感觉投票调研结果

12 夏季热感觉投票调研结果

图片来源

1-12 作者自绘或自摄

表1作者自绘