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厦门地区高层住宅中间户型的室内风环境模拟和分析

更新时间:2009-03-28

1 研究背景

厦门市作为一个海滨城市、现代化国际性港口风景旅游城市,有大量的人口涌入,然而其陆地面积只有1699.39km2。土地资源的稀缺、高容积率的规定以及开发商的利益驱使,使得一梯多户的高层住宅大量出现,以一梯四户居多。其中,北侧户型由于北侧交通空间的阻隔,无法实现南北通透的“穿堂风”模式,往往只能向一侧或者相邻两侧开窗,根据此类户型的通风特点,可以称之为“中间通风户型”。其往往存在室内通风不畅、空气质量差、夏季室温高等缺点,但在现代高层住宅中又大量存在。因此,改善这类户型的自然通风对降低空调的使用率以及改善居住环境具有显著意义。

目前,国内外关于高层住宅通风已有较多的相关研究,如日本大阪大学Kotani等人对带有采光井的高层住宅建筑的自然通风特征进行了分析[1];Priyadarsin 等人研究了在高层住宅中使用热压通风系统促进自然通风的方法[2];针对单侧通风建筑的理论研究,国外也有所涉及,如普渡大学Haojie Wang等提出了一个计算风压驱动下中间通风的经验模型[3];Marcello等人搭建了一个单侧通风建筑的足尺寸实体模型,对其通风效果进行了实测研究[4]。在国内,由于高层住宅的建设量大,关于高层住宅通风的研究也逐渐丰富,如郭飞等关于上海高层住宅自然通风的研究,分析了几种不同类型高层住宅的通风特点及节能效果[5];天津大学杜晓辉等对居住区风环境进行了分析[6];华南理工大学唐毅等使用CFD模拟的方法对某居住区的风环境进行了研究[7];湖南大学邓巧林对带有中庭的高层住宅进行了理论和实测研究,分析了影响其自然通风的各个因素并建立了理论模型[8]。以上的研究往往偏于理论,或者较为笼统,缺乏针对中间通风户型通风策略的比较分析,特别是对于气候炎热潮湿的厦门地区,有必要根据其具体的气候条件,比较分析中间户型风环境的优劣形式,得出改善其自然通风的设计策略。

2 研究方法

研究主要采用了CFD模拟的方法,选取数值模拟软件Phoenics进行模拟分析。

2.1 研究模型的设定

研究选取厦门地区具有中间通风户型的高层住宅作为模拟对象。不同建筑高度下室内风环境改善效果虽有所差异,但其规律类似[9],考虑到国家对高层住宅的定义和规范要求,以及模拟的便利性和直观性,本研究将模型层数设定为20层,层高3m,窗大小1.5m×1.8m(窗默认全开敞状态),不同研究类型的户型有不同的设置方法。

2.2 参数设置

(1)模拟工况

本模拟工况采用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中厦门地区典型气象年的数据统计(表1)。其中,平均风速对应的风向为主导风向。厦门湿冷的冬季风会给室内的舒适度造成不利的影响,一般情况下,窗户均处于紧闭状态,故具体模拟只取过渡季和夏季的风向和风速值。

(2)计算模拟区域的设定

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(1)南向风的情况

首先,运用大数据技术进行筹资管理和控制。筹资对于企业生产和经营规模的扩大具有重要的意义,但是筹资也会给企业的经营带来一定的财务风险,而运用大数据技术可以在一定程度上降低这种风险。通过大数据技术可以收集到更多的筹资信息,扭转在筹资中过度依赖借贷资金的模式,使得筹资渠道得到拓展。通过利用数据信息平台进行资本市场信息的收集,再进行深入的数据挖掘和数据分析,从而为企业通过债转股、重组合并等方式进行筹资提供科学的依据,使得企业的财务决策更加科学化,提高财务内控管理的效果。

图3表明:在南向风情况下,设有非封闭内天井户型的室内风速明显高于没有内天井的室内风速,说明增加内天井可以明显增加室内风速。

图3中H4户型的底层住户室内出现了风急速增大和减小的情况,结合图5的H4剖面图可以得出:封闭内天井的存在几乎没有改善的情况,这是由于在东南向风的情况下,风不再垂直吹向建筑,而是通过南向窗户吹向西侧墙体,在室内形成了一个较为稳定的环流;顶部出现风速增大的情况是由于顶部的风压差引起的。

①梯度风按照常规取值,参考高度取10m。根据日本建筑协会AIJ建议的5种不同的地况分类,粗糙指数取0.2[13]

②采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程及k-ε闭合模式 (RANS equations with k-εturbulence closure)湍流模型进行风环境的模拟。

(2)东南向风的情况

(4)模拟结果对比方法

依据2.2节交点轴线T-Map的创建方法,分别构建aF和bF的公差图aFM和公差图bFM。依据式(12)可得aFM和bFM的边界方程分别如下:

本研究选取了几种不同的楼层平面形式用于分析,将每种形式中各楼层的风速进行模拟测试,针对不同楼层的风环境进行比较,得出该户型形式的风速变化规律;同时,将几种形式楼层平面的风环境进行对比研究,分析其优劣性,从而较为全面的得出高层住宅中间户型的设计策略。研究中的风速值为各层距该层室内地面1.5m处的数值。

2.4 两组女性血清中AsAb、EMAb及AcAb联合检测结果比较 在AsAb、EMAb及AcAb抗体联合检测方面,不孕不育组女性患者两项同时阳性者47例,总阳性率为18.1%,三项均为阳性者24例,总阳性率为9.2%,而健康对照组无两项、三项同时阳性者。

 

表1 厦门地区室外风环境模拟工况

  

工况 风向(主导风向) 平均风速(m/s)过渡季 东南向 3.34夏季 南向 3.60冬季 东向 3.24

  

图1 具有内天井的高层住宅建筑物理模型

  

图2 模拟户型

3 不同内天井形式对风环境的影响

3.1 模型设置

户型1为常见旧户型,其只是通过单侧开窗实现通风(图2-实际户型图)。高层住宅加内天井在南方地区已较为常见,其户型一般是在走道内侧设置内天井,户型2北侧开敞,与走道南侧的内天井对位布置;户型3北侧设置的通风开口布置在中间,与内天井错开布置。户型4常为户型2在特殊情况下的类型,一些住户为更好地“利用”空间,往往会在内天井或者凹口的位置进行加建,形成一种封闭内天井的形式,给住户造成困扰,故设置封闭内天井来探究内天井对中间户型产生的影响具有重要意义。内天井形式较为复杂,影响中间户型风环境的因素较多,本研究只针对几种不同的户型形式进行探讨。

经典的叙事模式是在特定的历史时期形成的叙事模式,不同的经典叙事模式体现其所形成时代的不同特征,他们代表了人们当时的叙事习惯,体现了当时人们的价值取向以及文化观念。经典的叙事模式是后现代派作家们戏拟的主要对象之一,他们戏拟经典的叙事模式,但在戏拟的过程中却又并非全面贯彻,而是在关键处反其道而行之,最后得出与戏拟对象完全不同的结果。《爵士乐》就是典型的例子。通过对经典的叙事模式的戏拟,在唤醒文学记忆的同时,也达到了讽刺的目的。

为研究以上几种户型在不同条件下的通风工况,需对建筑形式进行提取、简化,建立模型。默认所有模拟户型为一梯四户;北面为交通空间,宽1.5m,旁为设置的凹口;中间两户为中间户型,内部可通风,墙上设置通风窗口;内天井布置在住户与交通空间的中间部分;走道与凹口和内天井交界处均为通风洞口(图1)。按照上述原则,户型1-4分别设置为H1-H4(图2-简化后的模型图)。

3.2 模拟结果及其分析

模拟区域的大小会对模拟结果产生直接的影响[10]。模拟区域参考绿色建筑设计标准[11]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。立面阻塞比符合Baetke等人提出的模拟风流经立方体壁面最大阻塞比小于3%的建议[12]

(3)模拟条件数值的设定

结合图3和图4的H2和H3户型,可以看出:①将建筑北侧的通风凹口与内天井对位布置要比将两者错开布置通风要好;②两者有十分吻合的通风轨迹。这是由于将凹口和内天井错开布置,使得风无法直接顺畅通过,需经过中间的走廊。

根据土地质量地球化学评价规范中的土壤硒元素含量分级标准[16],对本区土壤硒元素含量进行分级统计(表8)。统计结果显示,本区仅有2.94%的调查面积,土壤硒含量中等,变化范围为0.175~0.37mg/kg;有97.06%的调查面积,土壤硒含量高于0.4 mg/kg,变化范围为0.41~1.01mg/kg。总体来看,本区大多数工作调查面积中土壤硒处于高等级标准。

  

图4 风速云图一

 
  

图3 四种户型的风速对比

  

图6 四种户型的风速对比

  

图7 风速云图二

综合以上,非封闭的内天井有助于加强室内风流动,改善室内风环境;而封闭的内天井对于室内风环境的改善并不大,反而会破坏局部楼层的室内风环境,故在设计中要极力避免此类设计和住户加建的行为。

4 不同凹口形式对风环境的影响

4.1 模型设置

在前文模拟研究的基础上,现对厦门地区高层住宅中普遍存在的凹口形式进行模拟和分析。图8是常见的两种中间户型凹口形式:一种是在两个中间户型的中间部分开凹口并开窗,设置为H5;一种是在两侧开凹口并开窗,为H6。现对两种户型进行风环境模拟,其他设置均同上文模拟内天井因素时给定的条件。

在手工书籍的制作过程中注重学生设计理念的培养,并培养其爱书、看书和制作书的好习惯。手工书籍制作的学习常常要求学生提前制定全面而周详的的书籍设计规划,这一方面要求老师注意引导学生重视纸质书籍的设计,另一方面要着重调动学生手工书设计的主动性和创造力。另外,学生手脑协作的专题训练,既有利于激发学生手工书设计的热情,又能提升其洞察力、掌控力和动手能力等。

4.2 模拟结果及其分析(图10~11)

(1)南向风的情况

孔守善双手合十,战事发展至此,他已非常后悔当初的决断,正是他竭力主张不能坏祖宗的规矩,必须让志浩回家扶棺才能出殡。

结合图9和图3的H1户型可以发现:凹口同样可以使得室内的风速得到提升,且两侧凹口的风速要普遍大于中间凹口的风速。这是由于H5户型中狭长的中间凹口形成了“狭管效应”,使得大量的风从凹口处进入室内,引发较为严重的倒灌现象,造成室内风速的抵消。

体育教育不只是有关“体质”的教育,它应该包含两个层面:一是针对体质进行的教育,目的在于增强学生体质、提高健康水平和运动能力;二是通过体质教育培养学生的进取精神和健全人格,提高学生的思想素养和心理素质。前者着眼于强身健体,后者着眼于全面育人。这两个方面不是泾渭分明、彼此隔离的,而是不可分割的。但是,在具体实施过程中,体育教育全面育人的目标没有得到很好的落实,体育教育的成效受到了制约,具体表现在以下两个方面。

图9中H5户型出现了风速变化较大的现象:建筑顶部风速变大,是由于中部的风受到墙体的阻挡后,一部分向上移动,从顶部排出,风压差变大,增强了风的流动;建筑底部风速变大,是由于风从中部向底部运动,在遇到地面后,被迫向窗户倒灌进入室内。

相比较而言,H6户型的风速则较为稳定。此外,一般在凹口处开窗的位置,会设置一些厨房和卫生间,严重的室内倒灌会使得风把厨房和卫生间的污浊气体倒灌进入室内,影响室内的风环境。

综合以上,在南向通风的情况下,两侧凹口要优于在中间凹口。通风,进入内天井的风在碰到北向墙体之后,使得上部分的风向上移动,由顶部排出;下部分的风向下移动,由底部室内倒灌出去。

图6的H4左右户型表明:在东南向风的情况下,并没有在建筑底层出现严重的倒灌风现象,只是在顶部户型出现了风速逐步增加

图6表明:在东南向风的情况下,有内天井的户型风速明显高于无内天井的户型;左右两侧的户型拥有较为相似的风速变化,通过图7各户型左右两侧的风速云图对比,也可得知这一结果。

(2)东南向风的情况

  

图8 模拟户型

  

图9 两种户型的风速对比一

  

图10 风速云图三

  

图11 风速矢量图(剖面处)二

  

图12 两种户型的风速对比二

  

图13 风速云图四

随着医院图书馆数据挖掘的不断深化以及科研工作的深入开展,用户培训日益成为图书馆用户服务工作的一项重要内容[1]。新员工是医院图书馆的潜在新用户。医院岗前培训是新员工职业生涯的起始培训,是医学生向医务工作者转变的过渡和枢纽[2]。

图12可以得出:在东南风情况下,两侧凹口的室内风速要普遍高于中间凹口的室内风速,原因同上述南向风。

图13的H5和H6都出现了凹口处风向室内倒灌的情况,且在东南风情况下,H5的倒灌现象主要发生在左侧住户,而H6主要发生在右侧。H5的左侧倒灌是由于:①东南向风通过中间凹口进入到左侧住户,继续保持前行方向;②穿过右侧建筑的风加强了左侧的东南风。H6的右侧倒灌是由于东南风受到了西侧和北侧两面墙体的阻挡,使得从右侧凹口吹进室内的风速变大。

图12中H6右侧户型在建筑顶部出现了急速下降又回升的情况,这是由于在东南风的情况下,住宅右侧住户室内风是通过凹口和正面两部分获得的,其中主要来在于凹口。在上部分,凹口处的风一部分进入室内,一部分向上移动,由顶部排出,使得正面的风可以顺利的通过最顶层住户,那么在中间的某些层(这里为17-19层)由于凹口处的一部分风和来自于正面的风强度相差不大,从而逐步被抵消掉,在某一层出现极值(这里为19层)。

结语

本文通过提炼建筑的共性与差异性建立了相应的建筑物理模型,然后模拟几种不同的户型形式,比较得出各种户型在不同方面的优劣。

①在南向通风情况下,增加开敞的内天井可有效改善中间户型的室内通风;将内天井和凹口对位和两者错开布置虽有相同的通风轨迹,但前者明显优于后者;封闭内天井不仅没有改善改善室内通风,反而降低底层住户的室内风环境质量。

在公安机关在侦查案件时,除了从指纹、血迹、头发、DNA等方面寻找线索外,还有其他重要的侦查手段,刑事模拟画像技术就是其中的一种。刑事模拟画像是根据目击者的叙述,将犯罪嫌疑人的相貌特征描绘、复原的一项技术。然而模拟画像技术员通常绘制的画像是手绘的素描图像,如果提供一种技术能高效准确地把手绘的素描图像转化为彩色图像,即人脸图像翻译,将会大大提高侦查破案的几率。

②在东南向通风情况下,增加内天井同样可以明显改善中间户型的室内通风;左右两侧的风速会存在一些差异,但两者变化规律一致;封闭内天井虽没有在底层出现严重倒灌现象,但也并没有明显改善室内通风,仅在建筑顶部有一些改善。

③在南向通风情况下,侧面凹口开窗同样是改善室内通风的有效措施,两侧凹口开窗要明显优于中间凹口开窗;两侧凹口和中间凹口开窗都会出现倒灌现象,且这些位置往往靠近厨房和卫生间,会降低风环境质量,故在设计时需采取一些措施来避免发生。

④在东南向风情况下,会出现左右两侧建筑通风轨迹相差较大的现象,中间凹口的倒灌现象主要发生在左侧建筑,而两侧凹口的倒灌现象主要发生在右侧建筑,且倒灌进入建筑的风成为了室内风的主要组成部分,同样需要注意防护。

由于人口密度的原因,高层住宅和人们的生活息息相关,住宅内的风环境好坏严重影响着住户的生活质量以及身体健康。本文通过对高层住宅中出现的内天井和凹口分别进行了研究,得出以上结论,作为参考可用于高层住宅的设计当中。

资料来源:

户型1~户型6为作者根据搜集资料绘制;其他图表均为作者绘制。

参考文献

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[3] Wang H, Chen Q. A new empirical model for predicting single-sided, wind-driven natural ventilation in buildings[J]. Energy& Buildings, 2012, 54(54):386-394.

[4] Caciolo M, Stabat P, Marchio D. Full scale experimental study of single-sided ventilation: Analysis of stack and wind effects[J]. Energy & Buildings, 2011,43(7):1765-1773.

[5] 郭飞,王时原. 上海高层住宅自然通风节能设计研究[J]. 建筑学报,2008,483(11):46-49.

[6] 杜晓辉,高辉. 天津高层住宅小区风环境探析[J].建筑学报,2008,476(4):42-45.

[7] 唐毅,孟庆林. 广州高层住宅小区风环境模拟分析[J]. 西安建筑科技大学学报(自然科学版),2001,33(4):352-356.

[8] 邓巧林. 具有中庭空间的高层住宅建筑自然通风特性研究[D]. 长沙:湖南大学,2007.

[9] 胡晓军,蔡李凯,应小宇. 一梯多户高层住宅内天井平面形态对中间户型室内风环境影响研究[J].建筑学报,2015,561(6):58-62.

[10] 周莉,席光. 高层建筑群风场的数值分析[J]. 西安交通大学学报,2001,35(5):471-474.

[11] 北京市质量技术监督局,京市规划委员会. DB 11/938-2012绿色建筑设计标准[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2013

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[13] 村上周三. CFD与建筑环境设计[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2007.

 
石峰,庄涛
《华中建筑》 2018年第06期
《华中建筑》2018年第06期文献

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