摘 要:建筑的自然通風對人類健康和建筑節能及城市的可持續發展都起著不可替代的作用。在建筑節能設計中,可利用建筑物內部貫穿多層的豎向空腔—如樓梯間、中庭、拔風井等滿足進排風口的高差要求,并在頂部設置可以控制的開口,將建筑各層的熱空氣排出,達到自然通風的目的。熱壓式自然通風更能適應常變和不良的外部風環境,通過建筑豎井、煙囪、屋頂、雙層維護結構等手段實現和加強建筑內部自然通風,有效改善室內空氣品質。建筑內部自然通風設計是與氣候、環境、建筑融為一體的整體式設計。
關鍵詞:自然通風; 生態; 熱壓; 漏斗效應; 熱舒適性
風是人類生存空間中的生態因子,它降低了能耗,減少了污染,提高了室內空氣品質和人體的舒適感覺,為居住者和使用者提供了良好的生活與工作環境。在炎熱地區的建筑中,自然通風降低室溫,驅除異味,保持房間空氣新鮮,是實現生態建筑的重要手段。
一.自然通風的原理:
在建筑中,自然通風主要是靠建筑物的一些開口(門,窗等)和空間組織〔過道,中庭,天井等)來實現的,如果建筑物的開口兩側存在壓力差⊿p,空氣就會在這個壓力差的作用下產生流動,空氣流過此開口時所受到的動力也就等于⊿p。
⊿p=ξv?ρ/2
其中:v一空氣流過窗孔時的流速; ρ一空氣的密度;ξ一窗孔的局部阻力系數。
形成這種壓力差主要有風壓和熱壓兩種方式,兩種作用都有著不同的機理與作用方式,建筑物的通風效果卻往往是兩者綜合作用的結果。
二.熱壓作用下自然通風的應用
人們利用自然通風主要是利用其兩大功能:一是通風換氣,改善室內空氣品質;一是利用自然通風解決夏季或過渡季節的熱舒適性問題,取代或部分取代空調。目前熱壓作用下自然通風在一些建筑物中的應用如下:
1. 利用”豎井”實現自然通風,改變建筑物內部氣候
一般來說作為共享空間的中庭就能起到”豎井”的職能,這種中庭一般具備兩種功能:一是讓太陽射入中庭,加熱中庭內的空氣,使上下空氣形成溫差;二是這種中庭一般是可開啟的,在需要通風時可使空氣流出。冬天,陽光透過玻璃屋頂直射進來,中庭屋頂的側窗關閉,使中庭成為一個巨大的”暖房”,到了夜晚,白天中庭儲存的熱量又可以向兩側的房間輻射;夏天,中庭屋頂的側窗開啟,將從門廳引進的自然風帶著熱量一并排出,使建筑在夜間能冷卻下來。可作為”豎井”空間的,除了中庭外還可以利用建筑的樓梯間。
2.利用煙囪實現自然通風
這種煙囪是自然通風和太陽能相結合的產物——太陽能煙囪。在太陽能煙囪的上部一般安裝有太陽能集熱器,集熱器吸收的太陽能可加熱煙囪內的空氣,產生抽吸作用,使冷空氣從建筑物的下部進入,熱空氣從上部排出。這樣在建筑物內形成空氣流動,達到室內通風降溫的目的,這種系統類似于風管系統。這種利用太陽能強化自然通風的煙囪還可做成風塔或風帽的形式,但如何使那些突出屋面的部分在外觀上和屋頂協調,甚至使其成為整個建筑造型的亮點,對每個建筑師來說既是挑戰,更是機遇。
3.利用屋頂強化自然通風
屋頂除了作為整個建筑自然通風系統的一個組成部分,利用天窗、煙囪、風斗等構造為氣流提供進出口外,本身也可以成為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。
4.利用雙層維護結構強化自然通風
在一些時尚的現代建筑中,其立面構造常常為在絕熱雙層玻璃內墻和一層單層玻璃之間形成一個通風的外部空腔,空腔中裝有智能動力系統控制的百頁(有利吸熱及調光),空氣通過外層玻璃底部的連續狹縫進入空腔。當室內不需熱空氣時,可將其通過立面借助頂層的風扇排出,當室內需要熱空氣時,可將其大量“吸入”室內以維持室溫。采用這種可呼吸的玻璃表皮用作建筑外墻,由于具有良好的熱性能(其熱阻為普通雙層真空玻璃的8倍),室內溫度十分宜人,而且建筑立面展示的將是不同以往的全通透的形象。
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