建筑节能——浅析热压作用下的自然通风.doc

建筑节能浅析热压作用下的自然通风 摘要：建筑的自然通风对人类健康和建筑节能及城市的可持续发展都起着不可替代的作用。在建筑节能设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔如楼梯间、中庭、拔风井等满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口，将建筑各层的热空气排出，达到自然通风的目的。热压式自然通风更能适应常变和不良的外部风环境，通过建筑竖井、烟囱、屋顶、双层维护结构等手段实现和加强建筑内部自然通风，有效改善室内空气品质。建筑内部自然通风设计是与气候、环境、建筑融为一体的整体式设计。关键词：自然通风; 生态; 热压; 漏斗效应; 热舒适性风是人类生存空间中的生态因子，它降低了能耗，减少了污染，提高了室内空气品质和人体的舒适感觉，为居住者和使用者提供了良好的生活与工作环境。在炎热地区的建筑中，自然通风降低室温，驱除异味，保持房间空气新鲜，是实现生态建筑的重要手段。一自然通风的原理：在建筑中，自然通风主要是靠建筑物的一些开口(门，窗等)和空间组织过道，中庭，天井等)来实现的，如果建筑物的开口两侧存在压力差p，空气就会在这个压力差的作用下产生流动，空气流过此开口时所受到的动力也就等于p。pv?/2其中：v一空气流过窗孔时的流速; 一空气的密度；一窗孔的局部阻力系数。形成这种压力差主要有风压和热压两种方式，两种作用都有着不同的机理与作用方式，建筑物的通风效果却往往是两者综合作用的结果。二热压作用下自然通风的应用人们利用自然通风主要是利用其两大功能：一是通风换气，改善室内空气品质；一是利用自然通风解决夏季或过渡季节的热舒适性问题，取代或部分取代空调。目前热压作用下自然通风在一些建筑物中的应用如下：1. 利用”竖井”实现自然通风，改变建筑物内部气候一般来说作为共享空间的中庭就能起到”竖井”的职能，这种中庭一般具备两种功能：一是让太阳射入中庭，加热中庭内的空气，使上下空气形成温差；二是这种中庭一般是可开启的，在需要通风时可使空气流出。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。可作为”竖井”空间的，除了中庭外还可以利用建筑的楼梯间。2.利用烟囱实现自然通风这种烟囱是自然通风和太阳能相结合的产物太阳能烟囱。在太阳能烟囱的上部一般安装有太阳能集热器，集热器吸收的太阳能可加热烟囱内的空气，产生抽吸作用，使冷空气从建筑物的下部进入，热空气从上部排出。这样在建筑物内形成空气流动，达到室内通风降温的目的，这种系统类似于风管系统。这种利用太阳能强化自然通风的烟囱还可做成风塔或风帽的形式，但如何使那些突出屋面的部分在外观上和屋顶协调，甚至使其成为整个建筑造型的亮点，对每个建筑师来说既是挑战，更是机遇。3.利用屋顶强化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。4.利用双层维护结构强化自然通风在一些时尚的现代建筑中，其立面构造常常为在绝热双层玻璃内墙和一层单层玻璃之间形成一个通风的外部空腔，空腔中装有智能动力系统控制的百页(有利吸热及调光)，空气通过外层玻璃底部的连续狭缝进入空腔。当室内不需热空气时，可将其通过立面借助顶层的风扇排出，当室内需要热空气时，可将其大量“吸入”室内以维持室温。采用这种可呼吸的玻璃表皮用作建筑外墙，由于具有良好的热性能(其热阻为普通双层真空玻璃的8倍)，室内温度十分宜人，而且建筑立面展示的将是不同以往的全通透的形象。 5.机械辅助式自然通风在一些大型建筑中，由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足于实现自然通风。而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，不利于人体健康。在这种情况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道，辅以符合生态思想的空气处理手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等)，并借助一定的机械方式加速室内通风。6.与多层建筑的自然通风相比，高层建筑的自然通风有其特殊性风压在垂直方向的分布有利于高层建筑的自然通风，但过高的风压却会使建筑的门、窗难于开启，也给建筑室内的使用带来不便，而且在冬季会带走大量的热能，不利于保温要求。而太高的中庭空间则会形成过大的热压，如不能有效.控制，则会产生强烈的紊流，甚至在底层进气口产生令人不安的啸叫。三应注意的几点问题自然通风容易受到外在因素的影响。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，于是在进行小区和建筑单体设计是就要充分考虑如何利用这些地方风和如何防止这些风所带来的危害。所以它的设计是与气候、环境、建筑融为一体的整体设计。1.气候条件的影响对于湿热的南方地区，如我国的广州地区，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。所以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。2.建筑物细部的影响自然通风设备主要指窗户、风口、排风竖井(中庭、烟囱、风塔、风帽)、天窗、门、遮阳板及风机等。窗户、风口、风塔、风帽等的形式和安装位置是影响自然通风效率的关键因素。例如窗的檐口出挑的大小、窗扇的开启大小和角度、遮阳板与百叶的形式等对自然通风都有较大的影响。3.室外绿化的影响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的路线，这在南方引凉风入室中有很有价值的作用。4.与机械式自然通风相结合由于风在高大室内空间流动时，会与空间内设有的各种各样用途的设施与设备和墙壁等接触撞击，使风消耗很多的能量，仅仅靠风力与建筑物所形成的压力无法使建筑物完成良好的自然通风，便要借助机械装置对自然风提供动力。这种混合式的自然通风是进风口和出风口的被动式通风与风机的抽吸形成的主动压差式通风相结合的结果。对于机械通风系统的通风管道，仔细设计其尺寸和路线以减少气流阻力，从而减少对风扇功率的要求，合适布置送风口和进风口的位置以防止其产生的噪音。通风系统的良好设计应该能防止火灾时火焰的蔓延。5.整体式设计将自然通风设计和供暖、降温及光照设计作为一个整体来进行，室内热负荷的降低可以减少对通风量和效率的要求，中庭或者风塔的拔风效应也有助于提高通风量和通风效率。室外的绿化可以改变流进气流的状况，对用地的微气候环境调节起到重要的作用，而且良好的室外空气质量也增加了建筑利用自然通风的可能性。进风口附近如果有水面和绿化，在夏季其降温效果是显著的。当风流过室外的绿化带或水面时，风可以被降温，风速减弱，同时可以改变风的流动的路线，这在南方引凉风人室中起到很有价值的作用。四结束语随着人们对可持续发展的重视程度与日俱增，自然通风早已成为生态建筑中的一项重要内容，越来越受到建筑师和居住者的重视。再者，自然通风保护人们免受病毒侵害方面更有其不可替代的作用。它是一种具有很大潜力的通风方式，它具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点；但也受室外气候、建筑周围环境及建筑内部布局等因素的强烈影响，故其设计和控制很复杂。计算流体力学和传热学的发展使工程师可以描绘出建筑单体、小区和房间内的空气流动状况，便于人们直观、迅速的了解风场流动情况。随着科学技术的发展，我们有理由相信自然通风这种廉价、舒适、健康的通风方式会在生态建筑中得到广泛的应用。参考文献：1 姚润明，昆斯蒂摩司可持续城市与建筑设计M中国建筑工业出版社，2003.2 布莱恩爱德华兹著，周宇鹏，宋晔皓译.可持续性建筑（第二版）M中国建筑工业出版社，2003.3 纪雁，(英)斯泰里奥