封閉陽臺對高層住宅自然通風的影響及優化策略研究
——以濟南地區為例

謝云濤

（山東建筑大學建筑城規學院，山東 濟南 250101）

0 引言

隨著我國城市化快速發展，城市建設用地日趨緊張以及高昂的地價迫使住區設計朝著高密度、高容積率的方向發展，高層住宅不斷涌現。建筑陽臺是溝通室內外的重要過渡空間，在滿足實用功能及精神和心理需求方面具有重要的作用。CHAND I等[1-4]通過實驗研究證明了陽臺對建筑表面風壓大小和誘導建筑室內通風具有重要影響。研究封閉陽臺對高層住宅自然通風的影響對優化戶型設計具有重要參考價值。

1 陽臺外挑寬度對通風的影響

考慮到結構挑梁的可操作性和結構支撐的安全性，陽臺的開間大小一般隨其背后的功能房間，但是陽臺的外挑寬度會根據陽臺的具體使用情況和建筑造型的需要有所變化。受挑梁的受力結構所限，陽臺出挑寬度不宜超過1.8m。不同外挑寬度的陽臺是否會對室內的自然通風帶來不一樣的影響，需要進一步模擬研究。

1.1 研究模型的設定

本次模擬研究以濟南地區高層住宅為例，選取典型的高層住宅套型，僅控制改變陽臺外挑寬度來研究陽臺對高層住宅室內自然通風的影響。選取的高層住宅套型標準層平面如圖1所示，圖中線框圈示的為所選模擬戶型。以建筑模型第3，6，9層所選戶型陽臺寬度1.3m為基礎，分別設計6組不同外挑寬度的數據進行模擬，依次為 1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8m。實測住宅樓層高2.9m，共18層。陽臺的外挑寬度根據本次研究設定作為單一變量具體設計，通過控制其他相關參數一致，來探究陽臺外挑寬度對室內自然通風的影響。

圖1 住宅套型標準層平面

1.2 模擬分析

研究主要采用CFD模擬的方法，選用通風分析軟件Vent2020模擬目標建筑模型室內外的自然通風狀況。本次模擬工況采用《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》中濟南地區典型氣象年的數據統計。濟南屬于我國寒冷地區，冬季和過渡季，窗戶基本處于密閉狀態，但是濟南的夏季非常炎熱，室內需有良好的自然通風改善熱舒適性，所以本次模擬只選取夏季的風向和風速值展開研究。模擬區域的大小會對模擬結果產生直接的影響，本次研究模擬區域參考綠色建筑設計標準中對模擬域的規定和建議，并將室外風環境和室內通風在同一模型中模擬。圍繞陽臺為研究對象，分別模擬不同外挑寬度下，所模擬戶型中室內的自然通風情況，模擬分析如圖2所示。

圖2 不同外挑寬度的室內平均風速

根據圖2統計整理的不同外挑寬度所選模擬層室內平均風速圖可得，隨著外挑寬度的變化，室內風場環境受影響變化明顯，主要體現在室內的風速變化上。模擬數據顯示，隨著陽臺外挑寬度的增大，住宅室內的平均風速經歷了先增大再減小的過程。本次模擬的6個樣本結果顯示，陽臺外挑寬度在1.5m時對室內通風效果改善最顯著，并且隨著外挑寬度從1.5m增大到1.8m，其對室內平均風速的實際影響效果逐漸減弱。綜合考慮造價、結構安全和使用感受，在住宅套型設計中陽臺外挑寬度選擇1.5m，既有利于室內自然通風，又經濟適用。在住宅套型設計中，會根據具體情況設置陽臺窗戶開啟扇的位置、大小。為更準確地探究陽臺各因素對自然通風的影響，對其逐一進行模擬分析。

2 陽臺窗開啟扇位置對通風的影響

根據陽臺窗開啟扇位置的不同，本研究共設置6個案例，研究案例設置如圖3所示，窗戶填色部位為開啟扇設計位置。通過室內平均風速模擬結果可得，當陽臺窗開啟扇的位置不同時，室內的自然通風效果受到明顯影響（見圖4）。分析所選擇的3個樣本層可以知道，在6種開啟扇位置中選擇A、B點位置時，住宅居室的通風最有利，位置D、E、F次之，在C點時最差，即開啟扇的位置在采用正對設計方式時最有利于室內的自然通風，陽臺窗開啟扇只設置在側墻開啟時最不利于室內的自然通風。此外，模擬數據還顯示，開啟扇的位置在F點，即采用正面和側墻同時布置開啟扇時，住宅底層區域室內的自然通風效果要優于其他設置類型。

圖3 開啟扇位置設計示意

圖4 不同開啟扇位置室內平均風速

3 陽臺窗開啟扇尺寸對通風的影響

以所選模型的第9層為例，僅通過改變陽臺窗開啟扇尺寸大小探究其對室內通風的影響。本次模擬模型起居室和陽臺的面積總和為23.72m2，陽臺窗寬為2.7m，窗高為1.5m，窗臺高0.9m，窗戶總面積為4.05m2，根據GB 50096—2011《住宅設計規范》中陽臺的自然通風開口面積不應小于采用自然通風的房間和陽臺地板面積總和的1/20的要求，本次模擬模型最小的開口面積應為1.19m2，約占窗戶面積的30%。以所選戶型陽臺窗開口面積占窗戶總面積的30%為基礎，設計4組不同的數據進行模擬，依次為開口面積占總窗戶面積的30%、35%、40%和45%。

通過不同陽臺窗開啟扇大小室內平均風速結果可得，隨著陽臺窗開啟扇面積的增加，住宅室內的平均風速逐漸增大，室內的自然通風效果逐漸提高（見圖5）。

圖5 不同開啟扇位置室內平均風速

4 優化策略及建議

在住宅套型設計時，陽臺外挑寬度的尺度選擇十分重要，進深過小不實用，通風效果也會受限制，進深過大又會增加結構成本，按照前文的模擬結果，陽臺外挑寬度設計成1.5m，是比較經濟實用的選擇。同等外部條件下，陽臺窗開啟扇的位置應正對平行后邊的使用房間，盡量避免只采用只能在側邊開啟的方式，因為該方式不利于室內的空氣對流，有礙于穿堂風的形成。另外，在高層住宅陽臺的設計中，陽臺窗開啟扇的大小在滿足規范要求的條件下可適當增加，合理增加開啟扇面積，有助于提高住宅室內的平均風速，改善室內的自然通風效果。

5 結語

隨著時代發展，新時代的城市住宅設計越來越精細，而陽臺作為功能性的建筑構件也越來越受到重視。合理的陽臺設計不僅給居民提供舒適的使用空間，還能調節室內的物理環境，如提高室內的自然通風能力。陽臺外挑寬度、窗戶開啟扇的位置、尺寸都對室內的自然通風產生重要影響。本次以濟南地區為例的模擬研究對研究室內通風具有借鑒意義，對優化住宅套型設計起到指導作用。