开窗方式对室内通风效率影响的研究及优化

开窗方式对室内通风效率影响的研究及优化
张然;方鹏飞;李燕青
【摘要】文章探究了不同的开窗方式对室内通风效率的影响,并对比研究了几种开窗方式的优劣.之后通过综合研究提出了一种新的开窗方式并加以探讨,用计算机模拟的方法对其通风效率做出效果模拟,验证了这种新形式的开窗方式在室内通风方面的优势,以期为今后的建筑开窗提供一种新的选择和思路.
【期刊名称】《建筑与文化》
【年(卷),期】2017(000)007
【总页数】2页(P161-162)
【关键词】开窗方式;室内风环境;通风效率;模拟研究
【作者】张然;方鹏飞;李燕青
【作者单位】合肥工业大学;合肥工业大学;合肥工业大学
【正文语种】中文
1 引言
在建筑室内自然通风的情况下，开窗是最主要的通风手段。

而不同的开窗大小、数量、位置、形式也会导致不同的室内通风效率。

文章将着重研究建筑的不同开窗形式对室内通风效率的影响。

我国大部分区域处于季风气候，风向风速全年多变，目前常见开窗形式对风向风速的适应性方面做得还不是很好，因此本次研究在对比不同开窗形式优劣的情况下，希望提出一种新的开窗方式可以有效解决风向和风速的
适应性，这也是文章的重点及创新所在。

2 几种传统开窗方式的优劣对比
建筑的开窗方式多种多样，经过笔者整理归类发现，最常见的可大体分为三类：
平开窗：最原始最古老的一种开窗方式（如图1），分内开与外开，常见于老旧建筑。

此种方式构造简单，造型优美，开窗面积大，相应实际通风面积大。

但缺点是构造不够牢固，损坏率较高，大多采用普通玻璃或者纱窗，而且使用起来不是很方便。

现代的平开窗大多使用塑钢或者铝塑材料，牢固性得到了一定的保证，但缺点是无法随意控制开窗角度，在外开时窗扇极易随风摆动，内开时又会占用较大的室内空间，十分影响其使用性。

另一方面，此类开窗对开启面积的调节性很差，基本无法做到对实际开启面积的调节，外开时的窗扇虽然可以具有一定的导风作用，但是开启的窗扇没有办法很好地固定，反而会影响其导风效果。

也是由于以上诸多的缺点，这类开窗形式在当今的建筑设计中的使用也是越来越少。

图1 平开窗（图片来源：互联网）
上（下）悬窗：大多为外开，是一种比较现代的开窗方式（如图2），但也是从原始开窗方式中演化而来。

这种窗户的特点是造型美观，占用面积小，开启方便，由于构造的特殊性，可以比较好的控制开启角度。

多运用高层公建和玻璃幕墙开窗，部分住宅也会使用。

但缺点是可开启面积小，通风效率不是很高。

以实际使用为例，由于开启方式不同，对室外高风速的阻挡效果较好，风向的适应性也较强。

但由于开启面积小，对于低风速的适应性很差，不能达到一个良好的通风效果。

但由于其对高风速有很好的阻挡作用，这种开窗方式在高层建筑尤其是高层公建中的使用率还是相当高的。

而在多层住宅或者低层区域，其使用率就要低得多。

这也是上（下）悬窗的使用局限性所在。

图2 上悬窗（图片来源：互联网）
推拉窗：现代住宅最常见最普遍的开窗形式（如图3），平开窗使用非常方便，不
占用内外空间，构造牢固使用周期长。

但缺点是造型普通，窗户大小和样式会受到限制，另一方面，由于构造形式的原因，会损失一半的开口面积，这也降低了通风效率。

此类开窗形式的另一个缺点就是对风向风速的适应性较差。

以高层住宅为例，现如今的高层住宅普遍使用推拉窗，而在高空区域风速较大，当风向垂直于开窗墙面时会导致窗口风速非常大，这会一定程度上影响室内的舒适度，这点相信住在城市高层住宅的人都深有感触。

而在室外风速很低时，开启面积可调节的特点还是能带来一定的通风效果。

这种特点也恰好与上悬窗相反。

然而由于在构造上无任何导风作用，这种开窗方式对方向的适应性还是比较一般的。

图3 推拉窗（图片来源：互联网）
3 新形式的开窗探讨
对比以上三种方式的优劣，笔者希望能探讨一种新的开窗方式。

这种方式要能适应不同的风向和风速，对于强风要有阻拦作用降低风速，对于微风要有引导作用带动室内空气流通。

探讨一种方式可以同时具有上述三种开窗的优点，便是解决此问题的有效途径。

因此，笔者经过反复研究论证，提出了一种新的开窗方式并加以探讨。

这种新的开窗方式称作旋转式（见图4），它的灵感来源于旋转门。

窗户的窗扇面积不大，在窗扇中央有一个转轴，可以使之绕轴旋转。

这样的好处是结合了上悬窗与平开窗的优点，又做到了相对较大的开启面积。

最重要之处在于窗扇可以360°旋转，这可
以在改变开启面积的同时又增加了对风向阻拦、引导的灵活性。

经过研究分析，可以推测这种开窗方式具有以下优点。

优点1：能做到最大开启面积
旋转式窗户的可开启窗扇面积与窗户洞口面积是相同的，因此可以做到最大的开启面积，当风向与开启的窗扇方向平行的时候，其对风速的阻挡几乎可以忽略不计，所以其开启面积几乎相当于整个洞口的面积。

但缺点是会稍微占用到一定的室内空
间，这个问题可以通过减少窗扇宽度的方法来尽量减少占用室内的面积，把对室内空间利用的影响降到最低。

优点2：能适应不同的风向环境
图4 旋转式开窗示意图（图片来源：作者自绘）
能适应不同的风向是这种开窗方式最大的优点，由于其窗扇可以360°旋转，因此
在需要快速通风时，可将窗扇与风向调整成平行位置以达到最大的通风效率。

即使是横风或者是负压引起的室内向外的风向，也可以通过调整开窗方向来引导气流达到快速通风的效果。

其运行原理(见图5）。

优点3：能适应不同的风速环境
此类开窗的另一个优点是可以适应不同的风速环境，当建筑室外风速过大时，对室内的舒适风环境营建是不利的。

因此当风速过大时，可以通过调整迎风面受风面积来对来风进行一个很好的阻挡作用来减小风速。

当风速过小或者处于微风状态下，则可以增大开口面积来获得最大的进风量。

原理见图6。

旋转式开窗的最大优点也在于此，可以根据实际的室外风环境状况进行灵活调节，以达到最大的风速适应性。

优点4：组合形式灵活
由于此类形式的窗户窗扇面积小，宽度窄（图7中设计为0.6m），因此可以做到灵活的组合和排列。

作为单窗时，和多窗并列时，其视觉效果都是不同的。

另外，还可以合并为一窗多扇的形式，使其能满足更多不同的功能需求和外观需要（如图7）。

在一窗多扇的形式中，还可以增设联动轴使得多扇窗户统一选装控制，使用起来更加方便。

图5 风向适应性示意图（图片来源：作者自绘）
图6 风速适应性示意图（图片来源：作者自绘）
图7 单扇并列（左）和一窗多扇（右）的组合形式（图片来源：作者自绘）
4 综合对比及模拟分析
通过对旋转式开窗方式的理论分析，已经对其效果和优点有了一个基本的判断。

为了进一步验证这四种方式的实际效果尤其是新型旋转式开窗的优势，对这几种开窗形式进行了计算机软件模拟。

在模拟中房间面积统一设置为9㎡，开窗面积为1.8㎡。

风速为1m/s，风向为斜向吹向窗口。

其模拟结果如下表1。

表1 三种开窗方式结果对比（表格来源：作者自绘）?
通过对比上述三组数据，可以显而易见地看见这四种开窗形式通风效率的优劣。

也可看出旋转式开窗方式在通风效率上的优越性。

旋转式开窗方式的优点在于通风效率高，对于不同的风速风向有很强的适应性。

由于窗扇可绕轴旋转十分灵活，在需要加速通风换气和需要减小窗口风速时都有应对办法并能取得不错的效果。

5 小结
文章通过理论研究和软件模拟，探讨了窗口通风的各种方式和优劣，并提出了一种新型开窗方式并加以探讨。

从理论研究以及软件模拟论证的结果可以看出新型旋转式开窗在通风上的优越性。

尤其是在当今十分倡导和注重绿色建筑的建筑大环境下，此类开窗形式的探究对于绿色建筑设计极为有意义。

建筑有良好的自然通风也是绿色建筑要求的一部分，现如今许多建筑的自然通风或多或少都存在局部房间通风较差的问题。

合理地使用旋转式开窗可以有效解决室内风速较低和空气龄较差的问题。

而在实际设计中需要做到灵活运用，针对不同的室外风环境情况，可以有不同的针对性策略以达到最佳的通风效果。

总而言之，此类开窗的设计思路不仅可以提高室内通风效率，解决风场较差的房间室内通风的难题，也能为绿色建筑设计提供很好的借鉴。

参考文献：
【相关文献】
[1]王冬梅建筑窗口对室内风环境影响研究[J]绿色建筑与室内环境优化,2014.
[2]王旭建筑室外风环境和室内通风的试验和数值模拟研究[D]浙江大学，2011
[3]饶永，张然洞口主导的自然通风模式下室内通风效率模拟研究[J]安徽建筑,2016.
[4]石卉门窗不同开度下自然通风对室内空气品质及能耗的影响[C]全国暖通空调制冷学术年会论文集，2008。