广州内廊式保障性住房户间公共空间自然通风优化研究

李紫嫣， 杜宏武

（华南理工大学建筑学院）

1 引言

住宅的自然通风是改善室内外空气品质最健康的方式，在现代空调设备普遍存在的今天，通过加强自然通风来保障舒适度达到人们所需要的范围仍有重要意义，尤其是在广州等湿热环境下自然通风对于改善室内品质的意义更为重大。但现有的住宅相关的规范中对于自然通风和空气品质的规定仍很宽泛且地域针对性不强，且随着生活水平的提高，标准也需要有所提高。保障房由于其居住者在支付和使用能力上有限，其开发不能大规模地依赖设备去改善居住环境，通过设计充分利用自然通风是性价比最高的选择，户间公共空间是保障房中人员密集停留和经过的场所，由于户数过多，更容易造成品质低下等亚健康问题，本研究以广州市芳和小区为例，对影响公共空间自然通风状况的多种因素进行比较研究，从而探索保障性住房公共空间自然通风的优化策略。

2 研究工况设定和CFD模拟设置

2.1 研究对象和工况设置

广州市芳和小区是整个小区全部为保障房的大型小区。本研究选取其L 型标准层平面进行研究，此平面为内廊式公共空间串联起16户，东侧为交通核心筒，此L 型户型平面内廊长度东西向45.7m，内廊宽度1.4m。本研究将从标准层户数、开口布局和开口间距3 个方面共设置有3 组工况。比较研究除研究变量外具有相同的外部条件。本研究在建立户型模型时，对实际建筑进行了一定的简化。

2.2 CFD模拟设置

本研究选择常用的通风模拟软件——PHOENICS进行研究。研究中的网格划分和模拟边界设置参考相关绿色建筑标准[1]和前人总结的经验[2]。网格划分：室内模拟区以0.1×0.1×0.1m均匀网格距离进行设置。根据所要研究的对象不同，本研究湍流计算模型选择标准k-ε模型。已有研究表明，在过渡季热压的影响下室外温度较低的空气可通过自然通风带走室内的热量[3]，自然通风潜力更大。本研究实验对象位于广州，模拟时间选为过渡季节的4月17日15:00，风速为1.5m/s,风向为东南。

2.3 评价指标选取

对于室内，有关标准[4]规定：广东省室内主流区的风速应在0.3m/s～1.7m/s之间，另有文献认为室内的通风质量和室内准静风区分布有关，即风速小于0.5m/s 的区域[5]，因此将风速在0.5m/s～1.7m/s 区间内的区域定义为室内舒适风速区，其与户间公共空间面积之比为室内舒适风速区占比。空气龄是指空气进入房间某一点的时间，空气龄越短则该区域自然通风越通畅，依据广东省标准室内平均空气龄宜不超过360s。人的平均身高在站立状态下所对应的呼吸高度为1.5m，所以本研究在评价室外通风状态时，选取距地1.5m 的风速、室内舒适风速区占比和空气龄进行研究。

3 基于CFD 模拟的自然通风状况比较研究

通过PHOENICS 软件进行模拟计算，获得各工况距地1.5m 的风速和空气龄模拟结果（见表1、表2）。对以上3种工况的风速和空气龄数值进行数据提取和分析，得到风速、空气龄和舒适区间的比较数据（见图1、图2）。

图2 最大/平均空气龄

表1 风速云图

表2 空气龄云图

3.1 标准层户数分析

标准层户数过多是保障性住房的典型特征，由此造成的长内廊和局部封闭空间使得空气无法有效交换。在开口状态相同的情况下，对16 户（I-A）、14户（I-B）、12 户（I-C）三种情况进行比较研究。三个工况均在东侧拐角处和西侧走廊尽头形成了静风区，内廊中部风场基本分布一致，最大和平均风速相差不大，但平均风速0.41m/s 不在舒适风速区的范围，舒适风速区占比I-A 到I-B 变化不大，但I-C 变化加大。图2可以看出平均空气龄由I-A向I-C几乎等值减少，I-A 的最大空气龄109s 显著高于I-B 和I-C。综合以上分析可得出，长内廊的布局和迎风侧无进风口使得三种户数状况下自然通风的状况均不乐观。由16户减少到14户虽空气龄状况降低，但风场状况和风速舒适区的改善较小，当降低至12 户时，舒适风速区间显著变大且空气龄降低，自然通风状况显著改善。

3.2 开口布局分析

长内廊的户间公共空间往往设置有多个开口，这些开口之间的相对位置会影响到室内空气流动组织。模拟在现有平面的基础上增设一个迎风面开口来完成比较研究：Ⅱ-A 为长距离错位布置，Ⅱ-B 为短距离错位布置，Ⅲ-C 为正对直线布置。由表1 可以看出风场分布的均匀程度是Ⅱ-C＞Ⅱ-A＞Ⅱ-B，Ⅱ-C在东西向内廊形成了穿堂风，Ⅱ-A 在东西向内廊和南北向内廊均形成了转角流通风，Ⅱ-B 仅在南北向内廊形成了转角流通风，Ⅱ-A和Ⅱ-C的平均风速和舒适风速区间都相差不大，都显著高于Ⅱ-B，Ⅱ-A 的最大风速达到了2.7m/s，略高于Ⅱ-C的2.43m/s，远高于Ⅲ-B的2.07m/s，Ⅱ-B西侧出现了较大空气龄区域，平均空气龄为40s，比Ⅱ-A和Ⅱ-C高出了15s。综合以上得出长内廊式户间公共空间中，多个开口之间形成远距离直线或错位布局比相邻布局形成的空气流动影响面更广，风场更均匀，并能有效加速室内自然通风换气速度。

3.3 开口间距分析

室内是否有开口决定了室外空气能否进入到室内实现室内外空气交换，这是实现自然通风的基础条件。对于长内廊型的公共空间，间隔多远设置一个开口能在改善自然通风和经济效益中取得新平衡是本模拟的研究目的。Ⅲ-A为间隔约7个户型单元设置开口，Ⅲ-B为间隔约4个户型单元，Ⅲ-C为间隔2-4个户型。由图1可知3个工况的最大和平均风速相差不大，但Ⅲ-A的风速分布更为均匀，Ⅲ-B和Ⅲ-C在新增的开口处都会出现局部的高风速区和涡流区，但从图1可以看出Ⅲ-A的舒适风速区间最小，Ⅲ-B和Ⅲ-C的最大空气龄分别比Ⅲ-A小25s和30s，且空气龄分布图中均没有了高空气龄区间，工况Ⅲ-C由于开口间距小，容易出现相邻开口之间气流紊乱的现象，因此Ⅲ-B中的间隔4个开间左右即22.8m左右设置一个开口更能稳定提高整体通风换气次数。

4 结语

本文从3个方面总结出3项设计优化策略。

①适当降低标准层户数可以改善内廊型户间公共空间的自然通风，对于盛行风向迎风面公共空间无开口的户型平面，16 户和14 户自然通风条件较差，降低至12户能获得较为良好的自然通风。

②内廊公共空间有多个开口时，使几个开口之间形成远距离的直线或错位布局比相邻布局能形成影响面更广的空气流动。

③单个户型开间为5.7m左右的长内廊中，间隔4 个开间新增的一个开口可改善相邻8 户的入户处的空气品质，同时还能增加采光的舒适性。

对于保障性住房来说，在健康绿色住宅发展的新阶段，研究和优化影响公共空间自然通风相关指标能有助于淘汰一些不再适用的类型，同时为提高居住品质和安全提供新的参考标准。

资料来源：文中所有图片均为作者绘制或模拟计算结果。