绿色建筑中的自然通风

绿色建筑中的自然通风（共9篇）

绿色建筑中的自然通风 篇1

1概述

绿色建筑中的自然通风主要是利用建筑内部和外部的风力、热压所形成的风推进空气流动从而实现通风换气。自然通风主要作用是通过通风换气来改善室内空气质量、实现降温通风功能。自然通风是现在绿色建筑中普遍采用的节约空调能耗、改善建筑热环境的新技术,从而减少能源消耗。采用自然通风,具有重要意义:

⑴实现有效的改变室内温度。当建筑室外的空气温度与室内不同时,利用自然通风能够在不消耗空调系统、电能资源的前提条件下,降低或升高建筑室内温度,交换室内外空气,从而为室内提供适宜、舒适温度。

⑵自然通风能够提供清洁、新鲜的新风,有利于人体心理及生理健康。建筑室内空气质量较低的主要原因是由于新风量的缺少。人体长期处于空调设置的恒温环境下,容易导致抵抗力下降,产生各类疾病。采用自然通风,能够在排除室内浑浊空气的同时,满足人类和大自然交往的心理需求。

2绿色建筑和自然通风的定义

⑴绿色建筑。所谓的绿色建筑,是指建筑在全寿命的周期之内,在资源上能够进行最大的节约,比如节地、节能、节水以及节材等,能减少污染,对环境进行保护,并能为人类提供舒适、健康以及高效的使用空间,能够做到和睦相处,谐平共生。

⑵自然通风。建筑内部是不是具备通风条件,将对人们的健康起着重大影响。具有通风条件的建筑内部,通过空气的流通以及气流对人体的影响,并通过对室内温度、气温以及内表面的温度,对人们的健康进行间接影响。关于自然通风所产生的作用,人们通常认为有3种功能,且功能不同:第一,热舒适通风。皮肤如果过于潮湿,会引起不舒适的感觉,这类通风可以对皮肤的不舒适起到改善作用,可以帮助体内散热。第二,健康通风。这类通风可以保持室内的空气质量。第三,降温通风。当室内温度比室外温度高时,可以对建筑构件进行降温。根据有关资料表明,当室内与室外的温度相差比较大的时候,开窗达到十分钟以上,就可以对室内空气换气一次,温度相差不大时,大约三十分钟左右会换气一次。热压与风压是自然通风的最基础的条件,因此,为了实现通风,通常依靠三种方法:第一,通过对热压的利用进行通风;第二,通过对风压的利用进行通风;第三,通过对风压与热压的利用进行通风。

①通过对热压的利用进行通风

烟囱的主要作用是拔火拔烟,把烟气排走,净化室内的空气,这就是所谓的“烟囱效应”。而通过对热压的利用进行通风,就是根据以上原理,再根据建筑内部空气密度的差别,冷空气下降,热空气上升的原理,促进自然通风的形成。在热压作用的进行下,进风、出风风口高度的区别,以及室内外的温度差,都会对它产生影响,在温度差越大,高度差也越大的情况下,会使热风通风具有很明显的效果。

②通过对风压的利用进行通风

这里所说的风压,是指空气流在受到外物阻挡的情况下所产生的静压。当风面对着建筑物正面吹袭时,建筑物的表面会进行阻挡,这股风处在迎风面上,静压自然增高,并且有了正压区的产生,这时气流再向上进行偏转,并且会绕过建筑物的侧面以及正面,并在侧面和正面上产生一股局部涡流,这时静压会降低,负压差会形成,而风压就是对建筑背风面以及迎风面压力差的利用,压力差产生作用,室内外空气在它的作用下,压力高的一侧向压力低的一侧进行流动,并且这个压力差与建筑与风的夹角、建筑形式、四周建筑布局等几个因素关系密切。

⑶通过对风压与热压的利用进行通风。

建筑中能够产生自然通风,经常是在风压与热压共同作用情况下进行的,只是由于它们之间作用的程度不一,所以对建筑物整体自然通风的作用也不同。对于热压而言,由于它具有的相对稳定性,更容易产生烟囱效益的拔风作用;对于风压作用而言,因为经常受到地方风、大气环流以及周围形状、建筑形状的影响,所以比较不稳定。因此,当热风与风压同时作用的情况下,甚至可能有减弱通风效果的状况出现。当热压与风向作用的流线方向保持一致时,它们之间会相互促进;反之,它们之间就会产生阻碍作用,并且对自然通风产生影响。

3绿色建筑中的自然通风设计

3.1进风口窗户的面积大小以及窗口的朝向问题

室内空气的流动主要受到进风口窗户面积大小以及窗户朝向的影响。要想使得绿色建筑室内空间具有良好的通风性,就要对进风口进行合理的设计,使得进风口的面积小于出风口面积,两者之间的差距值最好控制在10m2左右。另外,要对绿色建筑窗口的朝向进行合理的设计,如果绿色建筑的窗户设计在相邻的两面墙上,则可以直接对着风向进行开窗处理,而如果将窗户设计在相对的两面墙上,则房间的方向就不要顺着主导方向开窗。在绿色建筑中利用窗户进行自然通风,要严格注意窗户的设计位置,使得室内空间可以形成一定的风压,利用加大的风压对较小的风压进行推动,就会产生自然通风。

3.2利用双层玻璃幕墙

就节能的效果来说,外遮阳设备要比内遮阳节能效果要好。但是外遮阳设备的造价较高,而且对于建筑的美观度也有一定的影响,因此,在绿色建筑通风设计中并不常用。而采用内遮阳进行通风设计,其节能的效果又不太理想,所以可以将两者进行结合,采用双层玻璃幕墙,来进行通风设计,这主要是利用了双层玻璃之间留有的一定空隙,来实现的自然通风。在夏季的时候,建筑室外的空气温度较高,而室内的空气温度则较低,冷热空气的交替会在双层玻璃幕墙中形成一定的风压,从而实现自然通风。而在冬季时,双层玻璃幕墙之间会吸收太阳光的温度,形成一定的温室环境,利用自然阳光的温度,使得维护结构表面的温度得到提升,使得室内温度得到有效的保存,从而有利于降低热能的消耗,实现节能的目的。在绿色建筑中,利用双层玻璃幕墙进行节能,主要的应用优势包括以下几个方面:首先是利用双层玻璃幕墙可以实现夜间的自然通风;其次双层玻璃幕墙对于噪音可以产生有效的阻隔作用,使得建筑室内不会受到噪音的严重影响,从而保障人们的休息;最后,双层玻璃幕墙能够减少开窗通风,对室内的温度能够进行有效的控制,不会因为开窗通风而对室内温度造成影响,这样能够有效减少热能的消耗,以达到节能的目的。

3.3利用中庭

在现代建筑中,中庭设计逐渐受到人们的重视,很多的建筑中都会设计有中庭结构,之所以设计中庭是为了有效提高建筑的采光度和增加室内空间的美观效果,但是如果在进行中庭设计的时候,出现设计上的失误或者是中庭结构的设计不够规范,那么不仅会使得中庭的作用无法有效的发挥,还会使得能源的消耗加剧,不利于节能工作的开展。所以,在进行中庭设计时,要注意利用中庭的热压作用,使得中庭可以实现自然通风,充分利用中庭的自然通风性能,以降低绿色建筑中中庭建设对能源的消耗,从而实现绿色建筑的可持续发展。

3.4屋顶部分

屋顶是建筑设计中重要的构成部分,在绿色建筑中,屋顶的形式也决定了其节能的效果。同时不同的屋顶形式也会产生不同的自然通风效果,对于通风来说不同的屋顶形状会对建筑室外的风压造成影响,同时也对自然通风效果造成影响。在选择屋顶形状时,要尽量选择翼形屋顶等结构形式,促使外界气压形成高压区和低压区,并辅助于机械通风器从而促进建筑自然通风效果的实现。依据相关实验结果表明,屋顶形状和高度对室内气流的分布和流速也具有重要影响,通过合理设计屋顶高度和屋顶形式,可以改善建筑自然通风效果,最大限度实现建筑节能。

4自然通风的节能和绿色建筑的低能耗之间的联系

绿色建筑其实就是一种环保建筑,并且可持续发展,绿色建筑也可以称为生态建筑,在建筑的全生命周期内,绿色建筑是以对能源的充分利用以及节约能源作为目标,并且为人们提供健康、舒适的生活环境以及工作空间。绿色建筑以低能耗的技术策略,减少了对自然环境的影响。绿色建筑采用了绿色技术与环境技术,不仅能减少建筑能耗,还能充分地对自然资源进行利用,而自然通风作为舒适、健康以及节能的室内环境的调节方式,成为绿色建筑不可缺少的一项内容。作为一种生态技术,自然通风在实际的运用时,要结合建筑材料、太阳能、自动控制以及自然采光等特点,并通过对计算机模拟技术的运用,根据实际案例进行研究。随着人们对生态技术的追求,人们对于这种健康、廉价的自然通风将会越来越喜欢,并且会更多地被利用。

5结语

在建筑设计时通风问题将会更具复杂性,可能不再是简单的通风换气而是要考虑更多舒适性问题,比如怎样消除PM2.5,怎样降低室外的噪音传入室内等。绿色低碳已经是建筑行业的主流发展趋势,实现绿色设计理念,不仅将享有巨大的市场份额和可观的利润来源,更是对中国未来社会发展的一种责任,所获得的也将是经济效益和社会效益的双丰收。

参考文献

[1]王英童.探寻适应地域性特点的通风策略[J].低温建筑技术,2009.31.

[2]杨晖.绿色建筑中的自然通风[J].节能与环保,2003.5.

绿色建筑中的自然通风 篇2

关键词：自然通风；学校建筑设计

中图分类号：TU244．2文献标识码：A文章编号：1000—8136(2009)24—0039—02

长久以来，自然通风作为一项传统的建筑防热技术，具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点，是人类历史上长期赖以改善室内环境的原始手段。过去，在湿热地带，人们就开始懂得利用了自然通风，如其建筑都有开阔的窗户、轻便的墙体、深远的挑檐、高高在上的顶棚并设置有通风口、架空的建筑等，这在一定程度上表明，人类早就开始利用自然通风来调节室内环境。

如今，虽说空调已经广泛使用，但在学校建筑大量引入空调装置并不是好事；且由于当今社会高度提倡节约能源，为了保持空气良好品质，有效控制病毒传播，在这样的背景下，把自然通风这种传统建筑生态技术应用在学校建筑设计中，有着重要的意义。

1自然通风的原理

建筑的自然通风从动力来源上可分为完全自然通风和机械辅助自然通风两种模式。而完全自然通风的有两个主要的原因是风压以及室内外空气密度差。自然通风的原理有以下几点：

1．1风压作用下的自然通风

风的形成是由于大气中的压力差，而风压作用下则是指利用自然界风的力量使室内进行通风换气。如果风在通道上遇到了障碍物，如树和建筑物，就会产生能量的转换。动压力转变为静压力，于是迎风面上产生正压(约为风速动压力的0．5～0．8倍)，而背风面上产生负压(约为风速动压力的0．3～0．4倍)。如建筑物上有门窗，风可以从迎风面的门窗吹进来，室内空气则从背风面孔口排出，就形成了全面换气的风压自然通风。但需注意的是，某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对于风向的方位、风速和建筑周围的自然地形有关。

1．2热压作用下的自然通风

热压是室内外空气的温度差引起的，就是利用热空气上升的原理，在建筑物上部设排风口，排出室内被污染的空气，吸入室外新鲜的空气。由于温度差的存在，室内外密度差产生，沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度，如果室内温度高于室外，建筑物的上部将会有较高的压力，而下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口时，空气通过较低的开口进入，从上部流出；如果室内温度低于室外温度，气流方向相反。热压的大小取决于两个开口处的高度差和室内外的空气密度差。在设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔，如楼梯间、中庭等，满足进、排风口的高度差，将建筑各层的热空气排出，使得建筑物能够具有良好的通风效果。

1．3风压、热压共同作用下的自然通风

在实际建筑中的自然通风是风压和热压共同作用的结果。只是各自的作用有强有弱。由于风压受到天气、室外风向、建筑物形状、周围环境等因素的影响，风压与热压共同作用时并不是简单的线性叠加。如同一建筑物，迎风面下部热压，风压作用的方向一致，进风量要比热压单独作用时大，如果迎风面上部的风压大于热压，就不能从上部开口排气，相反将变为进气，进成倒灌。但由于室外风速、方向甚至在一天内也变化不定，为了保证自然通风的效果，风压在计算中一般均不予考虑；不过由于风压是客观存在的，故定性地考虑风压在自然通风中的影响，使风压和热压作用相互补充，密切配合使用，仍是必要的。

1．4机械辅助式自然通风

在学校建筑设计中，由于人口密度大，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风；且对于空气污染和噪声污染比较严重的城市，直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内，不利于学生的身体健康。在这种情况下，可借助一种机械辅助方式加速室内通风。

2自然通风在学校建筑设计中的实现

影响自然通风的因素，对于学校建筑规范而言，有建筑物的朝向、空间布局、建筑群布局、门窗设计等，只有合理设计，方能达到自然通风和节约能源的目的。

2．1建筑物的朝向和平面形状

要确定建筑物的朝向，不但要了解当地日照量较多的方向，还要了解当地风的相关特性，包括冬季和夏季主导风的方向、速度以及风的温度。经测试表明：东西向比南北向的冷负荷约增加70％。因此，无论从改善夏季自然通风、调节房间热环境，还是从减少冬季、夏季的房间采暖空调负荷的角度来讲，建筑物应尽量采用南北向，学校类建筑更应该如此。本身，在教室集中的教学楼等区域，安装空调机的需求较少，对会议室、教师办公室、休息室等个别需要布置空调的房间，应尽量避免将空调布置在东西朝向的房间，东西墙上有窗户的房间以及平屋顶的顶层房间。对实验室等有特殊温度需要，或集中的办公、休息区这样空调使用频率较高的建筑空间，应在房屋体积确定的前提下，尽可能的减少外围护结构的表面积，这直接减少该建筑的冷负荷，最终减少能耗。

2．2建筑物的空间布局

教学楼通常多数是依靠自然通风降温的建筑，空间布局上力求开敞，一般都以较大面积的窗口自然通风并实现教室采光。这样，才会在满足使用功能的前提下，最低限度的进行通风和温控设备投入，进而降低耗能。对设有空调系统的建筑，其空间布局应以紧凑为主要核心原则，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷。

2．3建筑群布局的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。现代学校要求建筑物之间能联络方便、尽量通畅、便捷，因此学校内各类建筑物多采用集中式布局，建筑群体也多以成团的方式组合，如学校学生宿舍，则一般采用的是行列式建筑布局，虽然建筑群内部的流场因风向投射角不同而有很大变化，但总体说来受风面较小；错列和斜列可使风从斜向导入建筑群内部，下风向的建筑受风面大一些，风场分布较合理，所以通风好。

2．4门窗开口的优化设计

在学校类建筑中，尽可能的优化门窗布局，减少门窗数量、窗墙比等，可直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。据测定显示，当开口宽度为开间宽度的1／3～2／3时，开口大小为地板总面积的15％～25％时，通风效果最佳。因此，在学校建筑设计中，应避免采用一些直接或间接增加门窗面积的设计，最大限度的减少洞口面积；另外，当门窗洞口面积增加，外墙面积减少的时候，也就是窗墙比加大的时候，其将直接影响建筑的热特性，则在学校实验室、冷库等空调房间两侧温差大的外墙面积及窗的面积应尽量减少。

2．5注重“穿堂风”的组织

“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹人室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大，房屋内部空气流动阻力越小，通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。

2．6屋顶的自然通风

当室内存在贯穿整幢建筑的“竖井”空间时，就可利用其上下两端的温差来加速气流，以带动室内通风，其实质就是“温差——热压——通风”的原理。作为建筑共享空间的中庭就可以胜任这个“竖井”的职能，一般来说，其所占空间比例以超过整幢建筑的1，3为宜。这种屋顶的自然通风一般有：一是在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层；二是利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。

2．7太阳能强化自然通风

太阳能强化自然通风，充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。在学校建筑设计中，被动的太阳能技术包括：利用合理的建筑设计达到自然通风和采光，利用遮阳设施调节教室光线等。通过采用主动太阳能技术，实现建筑增量成本少，提高建筑舒适性，降低学校能耗的建设目标。

3结束语

建筑自然通风在设计中的应用 篇3

自从出现空调以后, 我们能够更加主动地去掌控环境, 不需要像过去那样去一位的适应环境了。创造前所未有的室内舒适气候要求, 由于它的大面积的使用, 人们开始忽视自然通风。不过, 在当今时代, 在今天全球能源紧张、空气品质 (IAO) 恶化以及建筑综合征 (SBS) 等, 为了保持良好的室内空气品质, 此时我们要再次认真地分析该自然通风的相关技术。正是因为这种前提条件, 将自然通风工艺应用到当代的建筑中, 具有非常显著的意义。

1 原理分析

我们平时说建筑的自然通风, 实际上是经过物体设置的门窗, 此时会有空气随着门窗等进入室内, 并且流通, 就会形成气流。它会受到建筑物外表面的压力以及门窗开口的特点影响。压力分布是动力, 而各开口的特点则决定了流动阻力。对自然通风来说, 建筑中的空气运动主要有两个要素, 风压以及室内外空气密度差。两者可以独立对空气产生作用, 也可结合到一起产生作用。在具体的建筑里, 很多时候都是上述两者融合到一起作用的, 只不过两者有大有小而已。因为气候以及风向和建筑的状态等等都会影响到风压, 上述两者的结合并非是单纯意义上的组合, 所以, 设计者要深入的分析其中的要素, 确保两者能够呈现出互相补充的作用, 确保自然通风效果合理、有效。

2 自然通风的意义

目前, 许多建筑中都开始使用自然通风技术, 之所以大力推崇此项技术, 就是为了用其带替空调体系, 降低能耗。在此步骤中有两项内容是非常关键的。首先是实现有效被动式制冷, 在外界的温度以及湿度等非常小的时候, 它能够在不使用能源的状态下进行降温减湿活动, 将室内的温度和水分降低, 确保给人一种舒适感。它不仅能够降低对能源的使用, 减少污染, 而且是一种完全和谐的发展理念。其次是能够带来非常清新的新风, 对于提升人的身心健康来讲意义非常的重大。目前空气质量下降的关键问题就是因为没有足够的新风进入其中。长时间的使用空调, 引发了许多问题, 使用自然的通风能够将屋内的不清新的气体去除, 而且还能够实现人与自然地和谐发展。

3 设计中对自然通风利用的具体分析

在进行当代的房屋建筑设计的时, 要充分利用自然通风技术, 在运用的过程中, 要充分结合当地气候、环境条件, 采取相适应的技术措施, 并借鉴以往形式中的优点, 才能保证自然通风达到良好的生态效能。

3.1 设计时要考虑的限制因素

3.1.1 室内得热量的限制

使用此项通风有一个必要的条件, 即外界的温度要比室内的低一些, 确保外界的流入屋内, 以减小屋内的气温。非常明显, 当里面和外界的温度差非常大的话, 降温取得的功效就会更加的显著。针对那些全部都靠着此种通风来降温的建筑来说, 它的功效并非是单一要素决定的, 来自于多方面的内容, 而得热量就是非常显著的内容, 假如该项数值非常大的话, 那么经过降温而获取舒适性的能力就非常小。

3.1.2 建筑环境的要求

采用此项方法之后, 屋内的环境大部门都得靠外在的条件来调整, 除空气自身的湿度以及温度等要素之外, 建筑中的空气的质量以及声音的控制也会受到外在环境的影响。

3.1.3 建筑具体的方位

通常规定, 物体的立面要和交通主线之间有二十米左右的间隔, 目的是为了防止发生噪音以及空气污染等问题。地区的主导风向与风速根据当地的主导风向与风速确定自然通风系统的设计, 特别注意建筑是否处于周围污染空气的下游。因为城市和农村的环境本身有着非常大的差异, 其对通风体系带来的作用也是有着显著地区别的, 尤其是建筑附近的一些物体会对其附近风向以及光线等产生一定的作用。

3.1.4 建筑形状及朝向

通常建筑自身的宽数会对此种通风有一定的影响。通常其宽度小于十米时可用一侧通风的措施。当该数值小于十五米的时候可用双向的措施。如果不这样的话, 就要使用别的一些方法进行搭配, 例如烟囱结构或机械通风与自然通风的混合模式等。建筑朝向为了充分利用风压作用, 系统的进风口应该面对建筑周围的主导风向。

3.2 自然通风系统设计的要求

3.2.1 建筑群与建筑体型的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时, 应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致;然而对于建筑群体, 若风沿着法线吹向建筑, 会在背风面形成很大的漩涡区, 对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊, 根据风向投射角对室内风速的影响来决定合理的建筑间距, 同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。因为前排的建筑会对后排的通风有一定的不利作用, 所以在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型, 包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。

3.2.2 维护结构开口的设计

建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式, 窗墙面积比等的合理设计, 直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测定, 当开口宽度为开间宽度的1/3~2/3时, 开口大小为地板总面积的15%-25%时, 通风效果最佳。

3.2.3 注重“穿堂风“的组织

“穿堂风“是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风“是指风从建筑迎风面的进风口吹人室内, 穿过房间, 从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大, 房屋内部空气流动阻力越小, 此时就越利于通风。

3.2.4 设计竖井, 提升气流运行速率。

常见的竖井控制通常由如下的一些样式

(1) 纯开放空间--现在, 很多的建筑都带有中庭区域, 此举的目的是为了便于大规模的建筑获取充分的光线。站在其他的层面来看, 可以通过其中的热压来获取此项通风。

(2) “烟囱”空间, 又叫风塔--由垂直竖井和几个风口组成, 在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。对于通风不是很好的区域来讲, 可以利用高出屋面的风斗, 将上部的空气引入到物体之中, 来加速建筑内部的空气流通。

4 结语

绿色建筑中的自然通风 篇4

关键词：现代建筑 屋顶 自然通风

建筑通风的目的是提供人们呼吸用的新鲜空气或在夏季降低室内温度。空调技术的产生与成熟,使人们可以在一个完全封闭的空间内创造出一个独立的小气候,使室内的温度和湿度始终控制在相对舒适的范围内。但空调并不是万能的,它在现代建筑中的广泛使用所带来的负面影响已经引起了人们的警惕,并着手研究相应的解决措施。给建筑以适当的自然通风是减少使用空调负面影响的有效方法之一。自然通风的建筑可以降低空调耗电量,进而降低生产这些电能的不可再生资源的消耗量和CO2 向大气的排放量;对人体而言,自然通风可减少“空调病”和各种通过空气传播的疾病的发病率。

一、自然通风的原理与模式

建筑的自然通风从动力来源上可分为完全自然通风和机械辅助自然通风两种模式。完全自然通风是由来自室外风速形成的“压差”和建筑表面的洞口间位置及温度造成的“温差”形成的室内外空气流动。按照热力学原理,建筑室内温度有沿高度逐渐向上递增的特点。该特点是建筑随层高增加而使上下之间温差加剧的主要原因,设计师也经常利用这一点,挖掘建筑自然通风的潜力。机械辅助自然通风是利用温差造成的热压和机械动力相结合而形成的室内外空气对流。与完全自然通风相比,虽然建筑内局部作为辅助动力的机械装置要消耗一定的能源,但通过这种装置重新组织气流,甚至在局部“强迫”气流改向,可以使自然通风达到更好的效果。在这两种通风模式中,屋顶都是形成温差,组织气流的重要环节,在整个自然通风系统中起着重要作用[1]。

二、屋顶在完全自然通风中的作用

当室内存在贯穿整幢建筑的“竖井”空间时,就可利用其上下两端的温差来加速气流,以带动室内通风,其实质就是“温差———热压———通风”的原理。作为建筑共享空间的中庭就可以胜任这个“竖井”的职能,一般来说,其所占空间比例以超过整幢建筑的1/ 3 为宜。这种中庭的屋顶一般都具备两项性能:1) 它们能让阳光射入中庭,将中庭内空气加热并产生上下温差;2) 它们是全部或局部可开启的,在需要通风时能让气流找到出口。赫尔佐格设计的德国林茨城的HOLZ 大街住宅区,每幢住宅楼的显著特征是带玻璃顶的共享中庭。这个中庭贯穿建筑五层并稍稍高出两侧房间的屋面。冬天,阳光透过玻璃屋顶直射进来,中庭屋顶的侧窗关闭,使中庭成为一个巨大的“暖房”,到了夜晚,白天中庭储存的热量又可以向两侧的房间辐射;夏天,中庭屋顶的侧窗开启,将从门厅引进的自然风带着热量一并排出,使建筑在夜间能冷却下来。当建筑体量小,内部的“竖井”空间高度不够形成有效温差时,也可以做成冲出屋面的竖向突兀空间。

三、屋顶在机械辅助自然通风中的作用

对于很多地区的建筑来说,完全自然通风并不是每个季节都适宜的;有些建筑受特定条件的制约,也不具备低进高出的气流走廊。这时的建筑自然通风就必须借助机械装置的辅助,或者是根据不同时段、不同季节进行完全自然通风和机械通风的轮换。英国诺丁汉大学朱比丽分校的主体建筑具备两套通风措施:在室外气候温和的时候,气流在凹进的中庭入口的引导下,经过大门口上部开启的百叶进入中庭内,再由中庭另一端屋顶上的玻璃百叶排出,这时是完全自然通风模式。在酷热或严寒季节,建筑的门窗关闭,新鲜的空气通过屋顶上风塔的机械抽风和热回收装置被引到风道中,然后进入各层楼板的夹层空间,进而在楼板低压发散装置的辅助下进入室内;而废气的排出是通过走道和楼梯间的抽风作用,最终又回到风塔上部,经过热回收和蒸发冷却装置,最终由风斗排出,这时采用的就是机械辅助的自然通风模式。太阳能集热片被集成在中厅屋顶的吸热强化玻璃中,其吸收的热能用于驱动机械抽风装置。

四、屋顶内部的自然通风

屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的一个组成部分,利用天窗、烟囱、风斗等构造为气流提供进出口外,本身也可以成为一个独立的通风系统。这种通风屋顶内部一般有一个空气间层,利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动,以提高或降低屋顶内表面的温度,进而影响到室内空气的温度。在日本的OM 阳光体系住宅中,室外空气由屋顶下端被吸入空气间层,并被安裝在屋顶上的玻璃集热板加热,受热后上升到屋顶的最高处。屋顶最高处设置了空气处理装置,包括空气阀门、热交换盘管和一个小型风机。这个装置既能将加热过的空气通过管道送到建筑的各个角落,又能将不需要加热的空气由排气管排出。

利用热压进行自然通风的原理虽然简单,但选择具体构造或技术措施时还需要根据建筑的功能和地理位置考虑;仅有定性的设计还不够,为了使通风起到实质性的制冷或采暖效果,需要对进出风口的气流量、进出风口开关的时间、中庭屋顶的采光量、机械抽风装置的运转时间等参数进行定量的计算。这时往往需要借助风洞模型或计算机模拟实验等方法才能得到精确的数值。21 世纪是环保的世纪,是可持续发展的世纪。降低建筑能耗,使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡,将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。屋顶的相关构造和设备配合建筑的其他围护结构体系创造的自然通风的条件,使建筑在实现以上几个目标方面具有更大的潜力。

参考文献:

绿色建筑中的自然通风 篇5

关键词：通风,太阳能,自然通风

随着城镇化的发展, 在建筑设计时, 建筑师不仅要考虑建筑物的美观实用, 还要考虑如何使建筑更节能环保, 而太阳能无疑是最佳的选择。据统计, 我国同气候条件下建筑物单位能耗明显高于发达国家, 大约是发达国家的2~5倍, 而多层住宅的空调能耗比普通住宅的能耗高出5~6倍。所以, 开发利用自然能源, 减少不可再生能源的使用量, 加强建筑节能的宣传和认识, 同样在建筑行业内响应国家可持续发展战略, 建立绿色建筑理念。建筑中的通风换气以及提高屋内空气温度, 都可以使用太阳能, 这将大大地减少建筑的能耗, 避免使用空调引起的各种空调疾病。尤其是在我国的北方, 冬季干燥少雨, 日照充足, 充分地利用太阳能来实现建筑中的通风换气以及提高屋内空气温度会节约大量的能源。为了实践使用太阳能这种清洁能源来实现建筑中的通风换气以及提高屋内空气温度, 本文通过精心设计, 提出可以让太阳能透过建筑的窗户, 进而强制提高室内的温度, 迫使屋内空气与室外进行交换, 节能环保。

1建筑自然通风成因和作用

众所周知空气的流动会产生风, 而造成空气流动的原因是压力差, 压力差包括风压和热压, 风压和热压分别来自空气压力梯度和温度梯度。建筑的通风对居民的居住舒适和健康有着重要的关系, 通风环境好的建筑居住更加适宜、舒服。自然通风不仅可以降低室内空气的温度, 增加人居住的舒适度, 而且还可以增加建筑与室外的热交换。自然通风还能够把屋内污浊的空气与室外新鲜的空气流动交换, 保持屋内空气清新, 保证居民的健康。

2结构设计

建筑的窗户一般包括窗口和窗扇两部分, 用于建筑物室内与室外通风换气以及采光。可是一般的窗户是不能强制增加室内空气的温度及迫使屋内空气和室外空气进行交换的, 这是因为透过普通窗户的太阳辐射能大部分都会白白浪费掉, 得不到充分的利用, 还要就是因为窗户使用有色玻璃。而本次设计通过对传统窗户的总结研究, 以及结合物理学上空气动力学与能量辐射原理, 在此基础上提出了一种别具一格的窗户形式, 即采用双层窗户形式。采用这种窗户, 通过提高双层窗户之间的空气温度, 空气就会发生对流, 迫使屋内空气质量增加, 进而达到换气通风的目的。这种设计在冬季时可以利用充足的光照, 吸收太阳辐射的热量迫使屋内空气温度增加;夏季时又可以与室外空气交换。

双层窗户的物理设计形式大致如下:双层窗户安置在建筑物的窗口处, 需密封性良好, 使用无色透明的玻璃, 两层玻璃之间大约相距15cm, 靠里一层窗户的两角各留一个能够打开或关闭的小窗口, 两角在窗户的对角线上, 分别是左上角与右下角, 而外层窗户只在左上角留一个能够开关自如的小窗口。

设计这种结构非常巧妙, 建筑既要有充足的采光率, 又可以轻易地增加室内空气的温度以及实现与室外空气的流动交换, 充分利用光照, 使太阳透过无色玻璃, 双层窗户吸收太阳能, 增加温度, 通过不同的组合来打开或关闭里外两个窗户上留有的三个小窗户, 从而实现增加屋内空气温度和屋内空气与外面的通风流动。

3空气温度增加和通风流动原理

双层窗户的工作原理:

(1) 增加室内空气的温度

外层窗户上的小窗户关闭, 同时打开里层窗户上的两个小窗户。双层窗户玻璃间的空气在太阳的照射下, 不断吸收太阳辐射能, 温度增加, 体积增大, 密度减小, 根据流体力学知识可知, 此时空气因密度较小会向上流动, 进而从里层窗户的左上角流向屋内, 而室内的空气温度低于双层窗户间空气的温度, 将从里层窗户的右下角进入双层玻璃, 补充向上流走的空气, 这种空气流动周而复始, 不断循环, 进而达到屋内空气吸收太阳辐射能增加室内空气的温度的作用。

(2) 屋内空气与室外的流动交换

里层窗户左上角的小窗户关闭, 同时打开里层窗户的右下角小窗户与外层窗户上的小窗户。此时双层窗户玻璃间的空气在太阳的照射下, 吸收太阳辐射能, 温度增加, 体积增大, 密度减小, 向上流动, 从外面一层玻璃左上角的小窗口流到屋外, 而屋内的空气低于双层窗户间空气的温度, 从里层窗户的右下角进入双层玻璃中, 补充向上流走的空气, 进而又吸收太阳能, 温度增加上升流到室外, 这样不断循环, 屋内的浊气会排到外面, 从而迫使了屋内空气与外面的空气流动交换。

这种设计的独到之处是在保证建筑足量的采光率的同时, 可以充分的利用光照, 使太阳透过无色玻璃, 双层窗户间空气吸收太阳能, 温度增加, 通过里外两个窗户上留有的三个小窗户打开或关闭的各种组合, 实现增加屋内空气温度和屋内空气与外面通风流动。

结语

结合以上的介绍, 可以知道通过对建筑物的某部分进行独特的设计, 能够实现在建筑自然通风中应用太阳能, 双层窗户的设计, 结构简单且操作性强, 价格便宜, 其中里外两个窗户上的三个小窗户通过各种巧妙的配合, 增加了屋内空气温度, 屋内空气也能够与外面进行通风换气, 建筑的采光率也可以得到满足, 光照充分得到利用。这种利用太阳能强化建筑的自然通风, 节能环保, 可以减少夏季居民的空调使用时间, 节约大量的电能。在北方, 特别是冬季, 通过使用这种窗户构造来增加屋内空气的温度, 可以推迟冬季的开始使用暖气时间, 大大减少煤炭的使用量, 不仅节约了资源, 而且减少了二氧化碳的排放量和污染气体的排放。

参考文献

[1]王如竹.关于建筑物节能及复合能量系统的几点思考[J].太阳能学, 2002, 23 (03) :522-335.

[2]李华东.高技术生态建筑[M].天津:天津大学出版社, 2002.

绿色建筑中的自然通风 篇6

关键词：民居,自然通风,生态建筑,节能

随着能源消耗和环境问题日趋突出, 利用自然通风改善建筑室内环境越来越受到人们的重视, 特别是在属于亚热带气候的岭南地区。岭南地区全年主导风向为东北和北, 而夏季主导风向则多为东南和南, 具有炎热、潮湿、多雨的气候特点。这就决定了岭南建筑在自然条件中所要解决的主要矛盾就是通风防热, 而自然通风作为一种廉价高效的设计手段在建筑中如何有效地实现具有现实意义。

1 传统民居自然通风的主要方式

自然通风指的是通过有目的的开口如门、窗和烟囱等, 产生空气的流动。而产生自然通风的驱动力主要有风压和热压两种。传统民居的建筑通风系统是由建筑元素组成以达到自然通风效果的建筑系统, 它基本上由三个部分组成:进风口、风道、排风口。进风口与排风口合称为通风口。岭南传统民居内各种门窗口、敞厅口、天井口和院子都可视为通风口。比如说天井, 夏季吹来的东南风, 使天井内风压较大, 廊道内风压较小, 空气就产生了流动。自然通风就通过这种空气压力差形成了。

多天井的民居一般常见于广州的西关大屋中, 天井和建筑室内的空间组织形成良好的通风效果 (如图1) 。天井上部和院子作为通风口的最大好处是四面向着令人神往的天空, 受自然和外界人为干扰比其他竖直开口都少, 获得的空气质量最好。而冷巷、厅、房和楼梯间都可以视为风道。冷巷是岭南传统居民中最值得关注的风道。根据流体力学原理, 冷巷是截面积较小的风道, 其风速会增大, 风压会降低, 与冷巷接通的各房间较热的空气就会被带出冷巷, 而较冷的空气就会进入补充, 收到良好的通风效果。

随着旧城区的无规划改造, 越来越多高大建筑物的出现挡住或改变了主导风向。此时, 在岭南传统民居通风设计中, 更多考虑的是热压通风。前大后小的天井正是热压通风设计的产物。具体来说, 传统民居是由前后天井各一个, 面积前大后小, 后天井比前天井高, 两者与冷巷 (内廊) 相连。有的前天井由门前小院或街巷代替。民间建筑师将各种通风要素加以综合运用, 合理组织, 达到理想的自然通风效果。经实测研究发现, 广州的西关大屋首层在炎热季节十分阴凉, 是因为利用了经常性的热压通风。而二层则主要利用风压通风, 但因风压通风不是经常发生的, 其热压通风又不如首层, 加上二层的屋顶隔热较差, 居民在夏季就必须开电风扇进行通风散热, 故居民有“暑不登楼”之说。

综上所述, 可以总结出自然通风的三种基本方式: (1) 穿越式通风, 室外空气从房屋一侧窗流入, 另一侧窗流出, 显然进气窗和出气窗之间的风压差越大, 房屋内部空气流动阻力越小, 通风就越流畅, 此时房屋在通风方向的进深不能太大, 否则就会通风不畅; (2) “烟囱效应”通风, 主要依靠密度差异使室外冷空气从低位窗进入室内, 室内的暖空气则从高位窗排出, 通常用烟囱或天井来产生足够的浮力, 促进通风; (3) 单侧局部式通风, 这种方式仅限于房间的通风, 此时, 空气的流动是由房间内的浮力效应、微小的风压差和湍流引起的。

2 组织自然通风的几种建筑手段拓意

建筑中自然通风的效果, 很大程度上依赖于建筑室内的气流组织, 气流组织的好坏直接影响着建筑物能耗、室内空气品质和室内热环境。现代建筑的自然通风应该是有组织的自然通风。实现自然通风是指通过有目的的开口形成空气的流动, 但是自然通风远非开窗这么简单。在现代建筑中, 室外气候、建筑方位、建筑间距以及建筑形式与构造等, 都直接或间接地影响自然通风的效果。为了改善建筑中的自然通风, 建筑师们通过大量的实践已经总结出了很多有利于自然通风的设计手法。

2.1 天井式住宅

迎风面设置“过街楼”并对着主导风向, 楼梯间与天井的分隔墙尽量通透, 导风进天井。另外, 天井内日照少, 加上内部植被、水体的蒸腾作用和相变吸热, 冷却后的空气流向温度高的室内, “下进上出”, 起到“抽风”的作用, 从而形成热压通风。为了引风入室, 争取穿堂风, 还要从平面、剖面乃至建筑细部来处理, 如开口面积宜大, 内外围护构件要尽量通透, 尽可能把门、窗布置在一条直线上。

门窗的相对位置对通, 就可以减少气流迂回路程, 减少阻力, 保证风速, 使通风路线直和短, 让风顺畅地经过人在房间内活动和休息的地方。当天井布置在楼梯间后面时, 在楼梯间与天井的分隔墙上留设门窗, 就可以利用风压加强井内和室内的通风。

2.2 锯齿墙、漏空墙和台阶式平面

锯齿墙的自然通风形式是建筑室内外的空气交换。当房屋东、西朝向而主导风基本朝南时, 东、西墙做成锯齿状, 东、西面用实墙遮阳, 南向墙面开窗兜风, 组织正、负压区, 引风穿堂入室。锯齿状的建筑墙面在立面设计上可以增加立面的层次, 丰富建筑的立面形式和空间形态 (如图2) 。另外, 除门窗外还可在墙面开设孔洞, 将迎风墙设计成“实少虚多”的漏空墙, 背风墙保持开敞。

2.3 架空底层

架空底层式的建筑是岭南地区最普遍的建筑形式之一, 只要在满足建筑本身功能的条件下, 许多建筑都采用这种形式。因为底层架空可以利用建筑的楼底来散热, 特别是高层建筑, 能够利用来进行自然通风的部位实在不多, 所以利用热压和风压的方式在建筑的底层形成一个通风带, 形成穿堂风, 既增加建筑的通风效果, 又收到防潮防湿的功能。从建筑空间的理论上说, 底层架空使得建筑的空间视线开阔, 建筑的室内外空间得到延伸, 建筑周边的绿化也能够渗透到建筑内部, 建筑内部的人工绿化也能够延伸到外部, 形成绿化空间在视觉上的统一 (如图3) 。

2.4 中庭的设置

中庭在大型的公建中运用较广泛, 具有调节室内微气候和节约建筑能耗的潜质。除了可以组织人流外, 中庭还起到组织通风的作用, 可以将中庭理解为放大的天井, 当中庭屋顶的天窗开启后, 通风的形式为热压通风 (如图4) 。中庭的设计主要应用于高层建筑中, 通常是运用热压通风的原理, 使得自然风能够从下部空间进入, 利用中庭的垂直空间, 达到通风的目的。这种通风方式还可以利用屋顶下方制作一个蓄热空间, 通过能够自由控制的天窗或者是百页等来避免室内外的垂直温差过大, 自由控制自然通风的方向和风力的大小。如果高层建筑达到百米或以上, 垂直自然通风就很难达到直达屋顶的效果, 所以可以分若干层为一个单元, 中间可以用百页或是镂空玻璃作为分隔, 使得整个中庭空间分成若干个独立的小“烟囱”。所以, 中庭空间的自然通风就是一种垂直的通风形式, 加上各层的穿堂风等, 整个高层空间都可以成为一个自然通风的整体系统。特别是中庭与建筑内部其他区域的温差还可让空气流动, 引起室内外空气交换。烟囱效应所产生的良好自然通风在引入室外新鲜空气的同时, 也加快了室内多余热量的对外排放, 降低了室内温湿度, 节省了夏季空调费用[1]。

2.5 外廊式、内廊式及其它形式

外廊式平面的房间沿走廊单向布置, 漏空栏杆使气流更易穿室而过。内廊式平面的走廊不宜过长, 在中间适当部位开设通风口, 或者把两端做成开口, 两侧房间门窗宜大并基本对通, 开设通风窗 (上下均可) 。另外, 通风花格、通风屋脊、通透阳台和遮阳板、水平挑檐、档风板、百页板、室内隔断、中轴旋转窗扇等等, 都是不错的通风形式。还有绿化的导流作用, 如利用高低树木的配置从垂直方向引风入室。

3 成功经验

3.1 实例一

建在英国卡斯廷的BRE (Bui l di ng Resear ch Est abl i shment) 办公建筑是一座利用热压差组织自然通风的典型实例。这座对旧建筑改造更新的生态建筑, 采取了一系列的环保措施和生态技术。最为引人注目的是南侧主立面上五个高耸的风塔, 可以吸收太阳能加热内部空气。热空气上升, 产生热压差, 逐渐形成上升气流, 组织自然通风。同时大楼配有太阳能低压风扇, 在炎热的天气条件下, 增强风塔的抽风效能。在炎热天气里, 开启地下水池处的进风口, 利用水面冷却空气, 然后送入室内。在气候温和的季节里, 打开建筑窗户进行通风。整个建筑达到100%面积的自然通风, 避免了高强度的夏季空调制冷, 有效节约电能。

3.2 实例二

伦佐·皮阿诺设计的特吉巴奥文化中心 (Tj i bar u Cul t ur al Cent r e) 在新卡里多尼亚, 是位于澳大利亚东侧的南太平洋热带岛国, 这里气候炎热潮湿, 常年多风。基于这种气候特点, 文化中心最大限度地利用自然通风来降温降湿。这个文化中心由十个棚屋状单元组成, 贝壳状的棚屋背向夏季主导风向 (西风) , 在下风处产生强大的吸力, 形成负压区, 而在棚屋背面开口处形成正压, 从而使建筑内部实现空气流动。针对不同风速和风向, 设计者还通地调节百页自动地开合以及不同方向的百页的配合来控制室内气流, 从而形成完全被动式的自然通风, 从而达到节能和降低污染的目的。棚屋具有两层皮, 外层是耐久性能较好的木肋结构, 内层为钢和玻璃的百页, 这样在弯曲的外皮和竖直的内皮之间就形成被动式通风系统, 内部空气和海风在这里交换、过渡[2]。

3.3 实例三

柏林国会大厦的自然通风系统设计得也很巧妙, 通风系统的进风口设在西门廊的檐部, 新鲜空气进入后经大厅地板下的风道及设在座位下的风口, 低速而均匀地散发到大厅内, 然后再从穹顶内的倒锥体的中空部分排出室外, 这个倒锥体成了拔气罩, 使得气流组织非常合理。

3.4 实例四

清华大学设计中心楼利用南侧中庭大面积开窗和南北过道顶部加开天窗, 以加强自然通风。建成之后实际效果良好, 实测室内空气流速和温度均与原设计计算指标近似。作为主要工作大空间的设计室, 南北两侧均为推拉式落地窗, 过渡季节和夏季自然气流可以顺畅通过设计室, 带走室内的热空气, 污浊空气则从南北廊顶部天窗排出, 从实测数据中可以看出, 该楼中央部分各层设计室、中庭、南北走廊和过厅等绝大部分房间具有较强的利用自然通风调节室内温度和稳定室内热参数的能力。

3.5 实例五

广州大学城广东药学院体育馆的屋顶, 其倾斜度比较顺应主导风向, 对于强化正负压区的对比作用最为明显。屋顶设计成北高南低逐级跌落的形态。这样可扩大建筑北向的负压区, 强化正负风压区的对比, 同时利用屋面的可开启竖向天窗将自然风引入室内 (如图5) 。其具体做法是利用南向叠级桁架形成错落的屋顶, 布置侧向天窗, 形成屋顶进风口, 即该体育馆的进风口选择在斜屋顶的高端侧, 使热空气沿斜屋顶上升排出室外。在人工操作的可达范围内, 窗户的开闭采用人工控制, 范围以外则采用机械控制。如此设计可有效的节约造价, 最大限度地利用自然通风, 在保持室内舒适度的前提下, 减少对空调的依赖, 从而达到生态节能的目的。

4 结束语

由于不同季节、不同地区的室外风向和室外温度、日照等都是在不断变化的, 传统的自然通风系统可控性不太理想, 不能保证室内气候的稳定性。现代技术的应用为自然通风的实现提供了保障, 主要表现在: (1) 计算机模拟技术提供了预测自然通风在不同的气候条件、不同通风需求时性能的可靠性; (2) 相似理论下的模型试验为数值模拟提供了可靠的验证; (3) 自然通风构件运行的自动控制保证了自然通风效果的监测和控制, 促进了室内环境的稳定性。应该依具体情况, 进一步研究传统民居及现代建筑中的自然通风, 特别是暖通工程师与建筑设计师共同配合, 有效地实现传统民居自然通风技术在现代建筑中的有机运用, 使建筑的呼吸系统畅顺, 而不是仅靠“输氧”来维持。

参考文献

[1]李华东.高技术生态建筑[M].天津:天津大学出版社, 2002:11-13.

现代建筑的自然通风 篇7

1 自然通风技术的原理及应用

自然通风是由来自室外风速形成的“压差”和建筑表面的洞口间位置及温度造成的“温差”形成的室内外空气流动。根据压差形成的机理, 可以分为风压作用下的自然通风和热压作用下的自然通风。当有风从左边吹向建筑时, 建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区, 推动空气从该侧进入建筑;而建筑的背风面, 由于受到空气绕流影响形成负压区, 吸引建筑内空气从该侧的出口流出, 这样就形成了持续不断的空气流, 成为风压作用下的自然通风。

当室内存在热源时, 室内空气将被加热, 密度降低, 并且向上浮动, 造成建筑内上部空气压力比建筑外大, 导致室内空气向外流动, 同时在建筑下部, 不断有空气流入, 以填补上部流出的空气所让出的空间, 这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。

根据进出口位置, 自然通风可以分为单侧的自然通风和双侧的自然通风。由于自然通风系统运行的动力来自于自然界的自然过程, 因此该技术自古以来就是一种免费的自然冷却技术, 在旧建筑中得到广泛的应用。在空调技术和产品日益发展以后, 该技术逐渐被人们所淡忘。但是, 20世纪发生的能源危机和全球环境危机后, 集合低能耗、高环境价值的自然通风技术作为重要的生态建筑技术之一受到广泛关注。关于其运行机理的研究和建筑设计的实践报道非常丰富, 特别是在示范性生态建筑中, 自然通风更是一种重要手段。

然而, 随着城市化进程的不断发展, 城市地面交通和建筑之间的日益融合, 自然通风技术能否再度成为城市生态建筑的主流则需要讨论。

下面从建筑室内环境控制的角度, 讨论一下自然通风系统设计中的限制性条件。

2 自然通风系统设计中的限制性条件

自然通风技术作为一种免费的技术, 它的应用必然受到环境的限制。对于室外环境温、湿度比较温和的地区 (如英国) , 该技术的应用非常成熟, 下面基于他们的应用经验, 介绍有关自然通风技术应用的限制性条件。

2.1 室内得热量的限制

应用自然通风的前提是室外空气温度比室内低, 通过室内空气的通风换气, 将室外风引入室内, 降低室内空气的温度。很显然, 室内、外空气温差越大, 通风降温的效果越好。对于一般的依靠空调系统降温的建筑而言, 应用自然通风系统可以在适当时间降低空调运行负荷, 典型的如空调系统在过渡季节的全新风运行。对于完全依靠自然通风系统进行降温的建筑, 其使用效果则取决于很多因素, 建筑的得热量是其中的一个重要因素, 得热量越大, 通过降温达到室内舒适要求的可能性越小。现在的研究结果表明, 完全依靠自然通风降温的建筑, 其室内的得热量最好不要超过40W/m2。

2.2 建筑环境的要求

应用自然通风降温措施后, 建筑室内环境在很大程度上依靠室外环境进行调节, 除了空气的温、湿度参数外, 室内的空气品质和噪音控制也将被室外环境所破坏。根据目前的一些标准要求, 采用自然通风的建筑, 其建筑外的噪音不应该超过70d B;尤其在窗户开启的时候, 应该保证室内周边地带的噪音不超过55d B。同时, 自然通风进风口的室外空气质量应该满足有关卫生要求。

2.3 建筑条件的限制

应用自然通风的建筑, 在建筑设计上应该参考以上两点要求, 充分发挥自然通风的优势。使用自然通风时的建筑条件如下:

2.3.1 建筑位置

a.周围是否有交通干道、铁路等

一般认为, 建筑的立面应该离开交通干道20米, 以避免进风空气的污染或噪音干扰;或者, 在设计通风系统时, 将临近交通干道的地方作为通风的排风侧。

b.地区的主导风向与风速

根据当地的主导风向与风速确定自然通风系统的设计, 特别注意建筑是否处于周围污染空气的下游。

c.周围环境

由于城市环境与乡村环境不同, 对建筑通风系统的影响也不同, 特别是建筑周围的其它建筑或障碍物将影响建筑周围的风向和风速、采光和噪音等。

2.3.2 建筑形状a.形状

建筑的宽度直接影响自然通风的形式和效果。建筑宽度不超过10米的建筑可以使用单侧通风方法;宽度不超过15米的建筑可以使用双侧通风方法;否则, 将需要其它辅助措施, 例如烟囱结构或机械通风与自然通风的混合模式等。

b.建筑朝向

为了充分利用风压作用, 系统的进风口应该面对建筑周围的主导风向。同时建筑的朝向还涉及减少得热措施的选择。

c.开窗面积

系统进风侧外墙的窗墙比应该兼顾自然采光和日射得热的控制, 一般为30%~50%。

2.3.3 建筑结构形式

建筑结构可以是轻型、中型或重型结构。对于中型或重型结构, 由于其热惰性比较大, 可以结合晚间通风等技术措施改善自然通风系统的运行效果。

2.3.4 建筑内部设计a.层高

比较大的层高有助于利用室内热负荷形成的热压, 加强自然通风。

b.室内分隔

室内分隔的形式直接影响通风气流的组织和通风量。

c.建筑内竖直通道或风管

可以利用竖直通道产生的烟囱效应有效组织自然通风。

d.室内人员密度和设备、照明的影响。

对于建筑得热超过40W/m2的建筑, 可以根据建筑内热源的种类和分布情况, 在适当的区域分别设置自然通风系统和机械制冷系统。

e.工作时间

工作时间将影响其它辅助技术的选择 (如晚间通风系统) 。

2.4 室外空气湿度的影响

应用自然通风对降低室内空气温度效果明显, 但对调节或控制室内空气的湿度, 效果甚微。因此, 自然通风措施一般不能在非常潮湿的地区使用。

3 自然通风的意义

现代人类对自然通风的利用已经不同于以前开窗、开门通风, 而是综合利用室内外条件来实现。如根据建筑周围环境、建筑布局、建筑构造、太阳辐射、气候、室内热源等, 来组织和诱导自然通风。在建筑构造上, 通过中庭、双层幕墙、风塔、门窗、屋顶等构件的优化设计, 来实现良好的自然通风效果。

采用自然通风取代空调制冷技术至少具有两方面的意义:

一是实现了被动式制冷。自然通风可在不消耗不可再生能源情况下降低室内温度, 改善室内热环境。

二是可提供新鲜、清洁的自然空气, 带走潮湿污浊的空气, 有利于人体的生理和心理健康。

湿热地区建筑自然通风设计研究 篇8

我国广东、广西、海南、香港、澳门、台湾、福建南部和云南小部分地区属于湿热气候区, 这些地区的气候特点鲜明, 长夏无冬, 高温高湿。因此最大限度地利用自然通风来降温、降湿便成为了适应当地气候, 注重生态环境的核心技术。但近些年随着经济发展和人们对生活舒适度要求的提高, 空调在我们的日常生活中已经是相当普及, 对空调的过分依赖和不加限制地滥用也是造成当今环境和能源问题的重要原因之一, 空调制冷设备中的氟利昂会破坏大气臭氧层, 过量的空调器还会加剧城市热岛效应, 造成室外热环境恶化。室内外温差过大及建筑通风换气量的不足, 也给人们的健康带来很多问题。鉴于此, 建筑设计中使用自然通风技术值得大力推崇。

1 自然通风设计的基本原理

自然通风的主要原理在于利用风压或热压压差促进的空气流动。当建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区, 推动空气从该侧进入建筑, 而建筑的背风面, 由于受到空气绕流影响形成负压区, 吸引建筑内空气从该侧的出口流出, 这样就形成了持续不断的空气流, 成为风压作用下的自然通风, 我们也常称之为“穿堂风”。当室内存在热源时, 室内空气将被加热, 降低密度, 导致建筑内上部空气压力比建筑外大, 室内空气向外流动, 同时在建筑下部, 不断有空气流入, 以填补上部流出的空气所让出的空间, 这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。而风差的大小与建筑的形式、其迎风面与风的夹角、建筑整体规划布局等因素相关。

2 利用风压实现建筑自然通风的措施

2.1 充分依托环境与地域

湿热地区基本都属于中国的亚热带季风气候区, 夏季东南风, 冬季西北风。在建筑的朝向设计上宜以南北朝向为主, 东西方向上的偏角小于或等于30度为宜。要通过风压来实现建筑自然通风, 则建筑所处环境的平均风速一般不小于3~4 m/s, 建筑的迎风面应朝向夏季主导风向, 房间进深一般以小于14m为宜, 门窗宜相对开设, 以便形成畅通的风道。

2.2 利用建筑构造改善通风

在季节更替, 风速、风向改变的情况下, 建筑应采取相应构造措施, 在仍需通风散热的季节改善建筑自然通风。如改变窗的形式, 利用活动百叶等引风, 都是简单可行的办法, 立转窗较推拉窗在相同窗洞面积的情况下, 能打开窗户的面积都是推拉窗的两倍, 并且突出的窗扇还能起到一定的导风作用, 如图1所示。但在寒冷的冬季, 则需在保证基本换气次数的前提下.尽量降低通风量以减小热失。

确保室内一定的风速条件, 是实现建筑自然通风效果的前提。可以采用一些增加风速的措施, 比如漏斗形截面的镂空花墙等。

3 利用热压实现建筑自然通风的措施

在大量使用玻璃幕墙的公共建筑中, 利用热压通风原理来实现节能的双层玻璃幕墙逐渐成为新宠, 在炎热的夏季, 双层玻璃幕墙的外层幕墙与内层幕墙之间空气, 在经过阳光加热后, 热空气上升, 从上部排风口排出, 温度较低的空气从下部进风口补充进来, 通过玻璃幕墙的自通风降低幕墙温度, 在适宜自然通风的季节, 再通过开窗上下的预留通风口, 利用垂直的“浮力通风”来带动室内通风换气。

4 混合通风

除了在窗户上采用构造措施, 建筑的回廊及宽大的屋檐也有很好的导风作用, 深深的回廊与屋檐具有“遮阴导风”的作用, 利用屋顶的“烟囱效应”与屋檐阴影处的冷空气与屋檐底部的热空气产生交流而将冷空气导入室内, 可以形成混合式的通风, 如图3所示。另外, 利用建筑中的天井、中庭、过厅、楼梯间等增加建筑物内部的开口导气流, , 组织自然通风。在中庭和庭院中配以水体绿化等也是利用混合通风, 改善建筑微气候的措施。

5 应用自然通风需考虑的问题

自然通风虽好, 但在利用时应注意其本身可能带来的问题, 要特别避免自然通风的失控带来的大量空调能耗的损失。因此建筑设计中不应盲目强调自然通风, 应以辩证的态度来看待。

通常湿热地区开窗自然通风适宜的月份集中在过渡季, 即3~5月和10~12月, 在9月的部分时段也可用, 而在较热的6~8月和较冷的1~2月无法仅凭自然通风得到满意的热环境, 必须依靠空调, 在空调启动期间, 为了使自然通风的设计能够达到最大的节能效果, 建筑师和设计和控制使用者的行为节能都是必不可少的条件。

湿热地区除了要通风散热之外, 还有一个重要的气候特点就是湿, 尤其是在春季和初夏时节, 空气湿度很大, 当气温升高时, 采用自然通风对降低室内空气温度有一定的效果, 但是对调节和控制室内空气的湿度效果有限。因为潮湿的缘故, 汗液蒸发较慢, 反而使得湿热感加重, 因此为了保证舒适度, 这时的重点不应一味强调通风, 而在于除湿, 除湿则要依靠空调系统, 而当气候寒冷时, 湿冷的环境会增加人体对低温的敏感度, 使寒冷感更强。

6 结语

自然通风作为生态建筑技术中一个非常重要的组成部分, 在改善室内空气品质、满足室内舒适要求的同时降低能耗, 是一种安全有效、经济实用的技术措施, 但需与空调和机械通风的手段结合起来, 方能达到湿热地区最佳的节能效果和室内舒适性。另外, 建筑通风设计是一项复杂的工程, 需要从建筑物进行规划设计、建筑单体设计到构造设计的一体的过程中都对自然通风的实用性及效果进行认真的思考, 之后再依据建筑物的内部结构的状况仔细设计自然通风的系统, 以保证最后的方案具有科学性。建筑师与设备室工程师的协同设计在这其中必不可少, 但这种协同设计的机制恰恰是我们目前缺乏的, 政府宜倡导建筑师与设备工程师合作设计, 以在建筑通风在整体建筑节能效益上发挥更大功效。

参考文献

[1]建筑通风效果测试与评价标准, 助推绿建[J].供热制冷, 2014 (01) .

建筑自然置换通风设计要素初探 篇9

关键词：自然置换通风,室内热环境,设计策略

随着建筑技术的逐渐进步和不可再生能源的日益匮乏,建筑的高能耗问题越来越突显出来。在发达的工业化国家,近40%的能源是在建筑中消耗的,据专家粗略估算,其中的2/3～3/4可通过正确的、理想的建筑措施节省下来,建筑的节能设计受到越来越多的重视[1]。因此,寻求一种更为理想的通风方式来替代传统的通风方式成为人们研究的内容。目前,自然置换通风以其在热舒适性、室内空气品质和减少机械耗能等方面的优越性,在建筑设计中逐渐受到科技学术界的关注和应用。

1 自然置换通风概述

自然置换通风(Natural Displacement Ventilation)作为自然通风的一种形式,与机械通风和建筑楼宇常用的传统及空调系统相比,不仅较为经济,同时亦可获得较大的换气量,在节约能源的同时,也有利于环境保护,在民用、厂房通风及高大公共建筑通风方面值得我们大力推广[2]。自然置换式通风的原理是依靠密度差所产生的压差为动力来实现室内空气的“活塞式”置换。送入房间的较冷新鲜空气因密度大在重力作用下下沉并慢慢扩散到整个房间的低部,在地板上某一高度内形成一个洁净的空气层,当遇到热源时,它被加热,以自然对流的形式慢慢升起。室内热污染源产生的热浊气流在浮升力作用下上升,并不断卷吸周围空气,在热浊气流上升过程中的卷吸作用和后续新风的“推动”作用以及排风口的“抽吸”作用下,覆盖在地板上方的新鲜空气也缓慢向上移动,形成类似向上的活塞流。同时污染物也被携带向房间的上部或侧上部移动,脱离人的停留区,最后将余热和污染物由排风口直接排出[3]。置换通风的主导气流是由室内热源所控制,所以这种通风方式也称为热置换通风[4]。

2 国内外研究现状

在过去的几十年里,国外对置换式通风系统做了大量研究。置换式通风于20世纪70年代末首先在北欧发展起来。1978年德国柏林一个焊接车间首次使用了置换式通风方式[5]。20世纪80年代,该方式又被用于办公室等商业建筑中。而将这种通风方式上升到工程技术和学术高度则是在1987年北欧学者P V Nielsen[6],Mundt Elisabeth[7]等的研究之后。自1990年后北欧的空调末端设备厂商的产品技术也基本确立,Hakon Skisad从理论到实践做了系统的归纳整理[8]。瑞士、德国等研究人员用实验测试和理论分析的方法,对置换通风的许多方面,特别是在空气质量和热舒适性方面进行了细致的研究。在此基础上将其安装到部分办公室和会议室中,并配合相应的空气处理设备和控制手段进行调节,取得了理想的效果。日本和美国在20世纪90年代初,也出于改善室内空气质量的目的开始关注这种通风形式,并结合各自建筑的实际条件,展开相应的实验与数值模拟,进一步完善了各项技术。

我国大部分地区夏季主导风向都是南或南偏东,所以无论是传统建筑还是现代建筑多为坐北朝南,以南或南偏东为最佳朝向。建筑群错列、斜列的平面布局形式较行列式与周边式更有利于自然通风[9]。国内对置换式通风的研究起步较晚。不同学者就置换通风系统中有关问题做了不同的研究和讨论。其中以同济大学和东华大学的研究最为代表。同济大学建立气流实验室对置换通风气流特性进行了实验研究。同时开展了置换空调系统的应用研究,并与企业合作开发了具有国际先进水平的“置换通风装置系列产品”,填补了国内空白。东华大学也多次参与法国LET实验室关于置换通风系统干扰因素的实验研究[10]。

3 设计策略

3.1 建筑物设计策略

自然置换通风容易受到众多外部因素的影响。建筑物会由于周围环境的地形起伏、水陆分布、绿化等状况,而受到水陆风、山谷风、林原风、街巷风、天井风、庭园风等地方风的影响[11],于是在进行以自然置换通风为主要空调方式的建筑物的设计时,为了更好的进行自然通风,需要注意以下几个问题:

1)不同气候的地区对自然通风的要求是不同的。利用自然通风要充分考虑建筑物的周边环境及其特殊的气候。对于湿热的南方地区,在设计中不仅要尽量组织自然通风,同时要进行间歇通风,以防止“泛潮”时期引起室内湿度的增加。此外,对于离海洋远或有山岭阻挡的地方,可在中午前后,把大部分门窗关闭,防止室外的热流进入室内,而在早晚打开门窗进行通风换气[11];2)在设计中要尽量使房屋的纵轴垂直于夏季主导风向,以获得良好的通风效果,同时建筑物之间适当的间距与合理的楼群布局也是非常重要的。一般来讲,综合考虑风向投射角与房间中风速、风场和涡漩的关系,房屋间距应该为0.7H～1.1H(H为楼房的高度)[12]。同时,建筑群的平面布局以错列式和斜列式较好;3)利用树木的合理布置来加强建筑的自然通风。室外的绿化可以改变流进气流的状况。当风流过室外的绿化带时,风可以被降温,减弱风速,同时可以改变风的流动路线,这在自然通风中有很重要的作用[13];4)建筑物通风构造的各个细节对通风效果有很大影响。例如进出口窗面积比例要恰当,进出风口相对大小决定了室内空气流速。据有关试验表明[13],获得室内整体最好风速的最佳办法就是使出风口面积大于进风口面积10%左右。

3.2 通风方式设计策略

3.2.1 单侧通风

单侧通风的开口在房间的同一侧,另一侧是关闭的门,它是自然通风中最简单的一种形式。

1)单侧单开口。

对于单侧单开口房间,风压是主要驱动力,特别是对于开口很小的情况。单侧单开口的最大有效通风的径深大约为层高的2倍。

2)单侧双开口。

不同高度的两个开口在房间同侧立面上,则形成单侧双开口。此时热压作用协助了风压使风量和径深都有所增加。热压随着单侧开口的垂直距离和内外温差的增加而增加。单侧双开口的最大有效通风径深大约为层高的2.5倍。

3.2.2 烟囱效应

烟囱效应的实质是热压产生的通风。烟囱效应的基本要求是烟囱内的空气被加热,温度高于外界温度,烟囱的主要功能仅是为了通风,尺寸可以仅为了迎合压降的需要。烟囱可以作为采光井,太阳吸收器等。烟囱可以是一个单独的烟囱,也可以是围绕建筑的几个小烟囱。

3.2.3 混合通风

自然通风系统由于缺乏气流控制和温度控制使其在某些场合不能提供充足的通风。第一个问题造成了冬季能量损失和夏季过热,第二个问题则引起了冬季有风感和夏季室内温度过高而不舒适。因此使自然通风系统同机械通风相结合的混合通风系统受到了关注。混合通风系统的基本思想是:综合机械通风和自然通风的特性取得最好的通风性能,使之克服自然通风的一些不可控问题。这就需要一个智能控制策略使混合通风系统来最小化能耗和获得最优质的室内空气品质及热舒适。混合通风系统的设计除了对建筑设计,建筑外部条件及内部条件等因素的考虑外,还需要借助先进的设计工具来分析和模拟建筑内气流模式和能量分配,通常动力建筑热模型和计算流体力学都被应用到混合通风设计中。

4 结语