《浅析生态建筑中的自然通风.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅析生态建筑中的自然通风.doc（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅析生态建筑中的自然通风摘 要：从自然通风的原理入手，分析了建筑中自然通风的生态原则和设计方法，最后以本次课程设计即镇江北固湾绿色社区中心建筑为例，分析如何利用生态技术实现建筑的自然通风。关键词：生态建筑 自然通风 原理 生态原则 方法自古以来，自然通风就是一项改善人与环境的重要技术手段。较其它相对昂贵、复杂的生态技术，自然通风是一项比较成熟而廉价、朴素的技术措施。自然通风技术在建筑物中的应用，不仅能够节约空调、风扇等机械通风所消耗的电能，还能够改善建筑空间的生态环境，对降低建筑能耗和建设节约型城市具有非常重要的意义。随着空调技术的不断发展，人们渐渐淡忘了自然通风的应用。而在空调技术得以普及的
2、今天，为了保持良好的室内空气品质、节约能源以及减少建筑综合症发生的多重压力下，科学家们不得不重新重视自然通风这一传统技术。在这样的背景下，把自然通风这一传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义。1. 自然通风的原理空气的流动必须要有动力。建筑物中的自然通风，关键在于室内、外空气之间存在着压力差，主要通过建筑物的门、窗、过道、中庭、天井等来实现。形成空气压力差有两种方式，产生了两种机制的自然通风，即热压引起和风压引起的自然通风。1.1 生态建筑中的完全自然通风技术1.1.1 风压作用下的自然通风图1 风压作用下的自然通风室外气流与建筑物相遇时，将发生绕流，经过一段距离后，气流
3、才恢复平行流动。由于建筑物的阻挡，建筑物四周室外气流的压力分布将发生变化，迎风面气流受阻，动压降低，静压增高，侧面和背风面由于产生局部涡流静压降低。风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通（图1）。压力差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境有关。如果希望利用风压来实现建筑自然通风，首先，要求建筑有理想的外部风环境(平均风速3 m/s4 m/s)。其次，建筑应面向夏季主导风向，房间进深要适宜(一般应小于14 m左右)，以便形成穿堂风。利用风压进行自然通风的典范之作当属伦佐皮亚诺设计的Tjibaou文化中心。针对不同风速(从微风到飓风)和风向，通过调节百叶的开
4、合和不同风向百叶的配合来控制室内气流，从而实现完全被动式的自然通风,达到节约能源、减少污染的目的。1.1.2 利用热压实现自然通风图2 热压作用下的自然通风受到周围建筑布局或高大植被的影响的建筑物可以利用建筑内部空气的热压差，即“烟囱效应”来实现建筑的自然通风（图2）。根据热空气上升的原理，在建筑上部设排风口将污浊的热空气从室内排出，而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入，达到自然通风的目的。在建筑设计中，可利用建筑物的楼梯间、中庭等竖向空腔满足进排风口的高差要求，而室内外温差和进、出风口的高差越大，热压作用越明显。与风压自然通风不同的是热压自然通风更能适应常变的外部风环境和不良的外部风环境。例
5、如，英国卡斯廷的旧改新生态建筑BRE(Building Research Establishment)办公建筑就是利用热压实现自然通风的典型实例。在该建筑物的南侧立面上设置五个可以吸收太阳能加热建筑内部空气的风塔，由于热空气上升，产生热压差，逐渐形成上升气流，从而实现自然通风。1.1.3 风压与热压共同作用下的自然通风由于建筑物受气候因素、地理位置、周边环境以及建筑布局等的影响，在实际应用中自然通风设计通常都是风压和热压相结合的，只是各自的作用有强有弱。在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风，而进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。因而建筑师在进行通风设计时，需要充分考虑各种因素，使风压
6、和热压相互补充，配合使用，实现建筑的有效自然通风。1.2 生态建筑中的机械辅助式自然通风技术机械辅助式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，但是通过这种装置重新组织气流，可以使自然通风达到更好的效果。1.2.1 对流通风系统对流通风器在16世纪已经被用于矿井通风，但是最初的水力与蒸汽动力等驱动力都不适用于建筑通风，直到热力学的进展促进了流体动力通风的发展。19世纪70-80年代，Bill-ing在建筑系统中采用了吸气风管的通风设计，同时还利用气流给建筑供暖，不是将燃烧器直接安放在吸气管中，而
7、是装备了建筑供热用的蒸汽盘管，从而最终利用同一管道实现了通风和供暖的统一。但是随着技术的进一步完善，小型蒸汽引擎能够在建筑中使用，导致机械风机通风系统在19世纪90年代最终取代了对流通风系统。1.2.2 置换通风系统置换通风系统是一种新型、高效的空调送风方式，具有通风效率高、改善室内空气品质的优点。它既可以弥补其它空调通风方式的不足，也能带来相当的节能效果。置换通风以低于室内温度、低速的送进新风，新风受到室内热源的影响而受热上升，同时也降低了发热物表面的温度，带走热量和污染物，排风在房间的上部进行，以利于排出最热的和污染物浓度最高的部分空气。1.2.3 置换多元通风系统多元通风系统是一个能够在
8、不同时间、不同季节利用自然通风和机械通风的不同特性的系统，是一个结合了机械通风系统和自然通风的二元系统。它的基本原理是通过在机械通风和自然通风之间切换以维持良好的室内环境，并且避免建筑全年运行空调系统所带来的成本、能源的过度消耗和导致的环境问题。系统的运行模式随着季节改变而改变，在每一天的任意时刻，系统的运行模式反应了外部环境状况并且充分利用了当时的环境。多元通风系统由建筑设计、内部负荷、自然驱动力、外界环境决定,并能以最节能的方式满足内部环境的需要。2. 建筑中自然通风的生态原则自然通风可以节省能耗，具有环保和生态价值。作为建筑节能设计的手段，除了利用通风在建筑物结构上的应用外，还可以和多种
9、其它能源相结合，因地制宜，充分发挥可再生能源的优势，做到可持续发展的生态原则。2.1 建筑通风与太阳能利用风压和热压都是不稳定的因素，太阳能在建筑通风中的应用就是利用被动式太阳能技术加强风压和热压在建筑物中实现自然通风，其原理类似于机械辅助式通风。通过太阳能烟囱、Trombe墙以及太阳能空气集热器等结构形式，使太阳能成为强化自然通风的动力。在冬季，利用机械装置将位于屋顶太阳能集热器中的热空气吸到房间的地板处，并通过地板上的气孔进入室内实现利用太阳能采暖的目的，此后利用热压原理实现气体在房间内的循环。而在夏季的夜晚，则利用天空背景辐射使太阳能集热器迅速冷却，并将集热器中的冷空气吸入室内，达到夜间
10、通风降温的目的。2.2 风力发电系统的应用生态建筑除了直接利用自然通风外，还可利用风力发电。集中式的风力发电系统以建筑群和小区为单位，放在小区的上风处；分散式可在多风偏僻地区安装独立风车，自成体系为建筑能源。这种风能利用系统大都是将电力送入电网，建筑物再从电网获取电力。在偏远地区有条件的建筑中可设风/光互补发电系统，综合利用风能和太阳能，无需架设远距离的电网来获取电力。2.3 夜间自然通风的利用蓄热材料作为建筑维护结构可以延缓日照等因素对室内温度的影响，使室温更稳定，更均匀，即白天不会因为太阳照射而温度过高，夜晚不会因迅速冷却而温度过低。蓄热材料在白天吸收大量热量，使得室温不至于过高，但夜间室
11、内温度居高不下。因此在夏季夜晚利用室外温度较低的冷空气对蓄热材料进行充分的通风降温,是改善夜间室内温度、发挥蓄热材料潜力的有效手段。3. 建筑中的自然通风设计方法3.1 合理控制建筑布局与设计体型建筑布局受很多因素控制，不同布局的建筑群和建筑体型对于自然通风的效果影响很大。从生态的角度上，影响布局的主要因素有阳光与风向。防止单体建筑吸热与太阳辐射过度的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；对于建筑群体，若风沿着法线方向吹向建筑，会在建筑物背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。所以在建筑设计中要根据风向投射角(风向与房屋外墙面法线的夹角)对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时
12、还要结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。在单体设计中还应结合总体布局对建筑的体型，包括进深、高度、面宽乃至形状等实行一定的控制，解除前幢建筑对后幢建筑通风的影响。3.2 优化设计建筑物门窗开口建筑物开口的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。若进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据实验研究，当开口宽度为开间宽度的 1/32/3 时，开口大小为地板总面积的 15%25%时，通风效果最佳。另外进风口与出风口应相对错开位置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流均匀，通风效果更好。3.3 有效组
13、织穿堂风所谓“穿堂风”是指在风压作用下，室外空气从建筑物一侧进入，贯穿内部，从另一侧流出的自然通风（图3）。“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式，应该尽量组织好室内的通风，有效组织穿堂风的具体措施有：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑物内部的窗户和门的开口，引导气流；根据需要，通过调节风口，改变风速风量。另外合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。穿堂风的具体设计要求有：气流路线应图3 室内房间穿堂风示意流经人的活动范围；有必要的风速，最好达到 0.3m/s 以上。对有大量余热和有害物质的生产车间，组织自然通风除保证必要通风量外，还应保 证气流的稳定性和气
14、流线路的短捷性。3.4 利用屋顶增强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，本身也可以成为一个独立的通风系统。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。通风隔热屋面通常有以下两种方式：在结构层上部设置架空隔热层；利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层。3.5 双层玻璃幕墙维护结构图4 双层玻璃幕墙的冬夏季通风示意图双层幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，又称“呼吸式幕墙”或“热通道幕墙”，被誉为“会呼吸的皮肤”（图4）。它由内外两道幕墙组成，两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔
15、的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，利用“温室效应”，提高围护结构表面的温度；在夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有百叶等遮阳装置。4. 案例分析北固湾社区中心建筑4.1项目概况项目位于镇江滨江南岸的京口区，位于镇江未来城市主城主中心，距离传统中心大市口（目前镇江唯一的市级商业中心）仅2公里，“大城核心”高端区位优势明显。西侧紧邻北固山公园，是镇江滨江“三山”风景带上不可或缺的组成部分，独具景观优势和地缘文化底蕴（图5）。图5 项目所在地区位北固山项目总占地面积388100平米，总建筑面积约77万平米，其中地上建筑
16、面积550000平米。物业类型包括低、中高层、高层住宅、社区中心及小区配套公建(超市、商店、社区服务)。4.2 镇江气候条件镇江地处北回归线以南，属亚热带海洋性气候，气候温和，雨量充沛，日照时间长。夏无酷暑，时间长达6个月。年平均气温为22.3，最高气温为38.7，最低气温为0.2。镇江的气候深受季风的影响，夏季盛行偏东南风，高温多雨，每年49月为雨季，年降雨量1966.5毫米；其余季节盛行东北季风，天气较为干燥。镇江平均年日照时数为2060小时，太阳年辐射量5225兆焦耳/年平方米，拥有较好的日照条件。4.3 建筑的自然通风策略4.3.1 “V”字型建筑体型有利于自然通风建筑体型采用“V”字型（图6），开口面面向北固山公园，在镇江夏季主导风向东南风的方向上，背向冬季主导风向东北风（图7）。同时合理控制开间和进深，为自然
