封闭阳台对高层住宅自然通风的影响及优化策略研究——以济南地区为例

谢云涛

（山东建筑大学建筑城规学院，山东 济南 250101）

0 引言

随着我国城市化快速发展，城市建设用地日趋紧张以及高昂的地价迫使住区设计朝着高密度、高容积率的方向发展，高层住宅不断涌现。建筑阳台是沟通室内外的重要过渡空间，在满足实用功能及精神和心理需求方面具有重要的作用。CHAND I等[1-4]通过实验研究证明了阳台对建筑表面风压大小和诱导建筑室内通风具有重要影响。研究封闭阳台对高层住宅自然通风的影响对优化户型设计具有重要参考价值。

1 阳台外挑宽度对通风的影响

考虑到结构挑梁的可操作性和结构支撑的安全性，阳台的开间大小一般随其背后的功能房间，但是阳台的外挑宽度会根据阳台的具体使用情况和建筑造型的需要有所变化。受挑梁的受力结构所限，阳台出挑宽度不宜超过1.8m。不同外挑宽度的阳台是否会对室内的自然通风带来不一样的影响，需要进一步模拟研究。

1.1 研究模型的设定

本次模拟研究以济南地区高层住宅为例，选取典型的高层住宅套型，仅控制改变阳台外挑宽度来研究阳台对高层住宅室内自然通风的影响。选取的高层住宅套型标准层平面如图1所示，图中线框圈示的为所选模拟户型。以建筑模型第3，6，9层所选户型阳台宽度1.3m为基础，分别设计6组不同外挑宽度的数据进行模拟，依次为 1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8m。实测住宅楼层高2.9m，共18层。阳台的外挑宽度根据本次研究设定作为单一变量具体设计，通过控制其他相关参数一致，来探究阳台外挑宽度对室内自然通风的影响。

图1 住宅套型标准层平面

1.2 模拟分析

研究主要采用CFD模拟的方法，选用通风分析软件Vent2020模拟目标建筑模型室内外的自然通风状况。本次模拟工况采用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中济南地区典型气象年的数据统计。济南属于我国寒冷地区，冬季和过渡季，窗户基本处于密闭状态，但是济南的夏季非常炎热，室内需有良好的自然通风改善热舒适性，所以本次模拟只选取夏季的风向和风速值展开研究。模拟区域的大小会对模拟结果产生直接的影响，本次研究模拟区域参考绿色建筑设计标准中对模拟域的规定和建议，并将室外风环境和室内通风在同一模型中模拟。围绕阳台为研究对象，分别模拟不同外挑宽度下，所模拟户型中室内的自然通风情况，模拟分析如图2所示。

图2 不同外挑宽度的室内平均风速

根据图2统计整理的不同外挑宽度所选模拟层室内平均风速图可得，随着外挑宽度的变化，室内风场环境受影响变化明显，主要体现在室内的风速变化上。模拟数据显示，随着阳台外挑宽度的增大，住宅室内的平均风速经历了先增大再减小的过程。本次模拟的6个样本结果显示，阳台外挑宽度在1.5m时对室内通风效果改善最显著，并且随着外挑宽度从1.5m增大到1.8m，其对室内平均风速的实际影响效果逐渐减弱。综合考虑造价、结构安全和使用感受，在住宅套型设计中阳台外挑宽度选择1.5m，既有利于室内自然通风，又经济适用。在住宅套型设计中，会根据具体情况设置阳台窗户开启扇的位置、大小。为更准确地探究阳台各因素对自然通风的影响，对其逐一进行模拟分析。

2 阳台窗开启扇位置对通风的影响

根据阳台窗开启扇位置的不同，本研究共设置6个案例，研究案例设置如图3所示，窗户填色部位为开启扇设计位置。通过室内平均风速模拟结果可得，当阳台窗开启扇的位置不同时，室内的自然通风效果受到明显影响（见图4）。分析所选择的3个样本层可以知道，在6种开启扇位置中选择A、B点位置时，住宅居室的通风最有利，位置D、E、F次之，在C点时最差，即开启扇的位置在采用正对设计方式时最有利于室内的自然通风，阳台窗开启扇只设置在侧墙开启时最不利于室内的自然通风。此外，模拟数据还显示，开启扇的位置在F点，即采用正面和侧墙同时布置开启扇时，住宅底层区域室内的自然通风效果要优于其他设置类型。

图3 开启扇位置设计示意

图4 不同开启扇位置室内平均风速

3 阳台窗开启扇尺寸对通风的影响

以所选模型的第9层为例，仅通过改变阳台窗开启扇尺寸大小探究其对室内通风的影响。本次模拟模型起居室和阳台的面积总和为23.72m2，阳台窗宽为2.7m，窗高为1.5m，窗台高0.9m，窗户总面积为4.05m2，根据GB 50096—2011《住宅设计规范》中阳台的自然通风开口面积不应小于采用自然通风的房间和阳台地板面积总和的1/20的要求，本次模拟模型最小的开口面积应为1.19m2，约占窗户面积的30%。以所选户型阳台窗开口面积占窗户总面积的30%为基础，设计4组不同的数据进行模拟，依次为开口面积占总窗户面积的30%、35%、40%和45%。

通过不同阳台窗开启扇大小室内平均风速结果可得，随着阳台窗开启扇面积的增加，住宅室内的平均风速逐渐增大，室内的自然通风效果逐渐提高（见图5）。

图5 不同开启扇位置室内平均风速

4 优化策略及建议

在住宅套型设计时，阳台外挑宽度的尺度选择十分重要，进深过小不实用，通风效果也会受限制，进深过大又会增加结构成本，按照前文的模拟结果，阳台外挑宽度设计成1.5m，是比较经济实用的选择。同等外部条件下，阳台窗开启扇的位置应正对平行后边的使用房间，尽量避免只采用只能在侧边开启的方式，因为该方式不利于室内的空气对流，有碍于穿堂风的形成。另外，在高层住宅阳台的设计中，阳台窗开启扇的大小在满足规范要求的条件下可适当增加，合理增加开启扇面积，有助于提高住宅室内的平均风速，改善室内的自然通风效果。

5 结语

随着时代发展，新时代的城市住宅设计越来越精细，而阳台作为功能性的建筑构件也越来越受到重视。合理的阳台设计不仅给居民提供舒适的使用空间，还能调节室内的物理环境，如提高室内的自然通风能力。阳台外挑宽度、窗户开启扇的位置、尺寸都对室内的自然通风产生重要影响。本次以济南地区为例的模拟研究对研究室内通风具有借鉴意义，对优化住宅套型设计起到指导作用。