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摘要：目前超高层幕墙建筑为了安全性和美观性通常不设计自然通风开口，一定程度上降低了人员的舒适性和增加了建筑通风能耗。本文基于兰州地区某超高层综合体项目的设计实践提出了一种新型的立面开启扇体系，采用数值模拟分析技术辅助自然通风设计，针对综合体内办公、公寓两种业态开启扇的通风效果进行验证分析，并提出优化建议。旨在解决外立面统一性、人员隐私、室内空气质量等难点问题的同时，达到绿色建筑认证中自然通风的要求。
关键字：新型开启扇;超高层综合体;数值模拟;自然通风
1超高层建筑自然通风现状
随着中国城市化的高速进行，一栋栋摩天大楼拔地而起，超高层建筑的建设热潮已从上海、广州、深圳等沿海发达城市向内陆延伸。尽管超高层建筑具有集约开用土地资源、资源高度共享和塑造城市新地标等效果，但也存在很多亟待解决的问题。研究表明超高层建筑大多存在能耗高、室内环境差以及影响城市环境等问题[1]。
对于多层和高层建筑，在不通过数值模拟的情况下，室内自然通风是否良好通常可以按照窗地面积比例，门窗可开启比例，房间净高和进深等指标来推断[2]。而对于超高层建筑而言，由于近地风场的风速随高度呈指数增长，高空风速、风压和湍流强度远大于近地面，以上评判指标不再适用于超高层建筑。
2研究对象概况
针对超高层自然通风现状，在对兰州某超高层综合体项目的设计实践中，我们提出了一种新型的立面开启扇体系。该项目外立面为玻璃幕墙结构，在柱与幕墙之间设置一个凹槽作为风道，凹槽两侧设置通风窗扇，凹槽正对的幕墙上设置通风开口。高空处的强流通过幕墙上的开启扇吹入凹槽进行一次缓冲，稳定后的气流再通过两侧的通风开口进入房间。其中凹槽内会设置一道安全格栅以保证相邻房间的安全以及隐私，模拟时暂不考虑。开启扇效果如图1。
3研究方法
本次研究采用数值模拟的方法对上述开启扇体系的实际通风效果进行验证并进一步提出优化建议。在进行室内自然通风模拟计算之前，需先进行室外风环境的模拟，然后将室外风环境模拟的结果作为室内自然通风的边界条件进行模拟计算。
4室外风环境模拟
模拟采用斯维尔通风软件进行计算。该项目位于兰州，模拟计算工况按照《建筑节能气象参数标准》JGJ/T 346-2014。选取春季作为自然通风工况，春季最高风频风向为ENE，平均风速为1.1m/s。建模时考虑周边建筑对本次研究对象的影响。
室外风环境模拟结果如图2。根据建筑表面风壓状况可以看出，由于春季工况风速值远低于沿海城市，建筑表面风压最大值不超过5Pa， 高层区域不会出现强风现象，此区域适宜做开窗通风。建筑正面受住宅楼的遮挡，风压分布不连续，出现明显断层，低层区域风压比高层区域风压低很多。
5自然通风模拟
本项目包含办公和公寓两种业态，幕墙开口以及凹槽侧面的开扇大小和形状相同，幕墙开启扇尺寸为2000mm×250mm，凹槽侧面的开启扇尺寸为2000mm×300mm。幕墙开口按4500mm的间距布置。建筑业态分布以及开窗详细信息如表1。
分析室外风环境模拟结果可得：2f～21f办公层建筑前后风压差分布均匀，压差值都在1Pa左右;22f～32f公寓层建筑前后风压差随着高度增大显著上升，压差范围在1.4Pa～3.8Pa;33f-79f公寓层建筑前后风压差又恢复得比较平均，风压差值都在4.6Pa左右。因此将建筑分为低区2f～21f办公层、中区22f～32f公寓层和高区33f-79f公寓层3部分进行自然通风模拟，分别选取每部分最低层、中间层和最高层为代表进行模拟分析。
对于公共建筑而言，房间平均换气次数需大于2次/h才能保证室内空气最低舒适要求。统计每层自然通风平均换气次数大于2次/h的房间的面积比例如表2。
分析换气次数结果可得，低区办公层本身建筑表面风压较低，且又受到来流风向上高层住宅楼的遮挡，使得建筑前后表面风压差都在1Pa左右，自然通风换气次大于2的面积比例只有25.9%，建议低区办公采用常规的开窗形式;中区公寓层由于建筑表面风压急剧上升和内部开门较多使得通风效果较好，换气次大于2的面积比例在82.7%～94%之间。高区公寓除个别不利房间外自然通风达到饱和，达标比例为95.5%，通风效果优良。
6结论
通过本次模拟研究可知，兰州地区过渡季节平均风速相比沿海地区低很多，超高层建筑可以考虑设置开启扇。本项目提出的开启扇体系非常有利于高区公寓过渡季节进行自然通风，且房间内风速值不超过1m/s，满足人员舒适性要求。低区办公由于风压较低和受到周边建筑的遮挡，建筑立面风压较低，建议采取常规的开窗形式。
参考文献
[1]张欣. 高层、超高层建筑幕墙的通风[J]. 上海建材，2012，（4）：36-38.
[2]秦砚瑶，戴辉自，吴思睿等 数值模拟技术超高层绿色建筑自然通风设计研究. 重庆建筑 2015.NO.2第14卷总第136期：8-10.
关键字：新型开启扇;超高层综合体;数值模拟;自然通风
1超高层建筑自然通风现状
随着中国城市化的高速进行，一栋栋摩天大楼拔地而起，超高层建筑的建设热潮已从上海、广州、深圳等沿海发达城市向内陆延伸。尽管超高层建筑具有集约开用土地资源、资源高度共享和塑造城市新地标等效果，但也存在很多亟待解决的问题。研究表明超高层建筑大多存在能耗高、室内环境差以及影响城市环境等问题[1]。
对于多层和高层建筑，在不通过数值模拟的情况下，室内自然通风是否良好通常可以按照窗地面积比例，门窗可开启比例，房间净高和进深等指标来推断[2]。而对于超高层建筑而言，由于近地风场的风速随高度呈指数增长，高空风速、风压和湍流强度远大于近地面，以上评判指标不再适用于超高层建筑。
2研究对象概况
针对超高层自然通风现状，在对兰州某超高层综合体项目的设计实践中，我们提出了一种新型的立面开启扇体系。该项目外立面为玻璃幕墙结构，在柱与幕墙之间设置一个凹槽作为风道，凹槽两侧设置通风窗扇，凹槽正对的幕墙上设置通风开口。高空处的强流通过幕墙上的开启扇吹入凹槽进行一次缓冲，稳定后的气流再通过两侧的通风开口进入房间。其中凹槽内会设置一道安全格栅以保证相邻房间的安全以及隐私，模拟时暂不考虑。开启扇效果如图1。
3研究方法
本次研究采用数值模拟的方法对上述开启扇体系的实际通风效果进行验证并进一步提出优化建议。在进行室内自然通风模拟计算之前，需先进行室外风环境的模拟，然后将室外风环境模拟的结果作为室内自然通风的边界条件进行模拟计算。
4室外风环境模拟
模拟采用斯维尔通风软件进行计算。该项目位于兰州，模拟计算工况按照《建筑节能气象参数标准》JGJ/T 346-2014。选取春季作为自然通风工况，春季最高风频风向为ENE，平均风速为1.1m/s。建模时考虑周边建筑对本次研究对象的影响。
室外风环境模拟结果如图2。根据建筑表面风壓状况可以看出，由于春季工况风速值远低于沿海城市，建筑表面风压最大值不超过5Pa， 高层区域不会出现强风现象，此区域适宜做开窗通风。建筑正面受住宅楼的遮挡，风压分布不连续，出现明显断层，低层区域风压比高层区域风压低很多。
5自然通风模拟
本项目包含办公和公寓两种业态，幕墙开口以及凹槽侧面的开扇大小和形状相同，幕墙开启扇尺寸为2000mm×250mm，凹槽侧面的开启扇尺寸为2000mm×300mm。幕墙开口按4500mm的间距布置。建筑业态分布以及开窗详细信息如表1。
分析室外风环境模拟结果可得：2f～21f办公层建筑前后风压差分布均匀，压差值都在1Pa左右;22f～32f公寓层建筑前后风压差随着高度增大显著上升，压差范围在1.4Pa～3.8Pa;33f-79f公寓层建筑前后风压差又恢复得比较平均，风压差值都在4.6Pa左右。因此将建筑分为低区2f～21f办公层、中区22f～32f公寓层和高区33f-79f公寓层3部分进行自然通风模拟，分别选取每部分最低层、中间层和最高层为代表进行模拟分析。
对于公共建筑而言，房间平均换气次数需大于2次/h才能保证室内空气最低舒适要求。统计每层自然通风平均换气次数大于2次/h的房间的面积比例如表2。
分析换气次数结果可得，低区办公层本身建筑表面风压较低，且又受到来流风向上高层住宅楼的遮挡，使得建筑前后表面风压差都在1Pa左右，自然通风换气次大于2的面积比例只有25.9%，建议低区办公采用常规的开窗形式;中区公寓层由于建筑表面风压急剧上升和内部开门较多使得通风效果较好，换气次大于2的面积比例在82.7%～94%之间。高区公寓除个别不利房间外自然通风达到饱和，达标比例为95.5%，通风效果优良。
6结论
通过本次模拟研究可知，兰州地区过渡季节平均风速相比沿海地区低很多，超高层建筑可以考虑设置开启扇。本项目提出的开启扇体系非常有利于高区公寓过渡季节进行自然通风，且房间内风速值不超过1m/s，满足人员舒适性要求。低区办公由于风压较低和受到周边建筑的遮挡，建筑立面风压较低，建议采取常规的开窗形式。
参考文献
[1]张欣. 高层、超高层建筑幕墙的通风[J]. 上海建材，2012，（4）：36-38.
[2]秦砚瑶，戴辉自，吴思睿等 数值模拟技术超高层绿色建筑自然通风设计研究. 重庆建筑 2015.NO.2第14卷总第136期：8-10.