隨着節能環保的推廣,自然通風成爲建築設計的一項新技術

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隨着節能環保的推廣,自然通風成爲建築設計的一項新技術,一些利用自然通風的新技術手段也逐漸被建築師所採用。其中,雙層玻璃幕牆是近年來低能耗建築所廣泛採用的新興技術。雙層幕牆與傳統幕牆相比,其最大特點是,兩層玻璃幕之間留有一定寬度的通風換氣層,該換氣層上下貫通,並在底部和頂部設有通風百葉。在夏季,當換氣層內的空氣被加熱時,熱空氣向上流動,從頂部的百葉排出。同時,外界溫度較低的空氣從底部的百葉被吸入,形成換氣層內的自然通風,以達到自然冷卻的效果。而在冬季,上下兩端的百葉通過調節進風量,保持換氣層內的熱量,從而降低室內熱量損耗。除此之外,諸如設置太陽能風塔,利用煙囪效應進行自然通風的手段也不失爲對傳統拔風井的創新。

一、建築設計與自然通風

1、建築的佈局考量

建築師在考慮利用自然通風進行設計時,首先應判斷當地的風玫瑰,以瞭解整年的風力分佈,並據此在總圖上進行適宜的佈置。其基本原則是儘量使建築的朝向與夏季主導風互成垂直的關係,然而需要注意的是,這種情況下佈置的建築,其背風面會形成較大的漩渦區,對處於靠後建築的通風會有不利影響。所以,在總圖設計中,應結合實際情況,對建築單體的面寬,高度,間距等指標進行分析,以合適的佈局和體量獲得最佳的整體自然通風效果。其次是對項目用地的環境分析,如地勢是否有高差,其高差是處於迎風面還是背風面,地表是否有顯著的障礙物等因素都是需要納入考慮的範疇。對環境分析的結果是建築設計的基本依據,建築師可通過採取豎向設計,景觀設計以及單體設計等方面,減弱不利因素,爲實現自然通風改善條件。

2、建築自然通風控制策略

建築自然通風在不同的季節有不同的使用策略,同一天的不同時刻也有不同使用方法。把應變的思想運用到建築通風設計中,通過改變通風方式和通風量,對建築內部的熱壓差氣流進行控制引導。這就要求充分利用技術條件彌補被動式系統所存在的缺陷,使通風模式與感應器所提供的室內外氣溫、風強度和CO2濃度等信息相聯繫,發揮主動控制的調節作用,提高設備的利用效率,滿足不同季節、不同時段的自然通風需求,實現系統性應變式的自然通風。

3、建築外牆的開口

建築外圍結構的開口可直接影響和控制自然通風的效果,其開口的位置,尺寸及朝向可通過具體分析進行優化。根據相關實驗表明,當出風口面積大於進風口面積10%左右時,室內風速可達到最佳的狀態。不同方位的開口位置決定着室內空氣流動的路線,進風口與出風口之間的高差,可改變氣流在室內流動的方向,在風力較弱時也可促進室內通風。另一方面,開口的形式也是影響通風的一個重要因素。目前大量的公共建築如辦公樓,酒店等,均採用玻璃幕牆系統作爲外部圍護結構,出於安全及防雨的考慮,玻璃幕牆的開窗往往採用只能開啓一定角度的下懸窗。但這種開窗方式極大的影響了自然通風效果,使外部風力難以進入室內,從而進一步的增加了建築對機械通風的依賴。相比之下,平開窗一般可較好的引入風力,而通風百葉在引入風力的同時,還可對風力引入的角度進行控制,以獲取更好的效果。

二、屋頂在機械輔助自然通風中的作用

1、對於很多地區的建築來說,完全自然通風並不是每個季節都適宜的;有些建築受特定條件的制約,也不具備低進高出的氣流走廊。這時的建築自然通風就必須藉助機械裝置的輔助,或者是根據不同時段、不同季節進行完全自然通風和機械通風的輪換。英國諾丁漢大學朱比麗分校的主體建築具備兩套通風措施:在室外氣候溫和的時候,氣流在凹進的中庭入口的引導下,經過大門口上部開啓的百葉進入中庭內,再由中庭另一端屋頂上的玻璃百葉排出,這時是完全自然通風模式。在酷熱或嚴寒季節,建築的門窗關閉,新鮮的空氣通過屋頂上風塔的機械抽風和熱回收裝置被引到風道中,然後進入各層樓板的夾層空間,進而在樓板低壓發散裝置的輔助下進入室內;而廢氣的排出是通過走道和樓梯間的抽風作用,最終又回到風塔上部,經過熱回收和蒸發冷卻裝置,最終由風斗排出,這時採用的就是機械輔助的自然通風模式。

2、屋頂除了作爲整個建築自然通風系統的一個組成部分,利用天窗、煙囪、風斗等構造爲氣流提供進出口外,本身也可以成爲一個獨立的通風系統。這種通風屋頂內部一般有一個空氣間層,利用熱壓通風的原理,使氣流在空氣間層中流動,以提高或降低屋頂內表面的溫度,進而影響到室內空氣的溫度。在日本的OM 陽光體系住宅中,室外空氣由屋頂下端被吸入空氣間層,並被安裝在屋頂上的玻璃集熱板加熱,受熱後上升到屋頂的最高處。屋頂最高處設置了空氣處理裝置,包括空氣閥門、熱交換盤管和一個小型風機。這個裝置既能將加熱過的空氣通過管道送到建築的各個角落,又能將不需要加熱的空氣由排氣管排出 。在德國慕尼黑的一項將倉庫改造成設計工作室的工程中,原有外圍護結構的熱工性能無法滿足新的用途。建築師赫爾佐格在室內加建了一層包裹住整個屋頂及大部分外牆內表面的薄膜,使薄膜和原有外圍護結構間的空氣成爲一道阻熱層,起到了保溫和熱緩衝的作用。

以上就是隨着節能環保的推廣,自然通風成爲建築設計的一項新技術的全部內容。利用熱壓進行自然通風的原理雖然簡單,但選擇具體構造或技術措施時還需要根據建築的功能和地理位置考慮;僅有定性的設計還不夠,爲了使通風起到實質性的製冷或採暖效果,需要對進出風口的氣流量、進出風口開關的時間、中庭屋頂的採光量、機械抽風裝置的運轉時間等參數進行定量的計算。這時往往需要藉助風洞模型或計算機模擬實驗等方法才能得到精確的數值。

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