高層建筑通風工程評估與設計策略

摘 要：進入21世紀以來，地球人口劇烈膨脹。城市化速度加快，隨之而來的是城市人口激增，城市用地緊缺和城市擴張之間產生了不可調和的矛盾。而解決這一矛盾的最好辦法就是城市用地的豎向發展。高層建筑在城市中越來越普遍。但高層建筑的風環境問題也日漸突出。研究通風理論就是要最大限度的利用自然風從而起到節約能源的目的。用風和防風兩者是辯證統一的，設計者和建筑師需要根據特定的區域和地理環境，因地制宜，分析當地環境條件做出合理設計，達到改善建筑微環境的目的。

關鍵詞：高層建筑；工程評估；設計策略

正是因為有了城市這個概念，才派生出城市規劃這個概念，才產生了系統的城市規劃理論。而這一理論的作用就是為城市居民服務，為城市居民提供一個良好的居住，生活環境。中國自古以來 就很注重人與環境的和諧共處。古人在選擇住址時就有一種傳統的樸素唯物主義思想。他們會充分考慮地理位置和環境因素。傳統風水理論就是早期建筑理論的結晶。其中的一些思想至今人有實際價值，用今天的眼光來看風水中所謂的氣論與場論都可以用建筑環境學進行解釋。

高層建筑在城市中的普遍一方面有效增加了土地利用率，但也在很大程度上改變了原有的環境特征。對周邊的日照和通風都產生了一定影響；另外，高層建筑所形成的消極城市空間，以及因建筑間的互相遮擋導致的空氣渦流或湍流區域進一步惡化了室外的自然風環境。極有可能對街道行人，地面及城市生活帶來損害；隨著建筑外墻封閉技術的發展，高封閉性的建筑對居住者的健康，以及維持建筑本身運行所需的能耗帶來了一系列的問題。

首先我們要明確造成室內外風環境問題的原因。對于室內通風環境來說，問題有二：第一，城市高度梯度風效應。在一定的高度范圍內，隨建筑高度的上升，作用在建筑外表皮的室外風速和風壓也隨之增大。如果進行開窗直接通風將導致室內氣流過大的問題。第二，建筑封閉性越來越強。隨著現代技術的發展，建筑外墻技術越來越發達，使得建筑表皮與外界面徹底分離成為可能。伴隨著空調的使用，建筑完全可以依靠自身機械系統來滿足室內居住者的要求，但這種無視外環境的做法將導致高能耗的嚴重問題。對于室外的通風環境來說，建筑高度和體量造成了建筑風影。運用流體力學分析，下風向的建筑將受到很大影響。上層氣流的下行又將造成近地面風環境的復雜和不確定。群體建筑中還會出現文丘里效應，影響行人活動。

要做到高層建筑的節能，就應因地制宜，從設計上考慮最佳的適應當地條件的方案。通常從以下三個方面考慮：外墻設計，空間設計，平面布局。前兩個是針對單體建筑的，最后一個既針對單體建筑也針對群體建筑。對于外墻設計，首先要認識到墻體是分割室內和室外的界限，是一個緩沖區，墻體技術直接關系到建筑節能的有效率。一般有單層的外圍護表面和復合而成的雙層外圍護表面。對于單層的外圍護表面，通過使用不同的開創方式適應環境，可以達到進風量個需求量的平衡，將室內的通風率維持在健康的狀態。對于雙層外圍護表面，典型的例子就是附加溫室，它結合了單層外墻高效通風和熱交換同時也考慮到了通風和熱交換的穩定性，是比較成功的雙層外墻設計。

空間設計是通過對建筑的整體外形的設計及局部位置的修改，使之達到于當地風環境相適應的，從而減少空調能耗的目的。整體設計因地制宜，各不相同。這里介紹兩個典型的例子。第一，開口立面處理。比如福斯特設計的瑞士再保險大樓，樓體被設計成螺旋塔狀，他充分考慮了倫敦當地環境，螺旋線化解了高層建筑上部風速過大對樓梯的影響，也有效減弱了下行風到達地面的速度。有效的修正了建筑為微環境。第二，形體退臺。如日本電信大廈的形體設計經過反復計算設計，很好的控制了建筑周圍的風環境。

平面布局包含單體建筑的平面布局以及群體建筑的平面布局。對于一個建筑，合理的流線組織將有利于建筑的室內氣流暢通，比如，為了滿足夏季自然通風和冬季防風的要求，建筑周邊開敞相對與周邊封閉的布局模式更有利于流場運行。在冬季，北朝向的房間的小尺度劃分，以及南朝向的房間的大空間劃分將有利于保持室內熱舒適度。對于高層建筑，在相同基地面積的前提下，平面呈圓形與呈方形相比，對風環境的圓形要小得多，凹口設計比凸口設計更容易形成上行或下行強氣流。群體建筑的平面布局則更為復雜，建筑物與建筑物之間會相互影響產生干擾，但現代技術允許我們使用計算機軟件對群體建筑進行流場的模擬，以幫助建筑師和設計者合理布局達到效益最大化。一般的，建筑迎風處，越靠近建筑表皮處，風速越小，在建筑背面風影區，靠近建筑表皮處風速變化最大。而兩棟建筑之間的距離越近，由文丘里效應可知風道越小風速越大。

高層建筑的分析，不僅要綜合考慮墻體設計，整體與局部的設計與修正以及建筑布局，還要分析建筑對周圍風環境所造成的影響。在設計過程中要根據當地環境特征選擇合理的通風方式，在保持夏季通風量的同時也要考慮維持冬季最小室內換氣量。

參考文獻

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[2] 江億等.住宅節能[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[3] 關濱蓉等.建筑設計與風環境[M].建筑學報，1995.

作者簡介：姜赟程（1993- ），男，江蘇太倉人，西南交通大學，本科，研究方向：機械。