宋修教，張 悅，程曉喜，黃獻(xiàn)明，連 璐，賀秋時(shí)，林奕瑩

引言

優(yōu)良的建筑自然通風(fēng)有利于室內(nèi)污濁氣體與室外新鮮空氣的置換，有利于過熱季節(jié)的通風(fēng)降溫，進(jìn)而提升人的體感舒適度，增進(jìn)人與自然的融入感。近年來，隨著“經(jīng)濟(jì)、適用、綠色、美觀”八字建設(shè)方針、“雙碳”目標(biāo)的提出和兩辦聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》1），建筑行業(yè)的“綠色”也越來越受到重視。如何回歸以建筑設(shè)計(jì)、而非全靠設(shè)備技術(shù)的手段改善室內(nèi)自然通風(fēng)條件成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。從建筑師做方案設(shè)計(jì)的流程來看，建筑的場(chǎng)地布局、組合方式、外觀形態(tài)、室內(nèi)劃分等環(huán)節(jié)均可對(duì)建筑的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生影響，而平面劃分對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的影響最為直接。

1 國(guó)內(nèi)外研究趨勢(shì)綜述與本研究定位

1.1 室內(nèi)通風(fēng)與內(nèi)部空間分隔的相關(guān)研究聚焦于中庭

既往有關(guān)建筑室內(nèi)空間設(shè)計(jì)與自然通風(fēng)性能的研究多集中在影響熱壓通風(fēng)的中庭研究如單中庭形態(tài)、多中庭組合、中庭與邊庭結(jié)合應(yīng)用、中庭進(jìn)出風(fēng)口尺度等。如肖毅強(qiáng)等研究了濕熱地區(qū)有利通風(fēng)的中庭側(cè)庭組合方式、進(jìn)出風(fēng)口大小和位置對(duì)自然通風(fēng)降溫效果的影響[1]，鄧孟仁等研究了超高層塔樓的腔體高度、進(jìn)出風(fēng)口大小和位置對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響[2]，李浩達(dá)研究了有利于中庭自然通風(fēng)的平面剖面形態(tài)及組合方式[3]，Andrew Acred等研究了多層建筑的中庭煙囪通風(fēng)的一種無量綱設(shè)計(jì)方法[4]。但對(duì)影響風(fēng)壓通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)層平面空間劃分要素如平面選型、平面組織方式及墻體分隔疏密程度等研究不足。

本研究選取高層辦公樓的單一標(biāo)準(zhǔn)層平面為研究對(duì)象，過濾掉中庭熱壓拔風(fēng)的影響，構(gòu)建了內(nèi)部平面規(guī)律變化的模型矩陣，觀察風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)下平面分隔對(duì)室內(nèi)通風(fēng)的影響。

1.2 室內(nèi)通風(fēng)與平面分隔的相關(guān)研究不足

已有的有關(guān)平面分隔影響通風(fēng)的研究，多為建環(huán)科學(xué)家對(duì)住宅既有平面方案的優(yōu)化調(diào)整或?qū)?jiǎn)化模型的精確模擬，建筑學(xué)領(lǐng)域的研究較少、且多為對(duì)平面分隔的模式類型化歸納。如張雪琳研究比較了采用幾個(gè)小短墻替代一個(gè)總長(zhǎng)度一致的較長(zhǎng)墻對(duì)風(fēng)壓通風(fēng)的不同影響[5]，此研究搭建了理想化的單房間模型來開展，結(jié)論精確但對(duì)指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)意義不大。李曉東[6]按照《建筑空間組合論》[7]中對(duì)公共建筑布局手法的論述，將“一”字型平面分為單廊式、雙廊式兩種模式分別模擬、比較結(jié)果，抓住了平面組織模式這一風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)下的關(guān)鍵因子，但忽視了同一平面組織模式下墻體劃分疏密度的影響。

本研究嘗試采用內(nèi)墻分隔疏密度2）規(guī)律變化的標(biāo)準(zhǔn)層平面模型來模擬，以期得到平面分隔度影響室內(nèi)通風(fēng)的更細(xì)致描述。

1.3 外窗開啟洞口與平面分隔對(duì)通風(fēng)性能的協(xié)同影響研究缺失

外窗洞口作為氣流傳導(dǎo)的關(guān)鍵路徑，相關(guān)研究較為豐富，主要研究對(duì)象為開窗面積、開窗位置、開窗方式、開窗角度、開啟時(shí)段等。如Arka A M等在其對(duì)房間通風(fēng)模擬建模中關(guān)注了外窗可開啟扇洞口與外墻面積比這個(gè)要素[8]，Melaragno研究了開窗位置對(duì)房間內(nèi)空氣流動(dòng)路線的影響[9]，劉慶分析了推拉窗這一開窗方式的有效面積折算和阻力特性[10]，Givoni研究發(fā)現(xiàn)垂直于主導(dǎo)風(fēng)向變化45°不會(huì)明顯減少通風(fēng)效果[11]，朱新榮等分析了夜間通風(fēng)建筑的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)、進(jìn)行了靈敏度和匹配關(guān)系研究[12]。但有關(guān)外窗開啟扇變化與標(biāo)準(zhǔn)層平面分隔變化同時(shí)作用于室內(nèi)通風(fēng)的研究目前還幾乎處于空白。風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)下的平面通風(fēng)是一個(gè)由外窗流入、經(jīng)由室內(nèi)墻體分隔的房間、穿過門洞、由另一側(cè)外窗流出的連續(xù)過程，門窗洞口的設(shè)置對(duì)研究標(biāo)準(zhǔn)層室內(nèi)墻體分隔的建模影響較大。

本研究將每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層模型都置于不同外窗開啟扇洞口面積比3）下進(jìn)行了模擬，以期觀察窗洞比與分隔度對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)的協(xié)同影響。

1.4 本研究定位

綜上，本研究從建筑師控制形體空間的視角出發(fā)，設(shè)計(jì)分隔度規(guī)律變化的標(biāo)準(zhǔn)層模型矩陣，觀察模型矩陣在不同窗洞比下的自然通風(fēng)表現(xiàn)。以期得到分隔度對(duì)室內(nèi)通風(fēng)的影響規(guī)律，及這一規(guī)律在不同窗洞比下的具體呈現(xiàn)。

2 平面分隔建模設(shè)計(jì)與風(fēng)環(huán)境模擬評(píng)價(jià)參數(shù)選擇

2.1 建筑師視角下的平面分隔模型設(shè)計(jì)

本研究嘗試建立基于建筑師視角下的平面分隔模型矩陣。筆者對(duì)近年來建筑師參與較多的綠色公共建筑項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)研，對(duì)《建筑設(shè)計(jì)資料集（第三版）第3分冊(cè) 辦公·金融·司法·廣電·郵政》[13]中的辦公建筑、教學(xué)建筑等平面進(jìn)行了歸納，嘗試構(gòu)建一組標(biāo)準(zhǔn)層面積相同的模型矩陣。以不同進(jìn)深、不同分隔度、不同窗洞比的標(biāo)準(zhǔn)層模型作為風(fēng)環(huán)境模擬的研究對(duì)象，觀察各平面模型的通風(fēng)性能表現(xiàn)。

控制各固定條件為：標(biāo)準(zhǔn)層面積為2500m24）、[14]63，使用系數(shù)5）為0.75，則實(shí)用面積約為1875m2；柱跨為9m，面寬均為奇數(shù)跨6）；建筑高度為50m7）、[14]57，首層層高4.8m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2m，共計(jì)11層，屋頂設(shè)備層3.2m。

各可變條件為：（1）建筑進(jìn)深。依據(jù)案例歸納為圖1自上至下的5組，變化規(guī)律為進(jìn)深依次增大，分別為2跨、3跨、4跨、5跨。根據(jù)對(duì)資料集相關(guān)案例的歸納，各進(jìn)深平面的核心筒布置模式依次呈現(xiàn)為多核心筒沿面寬依次布置、雙核心筒分置兩端、扁長(zhǎng)單核心筒居中、方形單核心筒居中（或多核心筒分散至四角）。（2）分隔度。依據(jù)案例歸納為圖 1自左至右的4列，分別基于開敞辦公、大開間辦公、較大房間辦公、小隔間辦公4種辦公室劃分模式構(gòu)建分隔度的變化顆粒度。（3）窗洞比。依據(jù)各設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)外窗開啟扇的相關(guān)規(guī)定及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，控制窗洞比依次為1%8）、[15]、2%9）、[16]、3.5%10）、5%11）、[17]、8%12）、[18]。

圖1 進(jìn)深不同、室內(nèi)平面分隔度連續(xù)變化的標(biāo)準(zhǔn)層平面模型矩陣

2.2 風(fēng)環(huán)境模擬條件設(shè)置及指標(biāo)評(píng)價(jià)

在算法及軟件選取上，選用綠色建筑風(fēng)環(huán)境模擬分析軟件PKPM-CFD（V3.2）的室內(nèi)風(fēng)模塊。該軟件為基于英國(guó)OPENFOAM內(nèi)核二次開發(fā)的國(guó)產(chǎn)軟件，實(shí)現(xiàn)了基于AUTOCAD開發(fā)的國(guó)產(chǎn)插件天正T20等各版本所建模型的一鍵導(dǎo)入、識(shí)別，相比傳統(tǒng)風(fēng)模擬軟件建模效率有所提高。軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)委托第三方搭建風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將?shí)測(cè)結(jié)果與同一模型在PKPM-CFD軟件的模擬結(jié)果相比對(duì)，得到綜合平均誤差為10.18%，準(zhǔn)確性良好13）。

在邊界條件（初始風(fēng)況）參數(shù)上，因文獻(xiàn)[19]已論證建筑朝向或風(fēng)來向?qū)νL(fēng)性能影響不明顯，本研究忽略朝向因素，所有模型選取與標(biāo)準(zhǔn)層平面面寬向呈45°夾角的方向?yàn)槌跏硷L(fēng)向；根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》[20]中對(duì)我國(guó)四個(gè)典型氣候區(qū)代表城市哈爾濱、北京、上海、深圳的典型年的過渡季—夏季逐時(shí)風(fēng)速統(tǒng)計(jì)，選取3m/s作為初始風(fēng)速。所用湍流模型、計(jì)算算法為標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型14）。

在研究對(duì)象選取上，在控制模擬工作量可接受的范圍內(nèi)選取進(jìn)深變化最具代表性的圖 1中A1～A4、C1～C4、D1～D4，這3組為模擬對(duì)象；每個(gè)模型均分別按5種窗洞比模擬，共進(jìn)行60次模擬。

在模擬參數(shù)設(shè)置上，主要依據(jù)為《民用綠色建筑性能計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T449-2018》[21]。模型高度為標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2m，計(jì)算域設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸的3倍，在63m至357m之間波動(dòng)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的“流入端距離5H，流出端距離10H”；網(wǎng)格設(shè)定過小會(huì)延長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間，過大則不夠精確，因本模型中所有構(gòu)件的最小尺寸為墻體厚度200mm，設(shè)定最小網(wǎng)格尺寸為200mm，即可識(shí)別所有構(gòu)件；設(shè)定最大網(wǎng)格為800mm，背景網(wǎng)格尺寸為2400mm，網(wǎng)格過渡比為1.3，于模型元素密集處自動(dòng)加密，總網(wǎng)格數(shù)在100萬左右，滿足規(guī)范要求的“形狀規(guī)整的建筑網(wǎng)格過渡比不宜大于1.5”。設(shè)定收斂精度為0.0001，迭代步數(shù)為500次，計(jì)算達(dá)到收斂即停止，在保證精確度同時(shí)控制模擬時(shí)間在可接受范圍內(nèi)。在評(píng)價(jià)指標(biāo)上，主要參考《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2019》[15]12，當(dāng)中對(duì)室內(nèi)通風(fēng)性能的相關(guān)要求為“公共建筑在過渡季典型工況下主要功能房間平均自然通風(fēng)換氣次數(shù)不小于2次/h的面積比例達(dá)到70%，得5分，每再增加10%，多得1分，最高得8分”?？梢?，對(duì)單個(gè)房間，換氣次數(shù)15）、[22，23]為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

通常可定義“標(biāo)準(zhǔn)層平均換氣次數(shù)”為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)所有房間的通風(fēng)性能優(yōu)劣的指標(biāo)，為“單位時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)層的所有房間通風(fēng)量之和與標(biāo)準(zhǔn)層體積之比×100%”，單位為“次/小時(shí)”。計(jì)算公式為：標(biāo)準(zhǔn)層平均換氣次數(shù)n= 所有房間的通風(fēng)量之和/ 標(biāo)準(zhǔn)層各房間體積之和×100% 。

但這一指標(biāo)有缺陷，本研究嘗試提出“標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)”為評(píng)價(jià)指標(biāo)（以下正文簡(jiǎn)稱“換氣次數(shù)”）。傳統(tǒng)的換氣次數(shù)概念中，非迎風(fēng)側(cè)房間所統(tǒng)計(jì)的“通風(fēng)量”絕大部分為從迎風(fēng)側(cè)房間（或經(jīng)由走廊等空間）流入的重復(fù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。室外新風(fēng)流經(jīng)室內(nèi)后，其通風(fēng)降溫效果、改善空氣質(zhì)量的能力均下降，籠統(tǒng)地將這部分通風(fēng)量計(jì)入其中，并不能準(zhǔn)確表征標(biāo)準(zhǔn)層整體的通風(fēng)性能優(yōu)劣。因而本研究嘗試提出“標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)”為評(píng)價(jià)指標(biāo)，定義為“單位時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)層的所有房間新風(fēng)量之和與標(biāo)準(zhǔn)層體積之比”，單位為“次/小時(shí)”，此處“所有房間新風(fēng)量之和”即迎風(fēng)側(cè)房間通風(fēng)量之和。標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)的計(jì)算公式為：標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)N= 迎風(fēng)側(cè)房間的通風(fēng)量之和/ 標(biāo)準(zhǔn)層各房間體積之×100% 。

3 模擬結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 風(fēng)速云圖及數(shù)值觀察

經(jīng)軟件模擬，得到如表1、表2、表316）三組結(jié)果。三個(gè)表分別呈現(xiàn)長(zhǎng)條狀板樓標(biāo)準(zhǔn)層平面、矩形塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面、方形塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面在不同分隔度、不同窗洞比下的換氣次數(shù)及風(fēng)速云圖。呈現(xiàn)如下特征：

表1 長(zhǎng)條狀板樓標(biāo)準(zhǔn)層平面（A1～A4）在不同內(nèi)墻分隔疏密度下的新風(fēng)換氣次數(shù)及風(fēng)速云圖統(tǒng)計(jì)表

表2 矩形塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面（C1～C4）在不同內(nèi)墻分隔疏密度下的新風(fēng)換氣次數(shù)及風(fēng)速云圖統(tǒng)計(jì)表

表3 方形塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面（D1～D4）在不同內(nèi)墻分隔疏密度下的新風(fēng)換氣次數(shù)及風(fēng)速云圖統(tǒng)計(jì)表

（1）內(nèi)走廊處呈現(xiàn)高亮，這表明內(nèi)走廊風(fēng)速較其它房間風(fēng)速大。分析其原因?yàn)?，?nèi)走廊不臨外窗，流經(jīng)內(nèi)走廊的風(fēng)量均為迎風(fēng)側(cè)房間流入，流出至背風(fēng)側(cè)房間。內(nèi)走廊的風(fēng)流量與迎風(fēng)側(cè)房間、背風(fēng)側(cè)房間均等，但其總體積遠(yuǎn)小于迎風(fēng)側(cè)房間、背風(fēng)側(cè)房間且為窄長(zhǎng)條空間，因而風(fēng)在內(nèi)走廊處快速通過，風(fēng)速大。

（2）各房間外窗開啟扇洞口處至門洞處呈現(xiàn)高亮但周圍區(qū)域亮度低，這表明各房間風(fēng)速分布不均、門窗洞口連線區(qū)域風(fēng)速快但其余區(qū)域風(fēng)速低。分析其原因?yàn)?，模擬中將各模型的門窗開啟扇簡(jiǎn)化為洞口，缺少了風(fēng)流入、流出兩端的干擾；建模過程中省略了房間內(nèi)家具布置、人員分布等對(duì)風(fēng)流經(jīng)房間的干擾。

（3）從左至右觀察各行5個(gè)云圖及數(shù)值，隨著窗洞比遞增，云圖逐個(gè)變亮、數(shù)值逐個(gè)增大，這點(diǎn)與常識(shí)相符。

（4）從上到下觀察各列4個(gè)云圖及數(shù)值，隨著分隔度遞增，云圖及數(shù)值皆未均勻變化，而是表現(xiàn)為有隔墻的3個(gè)相近、無隔墻的1個(gè)區(qū)別大。對(duì)比風(fēng)速云圖，無隔墻平面相較有隔墻平面風(fēng)速更均勻、風(fēng)向更穩(wěn)定，這表明隔墻對(duì)室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)的影響較大。分析其原因?yàn)?，?duì)無隔墻平面而言，間隔均質(zhì)的水平長(zhǎng)窗開啟扇可近似看作水平線形進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口，氣流分布均勻、穩(wěn)定，亮部圖像呈現(xiàn)由風(fēng)來向到對(duì)向的連續(xù)面；對(duì)有隔墻平面特別是小隔間平面而言，單個(gè)開啟扇和門洞近似作為點(diǎn)式進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口，氣流分布受門窗位置影響較大，亮部圖像呈現(xiàn)為各房間連接進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口的多條線。對(duì)比換氣次數(shù)的數(shù)值，亦呈現(xiàn)有無隔墻的區(qū)別，具體在3.4討論。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)隨進(jìn)深增大而降低

觀察窗洞比、分隔度都不變情況下，換氣次數(shù)隨進(jìn)深變化的趨勢(shì)：分別比較3個(gè)表的同一位置的3個(gè)數(shù)據(jù)換氣次數(shù)的變化，例如3個(gè)表左上角的數(shù)值分別為1.69次/時(shí)、1.32次/時(shí)、1.25次/時(shí)，數(shù)值依次變??；同樣地，分別比較其余15個(gè)位置的數(shù)值，結(jié)果均依次變小。

以上比較方法細(xì)致但較繁瑣。選取3個(gè)表的同一列上4個(gè)數(shù)值求平均值，以表征在過濾掉分隔度的干擾時(shí)，同一窗洞比下進(jìn)深對(duì)換氣次數(shù)的影響，如圖 2所示，5條折線均呈現(xiàn)換氣次數(shù)隨進(jìn)深增大而減小的趨勢(shì)。

由此可見，進(jìn)深對(duì)換氣次數(shù)影響明顯；標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)深越小，換氣次數(shù)越大，自然通風(fēng)換氣性能越好。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)隨外窗開啟扇洞口面積比增大而增加

窗洞比對(duì)換氣次數(shù)影響明顯。如圖 2所示，在過濾掉分隔度的干擾時(shí)，窗洞比較大的折線位于窗洞比較小的折線之上，表明窗洞比大的標(biāo)準(zhǔn)層換氣次數(shù)大于窗洞比小的標(biāo)準(zhǔn)層。

圖2 不同窗洞比下?lián)Q氣次數(shù)隨進(jìn)深變化折線圖

由此可見，窗洞比對(duì)換氣次數(shù)影響明顯；窗洞比越大，換氣次數(shù)越大，自然通風(fēng)換氣性能越好。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)層新風(fēng)換氣次數(shù)與內(nèi)墻分隔疏密度無關(guān)，與有無分隔相關(guān)、且以2.5%的外窗開啟扇洞口面積比為臨界點(diǎn)呈差異化表現(xiàn)

觀察三個(gè)表的縱向共15列數(shù)值以分析分隔度變化對(duì)換氣次數(shù)的影響。以表 2的5列數(shù)值為例，每一列數(shù)值代表同一標(biāo)準(zhǔn)層在同一窗洞比下隨分隔度變化的換氣次數(shù)，自上而下分隔度遞增?？傻玫揭韵乱?guī)律：

規(guī)律一，C1與C2～417）結(jié)果有較大差值而C2～4三個(gè)數(shù)值差異較小，表 1、表 3的另10列數(shù)據(jù)亦呈現(xiàn)此規(guī)律18）。這表明室內(nèi)有無分隔對(duì)換氣次數(shù)影響明顯，而分隔度變化對(duì)換氣次數(shù)影響不明顯19）。

規(guī)律二，窗洞比為1%時(shí)C2～4的數(shù)值明顯高于C1，窗洞比為2%時(shí)C2～4的數(shù)值略高于C1，窗洞比為3.5%時(shí)C2～4的數(shù)值略低于C1，窗洞比為5%、8%時(shí)C2～4的數(shù)值明顯低于C1?？煽吹?，隨著窗洞比遞增，兩組數(shù)值呈現(xiàn)大小關(guān)系的轉(zhuǎn)變，且存在一個(gè)窗洞比值是分隔度影響換氣次數(shù)規(guī)律的變化臨界點(diǎn)，觀察表 1表 3的另10列數(shù)據(jù)亦呈現(xiàn)此規(guī)律。為探尋臨界點(diǎn)數(shù)值，繪制換氣次數(shù)隨窗洞比漸變的折線圖，如圖 3所示，可得此臨界值約為2.5%，且不隨進(jìn)深變化而變動(dòng)。

綜上，可得結(jié)論：（1）同一內(nèi)部空間組織模式下，標(biāo)準(zhǔn)層的分隔度變化對(duì)換氣次數(shù)影響不明顯。（2）標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)有無分隔對(duì)換氣次數(shù)影響明顯，且以窗洞比2.5%為臨界值，呈現(xiàn)差異化表現(xiàn)：當(dāng)窗洞比小于2.5%時(shí)，有分隔的換氣次數(shù)大于無分隔；當(dāng)窗洞比大于2.5%時(shí)，有分隔的換氣次數(shù)小于無分隔；當(dāng)窗洞比為2.5%時(shí)，有無分隔的換氣次數(shù)趨近。

4 結(jié)論與設(shè)計(jì)策略

本研究通過構(gòu)建分隔度精細(xì)變化的標(biāo)準(zhǔn)層模型矩陣，綜合考慮窗洞比的影響，得出如下結(jié)論：

（1）控制進(jìn)深不要過大，有利于改善自然通風(fēng)換氣性能

當(dāng)建筑為單廊或雙廊的條狀體量、進(jìn)深控制在20m之內(nèi)，有利于通風(fēng)換氣；當(dāng)建筑為厚板樓或扁長(zhǎng)矩形平面、進(jìn)深在20m至40m之間，可通過調(diào)節(jié)門窗開啟狀態(tài)來進(jìn)一步改善通風(fēng)換氣；當(dāng)建筑為進(jìn)深大于40m的塔樓或超大體量，可設(shè)置的外窗開啟扇受限于外部大風(fēng)，內(nèi)區(qū)需增加機(jī)械通風(fēng)以保證換氣效果。

（2）控制窗洞比不要過小，有利于改善自然通風(fēng)換氣性能

當(dāng)窗洞比為2.5%時(shí)，建筑在門窗全開狀態(tài)下可保證不低于4次/ h的平均換氣次數(shù)，保潔人員保持每小時(shí)門窗全開15min即可使室內(nèi)換氣1次。

依據(jù)窗洞比定義，以本文2.1中的標(biāo)準(zhǔn)層面積2500m2、使用效率0.75的典型高層辦公樓為例，窗洞比2.5%折算得總開啟面積約為46m2。外窗為連續(xù)水平長(zhǎng)窗的情況下，大約每隔4～6扇窗開啟1扇平開窗、或2扇懸窗即可。

（3）平面分隔度對(duì)自然通風(fēng)換氣性能影響不明顯，有無平面分隔影響明顯

當(dāng)窗洞比小于2.5%時(shí)，有平面分隔的隔間設(shè)計(jì)有利通風(fēng)；當(dāng)窗洞比為2.5%時(shí)，有無平面分隔對(duì)通風(fēng)性能影響不明顯；當(dāng)窗洞比大于2.5%時(shí)，無平面分隔的開敞辦公有利通風(fēng)，但應(yīng)注意防止過量通風(fēng)。

致謝：衷心感謝支撐本文的基金項(xiàng)目負(fù)責(zé)人崔愷院士對(duì)本研究的關(guān)心、《南方建筑》雜志審稿專家對(duì)本文的指正、中國(guó)建研院北京構(gòu)力科技有限公司（PKPM）綠色低碳軟件事業(yè)部產(chǎn)品總監(jiān)劉劍濤對(duì)本文所用工具的支持及指導(dǎo)！

圖、表來源

本文圖、表均由宋修教繪制。

注釋

1）2015年12月召開的中央城市工作會(huì)議正式發(fā)布了“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀” 的國(guó)家新時(shí)期建筑方針；2020年9月22日，中國(guó)政府在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”；2021年10月21日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》。

2）本文定義“室內(nèi)墻體分隔疏密度”，以表征在特定標(biāo)準(zhǔn)層平面輪廓中用作劃分房間的墻體分布疏密程度，計(jì)算方法為“內(nèi)隔墻總長(zhǎng)度/標(biāo)準(zhǔn)層實(shí)用地板面積*100%”，無量綱。以下正文簡(jiǎn)稱“分隔度”。

3）本文定義“外窗開啟洞口面積比”，以表征在特定標(biāo)準(zhǔn)層中用作自然通風(fēng)的外窗可開啟扇折算之后的有效面積占外立面面積比例，計(jì)算方法為“開啟有效面積/標(biāo)準(zhǔn)層外立面面積*100%”，無量綱。以下正文簡(jiǎn)稱“窗洞比”。

4）據(jù)2018年新版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50016-2014》第63、64頁(yè)表5.3.1，“一、二級(jí)高層民用建筑防火分區(qū)最大允許建筑面積為1500㎡”，據(jù)表注1，“當(dāng)建筑內(nèi)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，可按表中規(guī)定增加1倍”，即上限為3000㎡。據(jù)第63頁(yè)5.2.4，“當(dāng)建筑物的占地面積總和不大于2500㎡時(shí)，可成組布置”。出于規(guī)范限制及設(shè)計(jì)靈活性，通常標(biāo)準(zhǔn)層面積控制在2500㎡及以下。5）使用系數(shù)，即為標(biāo)準(zhǔn)層平面中去除走廊、樓電梯、廁所、設(shè)備間等公用空間之后的剩余空間與標(biāo)準(zhǔn)層面積的比值。一般為0.72到0.85之間。

6）據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，柱跨為9m或8.4m有利于標(biāo)準(zhǔn)層正投影下方地下車位的排布，因高層建筑結(jié)構(gòu)所需柱徑較大，通常選取9m為柱跨尺寸；標(biāo)準(zhǔn)層面寬為奇數(shù)跨，面寬中部無柱，有利于組織空間。7）通常建筑高度越大，各項(xiàng)建設(shè)條件的限制越嚴(yán)苛。例如《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50016-2014》第57頁(yè)表5.1.1，“建筑高度大于50m的公共建筑為一類建筑”，相應(yīng)的防火要求須按一類建筑實(shí)施。出于土地利用效率及建設(shè)成本綜合考量，高度控制在50m及以下的高層民用建筑較為常見。

8）實(shí)際工程中，為滿足高層民用建筑的防火規(guī)范，可開啟窗扇通常選用內(nèi)平開內(nèi)倒懸窗。內(nèi)平開狀態(tài)面積滿足2%的防火規(guī)范下限要求，但日常采用內(nèi)倒懸窗15°的狀態(tài)來滿足日常通風(fēng)需求，此時(shí)，據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB50378-2019技術(shù)細(xì)則》第55頁(yè)5.2.10【條文說明擴(kuò)展】，“當(dāng)平開門窗、懸窗、翻轉(zhuǎn)窗的最大開啟角度小于45°時(shí)，通風(fēng)開口面積應(yīng)按外窗可開啟面積的1/2計(jì)算”，其有效通風(fēng)面積記作窗扇面積的一半，為1%。

9）實(shí)際工程中，常據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50045-95(2005年版)》中8.2.2“需要排煙的房間/長(zhǎng)度不超過60m的走道可開啟外窗面積不應(yīng)小于2%”取限值2%。

10）因2%至5%之間變化顆粒度較大，取中間值3.5%作為過渡值，構(gòu)建連續(xù)、均勻變化的開窗洞口面積梯度。

11）實(shí)際工程中，常據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50352-2019》第44頁(yè)7.2.2“生活、工作的房間通風(fēng)開口有效面積不應(yīng)小于該房間地面面積的1/20”取限值5%。

12）實(shí)際工程中，常據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2015》第81頁(yè)“如果外窗有效開啟面積不小于鎖在房間地面面積的8%，室內(nèi)大部分區(qū)域基本能達(dá)到熱舒適性水平”取限值8%。

13)風(fēng)洞試驗(yàn)為軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)委托國(guó)家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，以北京市東城區(qū)興化西里小區(qū)某典型住宅為原型按1:8等比例縮小搭建模型，應(yīng)用CO2示蹤氣體衰減法測(cè)量房間內(nèi)CO2濃度變化及分布情況，得到換氣次數(shù)。在軟件中搭建同一模型，所得模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)相比較的綜合平均相對(duì)誤差為10.18%。

14）計(jì)算流體力學(xué)（CFD）針對(duì)某一區(qū)域或房間（計(jì)算領(lǐng)域），建立質(zhì)量、能量及動(dòng)量守恒等基本微分方程，根據(jù)周邊環(huán)境，設(shè)定合理的邊界條件，然后利用劃分的網(wǎng)格，對(duì)微分方程進(jìn)行離散，將微分方程離散為代數(shù)方程，通過迭代求解，得到空氣流動(dòng)狀況。采用CFD對(duì)自然通風(fēng)模擬，主要用于自然通風(fēng)風(fēng)場(chǎng)布局優(yōu)化和室內(nèi)自然通風(fēng)優(yōu)化分析。由于建筑物周圍的流動(dòng)往往是湍流，模擬中常采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型及其它湍流模型方程。涉及到的控制方程主要包括：連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程。

15）換氣次數(shù)=房間送風(fēng)量/房間體積，單位是次/小時(shí)。

16）表1、表2、表3，以下簡(jiǎn)稱“3個(gè)表”。

17）C2、C3、C4,以下簡(jiǎn)稱“C2～4”。

18）綜合觀察3個(gè)表，C2～4、D2～43個(gè)數(shù)據(jù)的差值并不大，但A2～4中A2的數(shù)值跳脫，這與其平面分隔模式的特殊相對(duì)應(yīng)：A3、A4均為走廊橫向貫穿的雙廊式平面，室外自然風(fēng)需經(jīng)由南側(cè)開啟扇流入、穿過南側(cè)房間、流經(jīng)走廊、穿過北側(cè)房間再流出室外，流經(jīng)路線復(fù)雜；A1為室內(nèi)無遮擋的開放式平面，自然風(fēng)暢通無阻；而A2平面作為介于開放式平面與雙廊式平面的“縫合體”，左右兩側(cè)無分隔、中部為雙廊，“過渡式”形態(tài)導(dǎo)致數(shù)值也處于兩者之間。尤以A2的后兩個(gè)數(shù)值表現(xiàn)明顯，前2個(gè)數(shù)值絕對(duì)值較小，易受到統(tǒng)計(jì)誤差的影響。

19）本文的分隔度變化特指建筑師大量采用的常規(guī)平面空間劃分手法。