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风平衡管理的意义
做好风平衡管理对于公共建筑的节能低碳运行有重大意义。建筑风平衡管理主要关注的是室内外之间的空气流动（即通风和渗透风），其重要影响因素包括室外环境、建筑本体和空调系统。
公共建筑通常拥有巨大的室内空间，设置有复杂的暖通空调系统，通常是该建筑运行能耗的最大组成部分，并直接影响室内人员的舒适与健康。
在各种运行工况下，可能采用不同的通风模式，如过渡季利用自然通风排热，冬季减少无组织渗透风以减少耗热量，采用机械和自然通风强化室内换气等。
室外环境因素一般难以随意改变，故实际中多从建筑本体和空调系统两部分着手进行风平衡管理。从空气流动的机理角度看，可归结为“阻力”（建筑气密性）和“动力”（空间形式和空调系统）两方面。
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高大空间风平衡
随着城镇化的快速发展对基础设施建设的推动，我国涌现出大量具有多出入口的高大空间特征建筑，以机场航站楼、高铁客站等交通建筑最为典型。
交通建筑主要满足人们使用不同交通工具过程中的基本需求，如进出站、票务、等候等，同时存在各种商业活动以提升服务品质，如餐饮、购物、休闲等。
多种需求加上视觉体验与建筑美学要求，此类建筑往往被设计成单体面积达几十万平方米的高大空间建筑，其中还存在大量跨层连通空间，使室内垂直连通高度甚至达到40米以上，而人员一般仅在各楼层近地面2米内活动。
此外，交通建筑中存在大量与室外环境连通的通道，如顶部的屋面缝隙、天窗、侧高窗开口、顶部检修门，底部的各楼层外门、行李转盘开口、地下通道等等。实际运营中，外门一般频繁开启甚至常开。
因此类建筑具有多出入口、高大空间的特点，实测中发现普遍存在严重的渗透风问题。在大量室外空气侵入的情况下，室内呈现出非均匀的热环境特征，出现热分层、空调控制区域低于设计温度等现象。
并且，室内热环境的实测结果体现出渗透风的流动性特征具有季节性差异。在冬季，高大空间底部呈现负压，顶部呈正压，室外空气通过各层外面渗透进入室内，室内空气通过顶部开口流向室外；在夏季的渗透风流动方向与冬季刚好相反；而过渡季由于室内外压差较小，实测中未呈现出热压主导的空气流动方向，可能受风压作用呈现出同一开口上空气双向流动的状态。
以某航站楼的实测值为例，其渗透风量最大值出现在冬季供暖工况，其次是夏季供冷工况，两者均大大高于设计机械新风量。在冬夏季，空调系统通过供给热量/冷量增加室内外温差，即增加渗透风的热压驱动力，可见空调系统会加剧高大空间的渗透风。
再者，同一案例中的冬季典型日的渗透风负荷占比71%，甚至和空调供热量相当（64%）。假如没有渗透风，理想情况下仅靠内热源发热量可基本抵消围护结构传热量，实现“零能耗供暖”，并且不会因为冬季渗透风通过外门流入，直接影响人员活动区的热舒适。
那么，如此严重的渗透风问题在该类建筑的设计阶段是否得到了妥善考虑呢？
在分析我国26座航站楼的设计空调负荷拆分结果中看到，在空调设计阶段，通常认为建筑门窗和外围护结构气密性良好，而机械新风在空调负荷中占据很大比例，冬季为60%~80%，夏季为30%~50%。
然而在实测结果（见上表）证明了冬季渗透风在实际运行中几乎完全替代了机械新风，而夏季时也多采用最小新风模式。因此，就我国高大空间交通建筑空调系统的设计而言，和实际运行存在巨大差异，需要针对其渗透风问题提出有效应对方法。
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渗透风的应对方法
一般应对多出入口高大空间渗透风的方法是改善建筑的气密性。基于建筑风平衡系统分析框架（见下图），一般的应对方法主要是从空气流动的“阻力”角度出发，停留在“关门”“堵漏”的层面。
然而“动力”是渗透风产生的根本原因，“动力”主要由主导的热压驱动力和空调系统机械新排风造成的机械驱动力决定，可从建筑有效高度和空调系统着手应对。“阻力”与“动力”两手抓，才能达到更好的渗透风削减效果。
阻力：建筑气密性
“阻力”主要由建筑开口决定，可以从顶部开口和底部开口着手应对。以建筑底部开口举例，在开口面积给定的情况下，采用不同方法降低流量系数Cd，以实现增加空气流动阻力，减少渗透风量。
如上图所示，理想方形开口的Cd一般为0.6~0.8，但由于通常存在人员、安检、装饰物等各种阻碍，实际该类建筑中常开口的空气流量系数Cd一般为0.4~0.6。
若对外门增加各类阻隔设施，比如设置门斗、多层外门、安装棉风帘、安装空气幕等，随着开口开度的不断减小，流量系数将不断减小。
动力：室内有效高度
降低建筑的室内有效高度，是可以降低渗透风的热压驱动力的，有助于减少渗透风量。但这是建筑设计师需要全盘考虑的问题，涵盖建筑美学、室内人员的视觉体验等因素，建筑建造阶段的应对方案在这里就不做展开论述了。
动力：暖通空调系统
空调末端决定室内主要冷热量的供给方式和供给量，营造出不同的室内垂直分布，影响渗透风的热压驱动力。
冬季供暖工况下，全空间空调和分层空调可营造出相似的室内垂直温度分布，相当于将送风口高度降低，可将热风直接送入人员活动区，营造出更均匀的室内热环境。
夏季供冷工况下，全空间空调营造出最均匀的室内垂直温度分布，当送风高度降低而成为分层空调时，由于冷风下沉，送风高度以下的空调控制区呈现出均匀的热环境。
此外，如果在这类多开口高大空间建筑使用辐射采暖技术，可在冬季缓解上热下冷，夏季实现有效分层，在建筑气密性难以得到有效保证时，实现比传统空调末端更低的渗透风量和空调负荷。
动力：排风与补风
暖通空调系统还通过机械新排风影响风平衡。根据实测结果，由于室内空间体积巨大，空调系统难以供给足够大的机械新风量实现室内正压，无法完全消除渗透风。
在实际运行中，对于有大量排风需求的区域应减少不必要的机械排风并进行适当补风。例如，餐饮区域热量、水蒸气、油烟等物质产生量巨大，厨房的排风系统需要将该区域内的余热、水分、污染物等有效排出。
为解决该区域排风造成的室内负压过大给建筑风平衡管理带来的巨大影响，首先应在厨房排风的主要通风路径设置相应的感应探头，对排放需求进行实时监控，并将监控信息传输至控制系统进行变频控制，让该区域的补风系统与排风系统联动控制。
此外，还可以直接将室内空气进行处理后循环送入室内，这样还能在降低室内温度的同时，实现对这部分热量的回收，被加热的水可以直接送至建筑中的生活热水系统，相当于实现了预热功能，减少生活热水能耗。
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写在最后
聚焦渗透风最为严重的冬季工况，通过比较空调热负荷计算结果与渗透风量计算结果，并结合相关行业标准，可以得出结论：从“增加阻力”和“减少动力”两方面出发降低高大空间的冬季渗透风量，可在我国大部分地区实现该类公共建筑的超低能耗供暖。
综上所述，渗透风是高大空间建筑空调能耗和室内环境的关键影响因素。根据大量实测数据发现，该类建筑的渗透风问题普遍存在，冬季尤为突出，夏季次之。因此，如能有效减低公共建筑的渗透风量，将会产生巨大的节能潜力。
（文章整理自《中国建筑节能年度发展研究报告2022》，仅供学习交流使用，完整内容请购买正版图书。）
