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風平衡管理的意義
做好風平衡管理對于公共建筑的節能低碳運行有重大意義。建筑風平衡管理主要關注的是室內外之間的空氣流動（即通風和滲透風），其重要影響因素包括室外環境、建筑本體和空調系統。
公共建筑通常擁有巨大的室內空間，設置有復雜的暖通空調系統，通常是該建筑運行能耗的最大組成部分，并直接影響室內人員的舒適與健康。
在各種運行工況下，可能采用不同的通風模式，如過渡季利用自然通風排熱，冬季減少無組織滲透風以減少耗熱量，采用機械和自然通風強化室內換氣等。
室外環境因素一般難以隨意改變，故實際中多從建筑本體和空調系統兩部分著手進行風平衡管理。從空氣流動的機理角度看，可歸結為“阻力”（建筑氣密性）和“動力”（空間形式和空調系統）兩方面。
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高大空間風平衡
隨著城鎮化的快速發展對基礎設施建設的推動，我國涌現出大量具有多出入口的高大空間特征建筑，以機場航站樓、高鐵客站等交通建筑最為典型。
交通建筑主要滿足人們使用不同交通工具過程中的基本需求，如進出站、票務、等候等，同時存在各種商業活動以提升服務品質，如餐飲、購物、休閑等。
多種需求加上視覺體驗與建筑美學要求，此類建筑往往被設計成單體面積達幾十萬平方米的高大空間建筑，其中還存在大量跨層連通空間，使室內垂直連通高度甚至達到40米以上，而人員一般僅在各樓層近地面2米內活動。
此外，交通建筑中存在大量與室外環境連通的通道，如頂部的屋面縫隙、天窗、側高窗開口、頂部檢修門，底部的各樓層外門、行李轉盤開口、地下通道等等。實際運營中，外門一般頻繁開啟甚至常開。
因此類建筑具有多出入口、高大空間的特點，實測中發現普遍存在嚴重的滲透風問題。在大量室外空氣侵入的情況下，室內呈現出非均勻的熱環境特征，出現熱分層、空調控制區域低于設計溫度等現象。
并且，室內熱環境的實測結果體現出滲透風的流動性特征具有季節性差異。在冬季，高大空間底部呈現負壓，頂部呈正壓，室外空氣通過各層外面滲透進入室內，室內空氣通過頂部開口流向室外；在夏季的滲透風流動方向與冬季剛好相反；而過渡季由于室內外壓差較小，實測中未呈現出熱壓主導的空氣流動方向，可能受風壓作用呈現出同一開口上空氣雙向流動的狀態。
以某航站樓的實測值為例，其滲透風量最大值出現在冬季供暖工況，其次是夏季供冷工況，兩者均大大高于設計機械新風量。在冬夏季，空調系統通過供給熱量/冷量增加室內外溫差，即增加滲透風的熱壓驅動力，可見空調系統會加劇高大空間的滲透風。
再者，同一案例中的冬季典型日的滲透風負荷占比71%，甚至和空調供熱量相當（64%）。假如沒有滲透風，理想情況下僅靠內熱源發熱量可基本抵消圍護結構傳熱量，實現“零能耗供暖”，并且不會因為冬季滲透風通過外門流入，直接影響人員活動區的熱舒適。
那么，如此嚴重的滲透風問題在該類建筑的設計階段是否得到了妥善考慮呢？
在分析我國26座航站樓的設計空調負荷拆分結果中看到，在空調設計階段，通常認為建筑門窗和外圍護結構氣密性良好，而機械新風在空調負荷中占據很大比例，冬季為60%~80%，夏季為30%~50%。
然而在實測結果（見上表）證明了冬季滲透風在實際運行中幾乎完全替代了機械新風，而夏季時也多采用最小新風模式。因此，就我國高大空間交通建筑空調系統的設計而言，和實際運行存在巨大差異，需要針對其滲透風問題提出有效應對方法。
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滲透風的應對方法
一般應對多出入口高大空間滲透風的方法是改善建筑的氣密性。基于建筑風平衡系統分析框架（見下圖），一般的應對方法主要是從空氣流動的“阻力”角度出發，停留在“關門”“堵漏”的層面。
然而“動力”是滲透風產生的根本原因，“動力”主要由主導的熱壓驅動力和空調系統機械新排風造成的機械驅動力決定，可從建筑有效高度和空調系統著手應對。“阻力”與“動力”兩手抓，才能達到更好的滲透風削減效果。
阻力：建筑氣密性
“阻力”主要由建筑開口決定，可以從頂部開口和底部開口著手應對。以建筑底部開口舉例，在開口面積給定的情況下，采用不同方法降低流量系數Cd，以實現增加空氣流動阻力，減少滲透風量。
如上圖所示，理想方形開口的Cd一般為0.6~0.8，但由于通常存在人員、安檢、裝飾物等各種阻礙，實際該類建筑中常開口的空氣流量系數Cd一般為0.4~0.6。
若對外門增加各類阻隔設施，比如設置門斗、多層外門、安裝棉風簾、安裝空氣幕等，隨著開口開度的不斷減小，流量系數將不斷減小。
動力：室內有效高度
降低建筑的室內有效高度，是可以降低滲透風的熱壓驅動力的，有助于減少滲透風量。但這是建筑設計師需要全盤考慮的問題，涵蓋建筑美學、室內人員的視覺體驗等因素，建筑建造階段的應對方案在這里就不做展開論述了。
動力：暖通空調系統
空調末端決定室內主要冷熱量的供給方式和供給量，營造出不同的室內垂直分布，影響滲透風的熱壓驅動力。
冬季供暖工況下，全空間空調和分層空調可營造出相似的室內垂直溫度分布，相當于將送風口高度降低，可將熱風直接送入人員活動區，營造出更均勻的室內熱環境。
夏季供冷工況下，全空間空調營造出最均勻的室內垂直溫度分布，當送風高度降低而成為分層空調時，由于冷風下沉，送風高度以下的空調控制區呈現出均勻的熱環境。
此外，如果在這類多開口高大空間建筑使用輻射采暖技術，可在冬季緩解上熱下冷，夏季實現有效分層，在建筑氣密性難以得到有效保證時，實現比傳統空調末端更低的滲透風量和空調負荷。
動力：排風與補風
暖通空調系統還通過機械新排風影響風平衡。根據實測結果，由于室內空間體積巨大，空調系統難以供給足夠大的機械新風量實現室內正壓，無法完全消除滲透風。
在實際運行中，對于有大量排風需求的區域應減少不必要的機械排風并進行適當補風。例如，餐飲區域熱量、水蒸氣、油煙等物質產生量巨大，廚房的排風系統需要將該區域內的余熱、水分、污染物等有效排出。
為解決該區域排風造成的室內負壓過大給建筑風平衡管理帶來的巨大影響，首先應在廚房排風的主要通風路徑設置相應的感應探頭，對排放需求進行實時監控，并將監控信息傳輸至控制系統進行變頻控制，讓該區域的補風系統與排風系統聯動控制。
此外，還可以直接將室內空氣進行處理后循環送入室內，這樣還能在降低室內溫度的同時，實現對這部分熱量的回收，被加熱的水可以直接送至建筑中的生活熱水系統，相當于實現了預熱功能，減少生活熱水能耗。
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寫在最后
聚焦滲透風最為嚴重的冬季工況，通過比較空調熱負荷計算結果與滲透風量計算結果，并結合相關行業標準，可以得出結論：從“增加阻力”和“減少動力”兩方面出發降低高大空間的冬季滲透風量，可在我國大部分地區實現該類公共建筑的超低能耗供暖。
綜上所述，滲透風是高大空間建筑空調能耗和室內環境的關鍵影響因素。根據大量實測數據發現，該類建筑的滲透風問題普遍存在，冬季尤為突出，夏季次之。因此，如能有效減低公共建筑的滲透風量，將會產生巨大的節能潛力。
（文章整理自《中國建筑節能年度發展研究報告2022》，僅供學習交流使用，完整內容請購買正版圖書。）
