二、规划、户型、窗地比与通风效能

1. 规划设计与通风效能

自然通风的影响因素可分为三类：规划因素、户型因素、窗地比。其中规划因素包括规划及规划密度、层数、风速及风向等。取5%为住宅设计规范规定的通风面积最小值，基于5%窗地比进行从规划角度进行分析通风效能。

（1）规划对于自然通风效能的影响

根据 CFD 模拟得到不同建筑密度下建筑的风压分布，周边建筑会影响中心建筑周围的气流分布，在相同的通风面积窗地比下，建筑密度越大，换气次数越少，建筑全年平均自然通风效能越低，如图1。

图1（a）板楼行列式气流分布图

（b）方形塔楼气流分布图

（2）层数对自然通风效能的影响通过

CFD 模拟实验，在设定的窗地比下，层数增加，风速增加，建筑的自然通风效能明显随着层数的增加而提升，平均换气次数越高，如图2。

图2 不同层数的换气次数

（3）气候因素对自然通风效能的影响

在给定风向下建筑的通风效能随气象风速的变化。结果显示，建筑的通风效能与风速呈正线性关系。气象风速越大，建筑通风效能越高，如图3。

图3同一风向下不同风速的通风效能

2. 户型设计与通风效能

住宅户型平面布局是影响舒适状况的决定性因素，提高居住质量不仅体现在居住面积的增大和房间的增多，重要的是拥有一个合理的与家庭生活行为需要相适应的舒适尺度。建筑的不同平面布局对自然通风效果的影响，选取A、B如图4，在设定5%窗地比情况下，两种典型平面从温度、空气停留时间两个角度进行分析。

图4

在室外环境条件相同的情况下，A、B户型温度都明显的降低，但户型A的自然通风气流组织状况优于户型B的气流组织；由此可以证明空气对流对于调节室内温度优于非空气对流的空间设计，如图5。

图5 温度分布图（A户型通风效率明显优于B户型）

从图6所示的A户型室内平均空气停留时间情况可以看出，仅在在主卧室、书房的内墙角处空气停留时间长，空气的新鲜度较差。B户型内位于建筑北向的次卧室、厨房和卫生间空气停留时间均较长，空气的新鲜度最差 ，由此可以看出A户型通风效率优于B户型通风效率。

图6平均空气停留时间分布图

3. 窗地比与通风效能

（1）地比定义

窗地面积比简称窗地比，就是房间窗洞口面积与该房间地面面积之比。《住宅设计规范》从开窗洞口面积和开启面积两个方面做出规定：卧室、起居室（厅）、厨房的采光窗洞口的窗地面积比不应低于1/7，每套住宅的自然通风开口面积不应小于地面面积的5%；通过采光面积和通风面积两个方面做出规定，通风效能亦与开窗位置和开窗方式有关。

（2）开窗位置、方式与通风效能的关系

a.开窗位置。对进出风位置不同进行试验得出，通风气体流动情况不会随着出风口位置高低的变化而变化，气体主要在进风口高度这一范围内流动。因此，改变房间出风口的高度位置并不会对室内气流产生多少影响，进风口的高度位置则会明显影响到室内气流走向，如图7。

图7a第一组模型设置（进风口位置不变）

图7b第一组模型设置（出风口位置不变）

图7c第一组模型模拟结果（进风口位置不变）

图7d第二组模型模拟结果（出风口位置不变）

b.开窗方式。在开窗面积相同的情况对开启方式进行试验得出，平开窗开启面积是推拉窗的两倍，通风效果明显优于推拉窗，推拉窗效果优于悬窗的开启方式，平开窗通风效率最高，如图8。

图8

(a)推拉门与平开窗模拟结果对比 (b)上悬窗模拟结果 (c)中悬窗模拟结果

综上所述，在设定窗地比固定值条件下，通风效能及与开窗洞口高度和开启方式均有关，所以合理进行户型尺度、窗洞口及开启方式的设置对于通风效能具有重要影响。

通过实验分析，在5%窗地比面积设定下，A户型通风效率及温度调节能力明显优于B户型，空气对流的空间对于通风效能和温度调节优于非空气对流的空间。

（3）科学窗地比与通风效能

设定窗地比值为5%，研究自然通风效能。结果表明，五月、九月、十月换气次数可达12次/h，六七八月份低于12次/h，由此可以得出天气的温度与风压值成反比，除了平均气温最高的七月份换气次数最低，五月的自然通风效率最高，十月份次之，即使六七八月的换气效果也可达到11次/h，远高于新风系统2次/h的换气标准，满足室内人员新风要求，如图9。

图9板楼逐月自然通风平均通风效能（五月-十月）

分析住宅全年平均自然通风换气次数与通风面积的关系，可以发现，换气次数 N 随窗地比 ROF 近似呈线性增长关系。取人员所需新风量为 30m³/h，卧室的平均面积13.86㎡，人数为2；起居室的平均面积为 16.20㎡，人数为3。推算得到满足人员新风的最小换气次数，卧室为 2 次/h，起居室为 0.75 次/h。在 5%的规定通风面积窗地比下，板楼的自然通风平均换气次数大于 6 次/h，如图10，能满足室内人员新风要求。

图10 板楼窗地比 ROF-全年自然通风效能

随着窗地比增大，自然通风冷却效果增大，室内温度下降，研究表明，当窗地比超过5%时，建筑的实际自然通风小时数会随窗地增大而减小，自然通风效能并不随窗地比完全线性变化。

4. 通风效能与空气质量和热舒适度

（1）空气质量

自然通风是公认的最简单有效、可行性强的改善室内空气品质的方法。自然通风方式控制室内空气品质需要从两方面着手，一是对室内空气污染物含量的限定，二是对自然通风量的要求。自然通风不但能够排除室内湿热，更能够排除室内污染物，如图11。通过自然通风能够明显降低甲醛、TVOC等室内污染物浓度，保证室内空气质量。

室内污染物浓度与自然通风情况相关系数

图11室内污染物浓度与自然通风情况相关关系散点图

(a)室内 PM2.5 浓度(b)室内氡含量(c)室内 TVOC 浓度(d)室内甲醛浓度

（2）热舒适度

a.空气温度

空气温度是影响人体热舒适的主要因素，人体体内的某些粘膜和腹腔内脏处存在温度感受器，通过这些分冷热感受器可以对冷热环境作出判断。反复试验表明，在自然通风的情况下，其舒适温度最高人体可承受范围为28℃，5%窗地比条件下，除夏热冬暖地区除外，通过自然通风使空气温度调整到18℃—26℃之间，如图12。

图12不同城市的全年自然通风分析

空气湿度相对湿度是指在一定的温度和压力下，空气中实际的水蒸气含量与饱和时的水蒸气含量之比。空气湿度的大小不仅影响人体皮肤表面的水分蒸发，而且还会影响人体的排汗，影响人体舒适度。当相对湿度保持在 30%-70%范围内时，人体可以保证蒸发过程的稳定；如果相对湿度高于 70%，则会造成靠近皮肤的水蒸气压力较大，人体表面蒸发受阻从而导致不适。研究表明，在5%的窗地比设定条件下，住宅的自然通风平均换气次数到了 6次/h以上， 5-9月气温较高的夏热冬暖区域通风效能表现最弱，通过6次/h的换气效能可以将空气湿度也能从85%降低至75%，其他地区在5-9月均能通过自然通风将空气湿度调整为30%-70%的舒适范围区间。

三、通风效能与居住健康

1. 通风效能与呼吸系统

呼吸系统由呼吸道和肺两部分构成，其主要功能为进行气体交换和肺部内分泌功能，室内作为人居住和活动时间最长的场所（如图13），其空气质量差会导致心血管疾病、呼吸系统疾病等各种疾病的发生，甲醛、苯、挥发性有机物(VOCs)、二氧化碳、颗粒物、霉菌等室内空气污染问题已经成为公共卫生领域关注的重点问题。

图13呼吸系统组成及功能图

研究表明，通风效率达到2次/h时，室内即可实现空气的过滤效率达85%，保证室内呼吸系统所需的空气环境，中国目前典型房企宣传新风系统的过滤效率为2次/h，在5%窗地比设定条件下，自然通风效能可达6次/h，更能彻底实现空气质量的更新，使呼吸道呼吸效率提高，减少有害颗粒物和气体通过呼吸进入到肺部，从而实现心肺功能调节，心肺为整个人体运转的发动机，是身体器官的正常运行的基础，所以，良好的通风能提高人体的运行效率和健康品质。

2. 通风效能与代谢系统

温湿度对室内空气品质及身心健康有重要影响，前面提到了通风效率对呼吸系统的影响。人体的热舒适是综合各种感受器官的热刺激信号，其影响针对热舒适感知现在两个方面：

温度方面。首先，温度的变化引起器官的反应性能发生变化，如图14。例如，温度升高，可能造成呼吸道粘膜损害，进而对污染物更敏感。其次，温度的变化引起室内污染源释放强度的改变，温度升高，学污染物释放量增加，空气污染影响呼吸系统运行效率。

图14体温调节控制系统示意图

图15皮肤代谢示意图

湿度影响表现在微生物繁殖方面。湿度增加，细菌、霉菌等微生物在室内环境中大量繁殖，对健康舒适性产生不利影响。人体代谢功能主要系统主要通过皮肤和消化系统，如图15，如果湿度过高会导致皮肤毛孔阻塞或关闭，久而久之就会体内湿气聚集，会影响整个代谢过程，在5%窗地比设定条件下，通过自然通风效率可达6次/h，将空气湿度控制在30%-70%之间，满足人体正常代谢所适宜的环境湿度。

3. 通风效能与心理舒适

热湿环境指标超出正常界限，器官及神经会引起不愉快的感觉；在炎热环境中，人体对体温的生理调节方式主要以散热为主，遇高温时机体会出现心率增加和血压降低等一系列心血管系统的生理反应。在潮湿环境中，空气中水分会阻碍皮肤的散热与体内水分蒸发，影响代谢功能，导致系统紊乱；如果炎热与潮湿结合产生的湿热环境将会给人胸闷、气短以及皮肤黏着等感受，短时间会影响人体的心理状态，诱发疲劳的产生，降低工作能力；长时期处于紧张的心理状态，对少数人群则可能产生不利的情绪甚至抑郁倾向或者抑郁症。因此，通风对于心理舒适感受极其重要的影响。

4. 通风效能与疫情防控

根据最新研究 ，病毒传播主要有3种途径：①直接传播；②气溶胶传播；③接触传播。（如图16）医学证明新冠病毒及呼吸系统病毒主要通过气溶胶传播途径，且在在静止空气中沉降时间为1小时以上。以上通过自然通风数据分析，在设计要素及物理要素满足一定条件下，通过5%的窗地比设置能够实现6次/h的换气频率，能够有效过滤及更新空气，相比空调及新风的主动方式相比被动自然通风更具安全性及舒适性，更能营造居住者的心理安心环境。

5. 通风与传统文化的健康理念

人与自然的关系始终是人类社会关注的问题。道教的自然观强调人与自然的和谐共生，人与自然和谐的法则就是“天人合一”与“道法自然”。“人法地，地法天，天法道，道法自然”是老子哲学处理人与自然关系的准则，它反映了“天人合一”的和谐理念，“道法自然”的和谐原则。

中国传统健康养生理念认为人和自然都是“气”的产物，人处在天地之间，生活与自然环境之中，只作为自然界的一部分而存在。人的居住方式历来都是和自然生态联系在一起的，过度依赖空调新风此类设备而改善室内空气及通风环境很大程度上违背了传统文化中尽可能“顺应自然、天人合一”的理念。因此，现代住宅的建筑设计中，“门窗对冲”的设计方式随处可见，然而这在风水学上却是不甚合理的，门窗对冲的格局，由大门引入的旺气未及循环流动，便很快逸出室外，使得“气场”流失，不利于“聚气”。而且空气流通无序，气流过强，室内外温差不大，无论是从对身体健康的角度还是心理安定的角度，都是不利的。而窗的大小与多少也与室内能量空气循环与采光能否“阴阳适中，明暗相半”有着紧密的联系，面积过大或过小都不合适。设计过程中应该充分考察地理条件与周围环境，规划出适宜整个居室通风的窗门面积。

通风效能是改善室内空气质量的有效措施，自然通风并不是有外窗就能解决问题，而应该是。因此，远洋在对健康建筑的户型进行设计时，将窗地比值设定为5%，保证卧室、起居室、卫生间的自然通风窗口面积不小于该房间地板面积的1/20，有组织、有控制的自然通风，使室内外空气能流通，为用户营造自然的舒适感，打造流动的“气”场，通过气的聚散调节阴阳平衡；同时，也尽量避免朝向单一的户型设计，控制户型进深，避免出现“气场”不通，气的通常亦是机体内环境的平衡协调和人体外界环境的整体统一的必要条件。现代人在生命活动过程中对生理、心理、社会活动等多方面的要求，强调人的精神与肉体、人与自然界、人与社会的和谐统一，可以说这种流动的“气场”观念是传统文化中“天人合一”这种理念的延续和发展。

从医学和传统文化两个层面分析研究通风效能的研究意义；其次研究规划、户型、窗地比三个方面与通风效能的关系，最后，结合基于科学窗地比设定条件下的通风效能分析生理层面、心理健康、疫情防控三个方面对居住健康的影响，得出以下结论：1.科学窗地比与通风效能。5%作为科学窗地比设定值，通风效能达到6次/h。2.规划、户型与通风效能。规划密度越大，建筑全年平均自然通风效率越低；层数越高，通风效能；气候因素中，风速和风压越大，建筑通风效能越高。户型方面，室内空气对流通风效能优于非空气对流的空间。3通风效能与热舒适度。通过6次/h的通风效能能够保证热舒适环境保证维持在18℃-28℃的舒适温度及30%-70%湿度，从热舒适度和空气质量两个层面保证居住健康。4.通风与居住健康。通风效能带动的“气场”观念是符合传统文化中“天人合一”这种理念，属中国传统文化的科学以及理性的传承。首先，6次/h的通风效能保证空气过滤达85%，保证呼吸系统、心肺功能的健康运行；其次，通风带来的热舒适环境能保证皮肤和呼吸代谢系统的正常运行，同时，良好的热舒适环境可引导健康工作情绪和生活心理状态；最后，在疫情常态化的环境下，能够有效过滤及更新空气，更能营造居住者的安心环境。

[1]魏秀婷.住宅室内空气品质与控制方法研究[D].天津大学，2007.

[2]黄滨. “珠窗网户”的意义——宋代建筑门窗功能研究. [D].上海师范大学，2014.

[3]刘鸣. 窗户设计对室内通风的影响因素与模拟分析[J]. 设计·技术, 2017(1):02-13.

[4]黄河. 北方高层住宅自然通风评价方法研究. [D].清华大学，2013

[5]Morgan H.P., Smoke Control Methods in Enclosed Shopping Complexes of One or More Store’s: A Design Summary. BRE, 1979.

[6]Gary D.Lougheed, George V.Hadjisophocieous, P.E., Large Scale Physical Model Studies for an Atrium Smoke Exhaust System. ASHRAE Transactions: Symposia,CH-99-8-2

[7]刘昌景,黄飞,杨志洲等．我国空气污染物与人群呼吸系统疾病死亡急性效应的Meta 分析［J］.中华流行病学杂志，2015，36( 8) :889－895．

[8]王在翔，赵晶，牛泽亮，等.空气污染对心脑血管疾病门诊量影响的Poisson广义可加模型分析[J]中国卫生统计2017，34( 2) :232－235．

[9]梁志江，马远珠，缪华章等．广州地区空气污染对儿童呼吸系统疾病就诊人次的影响研究［J］.环境与健康杂志，2015，32( 6) :481－484．

[10]李泓冰，朱琳，崔国权等．哈尔滨市空气污染对小学生呼吸系统疾病的影响［J］.中国学校卫生，2015， 36( 6) :884－886．

[11]周洪霞，蒋守芳，郭忠等．唐山市大气污染对居民心血管疾病日门诊和日住院人数的影响［J］．现代预防医学，2015，42( 12) :2138－2141．

[12]ASHRAE. Standard 55--1992. American Society of Heating, Refrigerating and Air--conditioning Engineers, Inc. 1791 Tullie Circle, NE Atlanta, GA 30329.

[13]金英姿. 动态热环境中人体热健康的探讨.黑龙江大学自然科学学报. 2003, 20(3): 89-92

[14]H Hensel. The rmoreception and temperature regulation. Academic Pracc Inr. 1981

[15]赵荣义. 关于 热舒适 的讨论. 暖通空调. 2000.30(3) [5] A Auliciems. The atmospheric environment:A study of comfort and performance. University of Toronto Press, 1972

文章版权归作者所有，对未经许可擅自使用者，本公司将保留追究其法律责任的权利。

关于转载：请在公众号后台留言“机构名称+文章标题+转载”，转载时需注明作者及出处，谢谢！

文章版权归作者所有，对未经许可擅自使用者，本公司将保留追究其法律责任的权利。

关于转载：请在公众号后台留言“机构名称+文章标题+转载”，转载时需注明作者及出处，谢谢！返回搜狐，查看更多