北京地區鄉村住宅物理環境模擬研究

劉芳博 曲冠華 倪博研

1. 中國建筑標準設計研究院有限公司 北京 100048；

2. 天津大學建筑學院 天津 300072

前言

為提高鄉村住宅品質，需建立一套鄉村住宅設計指標體系，指導鄉村住宅設計。建筑物理環境參數是重要的設計指標。本文對課題前期工作整理的寒冷地區鄉村住宅進行歸納提煉，建立用于計算機模擬的標準戶型，選擇寒冷氣候區典型代表——北京地區為研究工況，通過風環境和光環境模擬，評價標準戶型存在問題，提出改進建議。

1 風環境模擬

1.1 風環境評價標準與模擬條件

圖1 建筑首層（a）、二層（b）平面示意圖

利用phoenics軟件對標準鄉村住宅戶型進行風環境模擬，分析夏季自然通風條件下室內的風環境舒適性。建筑層高為3m，分別模擬計算1.5m、4.8m標高處風場分布情況及風速大小。全部窗處于開啟狀態，全部門處于關閉狀態。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》以及北京地區累年夏季風玫瑰圖，得到本次風環境模擬條件為：夏季空氣調節室外計算干球溫度33.5℃，夏季室外平均風速3.0m/s，夏季通風室外計算溫度29.7℃，夏季風向按照南偏西45.0°進行模擬[1]。根據室內風環境評價標準，評價指標為風速和熱舒適性，冬季和夏季主導風向下最大平均風速不宜大于5.0m/s，人體舒適風速為1.5m/s。

1.2 模擬結果

圖2 1.5m高風速分布圖

圖3 4.8m高風速分布圖

由風場分布云圖（圖2，圖3）可知：當外部風荷載為3.0m/s時，1.5m和4.8m標高處室內風速均低于5m/s，1.5m標高處室內最大風速約為1.3m/s，庭院最大風速約為1.9m/s，氣流順暢，氣流平均速度約為1.5m/s；4.8m標高處最大風速約為1.5m/s。當外部風速為3.0m/s的情況下，內部風通道能夠保證一定量的通風，首層餐廳和樓梯間形成對流，具有良好的通風效果。二層樓梯間和起居室在自然通風條件下，有良好的通風效果。

2 光環境模擬

2.1 室內照度評價標準與模擬條件

采光分析采用grasshopper運行下的生態建筑honeybee插件。根據《建筑采光設計標準（GB50033-2013）》CIE陰天模型，住宅建筑的臥室、起居室（廳）、廚房應滿足300lx的照度。衛生間、過道、餐廳、樓梯間應滿足150lx的照度[2]。測量平面距地面0.8m處。以《綠色建筑評價標準（GBT50378-2019）》中的“住宅建筑室內主要功能空間至少60%面積比例區域，其采光照度值不低于300lx的小時數，平均不少于8h/d，得9分”作為評價依據[3]。模型中的玻璃材質設置為可見光透射比為0.71的中空玻璃（6mm透明玻璃+12mm空氣+6mm透明玻璃）[4]。

2.2 模擬結果

圖4 首層冬至日14：00照度圖（lux）

圖5 二層冬至日14：00照度圖（lux）

圖4 為建筑首層冬至日14：00照度圖，客廳照度達的300lx的面積僅為近窗處的1/3，未達規范要求；餐廳面積的2/3達到150lx照度，基本滿足規范要求；西側臥室不足1/2的面積照度超過300lx，未達規范要求；東側臥室3/4的面積照度超過300lx，基本滿足規范要求；廚房僅1/6的面積能滿足300lx照度要求；衛生間及樓梯間基本滿足規范要求。圖5為二層冬至日14：00照度圖，起居室天然采光照度滿足300lx；三間臥室的天然采光照度超過300lx的面積均不足1/2，未達到規范要求；衛生間及樓梯間基本滿足規范要求。

3 結束語

該標準戶型在全年主導風向及常態風速下，庭院及室內風速均小于5m/s，能夠滿足活動舒適性要求。庭院及室內最大風速在1.5m/s～1.9m/s之間，該風速屬于人體可接受的舒適值。首層餐廳和樓梯間以及二層起居室和樓梯間具有良好的通風效果，但其他空間，如客廳、臥室、廚房等空間在室內門關閉的情況下，通風效果不佳。首層客廳、西側臥室采光未能達到規范要求，但東側臥室、衛生間及樓梯間天然采光照度基本滿足規范要求，而廚房采光嚴重不足。二層起居室、衛生間及樓梯間的天然采光照度基本達到規范照度要求，但三間臥室的天然采光照度未能達到規范要求。建議在適宜位置開窗，例如門斗，利于餐廳和客廳形成空氣對流，并滿足客廳的自然通風要求。廚房的開窗面積宜增大，以提供更加舒適的室內光環境。南向臥室的陽臺門宜為透明材質，或采用開放陽臺，以營造更加舒適的室內光環境。北向臥室可以考慮適當增大東向開窗面積，并選用可見光透射比更高的玻璃。