自然通风在适宜地区建筑设计中的运用 [摘要]本文首先介绍了建筑中自然通风技术的感化道理,指出了自然通风的经济效益和情况效益,进而论证了在建筑设计中如何实现自然通风,提出自然通风这项传统的技术要与建筑所处地区的自然地理气候特征相适应,并辅以实例阐明了自然通风与地区气候的完美结合。旨在引起在地区建筑设计中对自然通风传统适宜技术的重视。
[要害词] 自然通风 机理 效益 地区建筑 设计
持久以来,自然通风做为一项传统的建筑防热技术,活着界各地的传统民居中,获得了遍及的应用。在湿热地域,人们看到的传统民居往往有这样的外表:建筑都有开阔的窗户;回收轻便的墙体;深远的挑檐;高屋建瓴的顶棚而且设置有通风口;建筑往往架空,以避开地面的潮气和热气,收罗更多的凉风——这样形象的背后,隐藏着劳感人民对操作自然通风技术的朴素看法。自然通风是一种具有很大潜力的通风方法,是人类历史上恒久赖以调理室内情况的原始手段。
空调的发生,使人们可以主动地控制居住情况,而不是象以往一样被动地适应自然;空调的大量使用,使人们渐渐淡化了对自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今天,迫于节约能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下,全球的科学家不得不从头审视自然通风这一传统技术。在这样的配景下,把自然通风这种传统建筑生态技术从头引回现代建筑中,有着比以往更为重要的意义。
1.自然通风的理论机理
凡是意义上的自然通风指的是通过有目的的开口,发生空气流动。这种流动直接受建筑外外貌的压力漫衍和差异开口特点的影响。压力漫衍是动力,而各开口的特点则决定了流动阻力。就自然通风而言,建筑物内空气活动主要有两个原因:风压以及室内外空气密度差。这两种因素可以单独起感化,也可以配合起感化。
1.1风压感化下的自然通风
风的形成是由于大气中的压力差。如果风在通道上遇到了障碍物,如树和建筑物,就会发生能量的转换。动压力转变为静压力,于是迎风面上发生正压(约为风速动压力的0.5-0.8倍),而背风面上发生负压(约为风速动压力的0.3—0.4倍)。由于经过建筑物而呈现的压力差促使空气从迎风面的窗缝和其他空隙流入室内,而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。某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对付风向的方位、风速和建筑周围的自然地形有关。
1.2热压感化下的自然通风
热压是室内外空气的温度差引起的,这就是所谓的“烟囱效应”。由于温度差的存在,室内外密度差发生,沿着建筑物墙面的垂直偏向呈现压力梯度。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,气流偏向相反。热压的巨细取决于两个开口处的高度差和室内外的空气密度差。而在实际中,建筑师们多回收烟囱、通风塔、天井中庭等形式,为自然通风的操作提供有利的条件,使得建筑物能够具有良好的通风效果。
1.3风压和热压配合感化下的自然通风
在实际建筑中的自然通风是风压和热压配合感化的功效,只是各自的感化有强有弱。由于风压受到天气、室外风向、建筑物形状、周围情况等因素的影响,风压与热压配合感化时并不是简单的线性叠加。因此建筑师要充实考虑各类因素,使风压和热压感化彼此增补,密切共同使用,实现建筑物的有效自然通风。
1.4机械帮助式自然通风
在一些大型建筑中,由于通风路径较长,流动阻力较大,,纯真依靠自然风压与热压往往不敷以实现自然通风。而对付空气污染和噪声污染比力严重的都市,直接的自然通风还会将室外混浊的空气和噪声带入室内,倒霉于人体健康。在这种环境下,经常回收一种机械帮助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道,辅以切合生态思想的空气处理惩罚手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等),并借助必然的机械方法加速室内通风。
2.回收自然通风的的经济效益和情况效益
自然通风是当今建筑普遍采纳的一项改良建筑热情况、节约空调能耗的技术,回收自然通风方法的底子目的就是代替(或部门代替)空调制冷系统。而这一代替历程有两点至关重要的意义:一是实现有效被动式制冷,当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不用耗不行再生能源的环境下降低室内温度,带走湿润气体,到达人体热舒适,即使室外空气温湿度凌驾舒适区,需要耗损能源进行降温降湿处理惩罚,也可以操作自然通风输送处理惩罚后的新风,而省去风机能耗,且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染,切合可连续成长的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气(新风),有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很洪流平上是由于缺少富裕的新风。空调所造成的恒温情况也使得人体抵挡力下降,引发各类“空调病”。而自然通风可以排除室内混浊的空气,同时另有利于满足人和大自然交往的心理需求。
3.建筑设计中自然通风的实现及实例阐明
传统建筑对自然通风有许多值得借鉴的要领,而在我们现代的建筑设计中积极地考虑自然通风,并注意与地区建筑的有效结合,对付自然通风的公道操作、节约能源具有现实意义。
3.1建筑体型与建筑群的机关的设计
建筑群的机关对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防备太阳太过辐射的同时,应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致;然而对付建筑群体,若风沿着法线吹向建筑,会在背风面形成很大的漩涡区,对后排建筑的通风倒霉。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊,按照风向投射角(风向与衡宇外墙面法线的夹角)对室内风速的影响来决定公道的建筑间距,同时也可以结合建筑群体机关的改变以到达缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响,因此在单体设计中还应该结合总体的环境对建筑的体型,包罗高度、进深、面宽乃至形状等实行必然的控制。
3.2维护布局开口的设计
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法,窗墙面积比等的公道设计,直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。按照测定,当开口宽度为开间宽度的1/3~2/3时,开口巨细为地板总面积的15%-25%时,通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定感化。进风口与出风口宜相对错开部署,这样可以负气流在室内改变偏向,使室内气流更均匀,通风效果更好。
3.3注重“穿堂风”的组织
“穿堂风”是自然通风中效果最好的方法。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,衡宇内部空气流动阻力越小,通风越流畅。此时衡宇在通风偏向的进深不能太大,不然就会通风不畅。
3.4在建筑设计中形成竖井空间,来加速气流流动,实现自然通风。
在建筑设计中竖井空间主要形式有:
(1)纯开放空间——目前,大量的建筑中设计有中庭,主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。从另外一个方面考虑,我们可操作建筑中庭内的热压形成自然通风。由福斯特主持设计的法兰克福商业银行就是一个操作中庭进行自然通风的乐成案例。在这一案例中,设计者操作计算机模拟和风洞试验,对60层高的中庭空间的通风进行阐明研究。为了制止中庭内部过大的紊流,每12层作为一个独立的单位,各自操作热压实现自然通风,取得良好的效果。
(2)“烟囱”空间,又叫风塔——由垂直竖井和几个风口构成,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发生抽吸感化。该系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗构成。在通风不畅的地域,可以操作超过屋面的风斗,把上部的气流引入建筑内部,来加速建筑内部的空气畅通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不牢固的地域,则可以设计多个朝向的风斗,大概设计成可以随风向动弹。例如在英国贝丁顿零能耗成长项目中,设计了可以随风向动弹的风斗,共同其他法子,操作自然风压实现了建筑内部的通风。
3.5屋顶的自然通风
通风隔热屋面凡是有以下两种方法:1)在布局层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面布局层上,操作中间的空气间层带走热量,到达屋面降温的目的,另外架空板还掩护了屋面防水层。2)操作坡屋顶自身布局,在布局层中间设置通风隔热层,也可获得较好的隔热效果。
b.被动式自然通风实施效果一
c.被动式自然通风实施效果二
a.自然通风道理示意
在云南省永仁县异地扶贫搬家计划设计实施工程中,大都是从冬季较严寒的山区迁移到夏季较炎热的丘林坝子中。原住居民的住屋形式是在严寒地域成长与延续下来的,其夏季的通风问题不是主要的空间约束。而新迁地夏季较炎热,室外亦有较大的区域风,但是室内风速则相对较小。因后墙及山墙均无窗户,所以室内通风不是很好。新搬来的住户对室内的热情况都表示出很大的不满。因此,改造建筑的通风效果是克服民居缺陷的主要途径。在新农居的设计中,二层楼的前部回收窗加百页的结构,后部加设可开启的窗户,以担保二层堆放农作物的自然晾干成果。针对夏季的炎热气候,加大了挑檐设计,精心做了堂屋、卧室与阁楼的通风设计,通过简单的结构法子,对民居的热情况做了积极的改造与引导(图a,b,c)。在该工程中,有效的将传统的自然通风这一绿色适宜技术用于对传统民居的更新,既满足了经济的要求,又切合了生态的效益。
3.6双层玻璃幕墙维护布局
双层(或三层)幕墙是当此生态建筑中所普遍回收的一项先进技术,被誉为“会呼吸的皮肤”,它由内外两道幕墙构成。其通风道理是在两层玻璃幕墙之间留一个空腔,空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季,封锁进出风口,双层玻璃之间形成一个“阳光温室”,提高围护布局外貌的温度;夏季,打开进出风口,操作“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风,使玻璃之间的热空气不绝的被排走,到达降温的目的。为了更好地实现隔热,通道内一般设置有可调理的深色百叶。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时,能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大造成的紊流不易控制的问题,能解决夜间开窗通风而无需担忧安详问题,可加强围护布局的保温隔热性能,并能降低室内的噪音。在节能上,双层通风幕墙由于换气层的感化,比单层幕墙在采暖时节约能源42%-52%,在制冷时节约能源38%-60%,是解决建筑节能的一个新的偏向。
3.7太阳能强化自然通风
太阳能强化自然通风,充实操作了太阳能这一可连续能源转化为动力进行通风。太阳能强化自然通风的建筑布局主要有:屋面太阳能烟囱、Trombe墙和太阳能空气集热器。以上三种布局可以单独设置来强化通风,但是,为了在夏季到达更好的冷却效果,凡是将这些做法与其他建筑布局组合成一个有组织的自然通风系统。
4.结语
通风是建筑的最根基成果之一,是一个陈腐而常新的话题。降低建筑能耗,使建筑的人工情况与自然情况到达动态的平衡,将是建筑在满足了根基的使用成果和美学要求后应追求的更高方针。
我们此刻的建筑设计中,尤其是一些建筑的更新如新民居的设计,不只要存眷自然通风技术,更要注意把这一传统的技术与本地的地理气候特征和睦候因素等相结合,提出多条理的、全面的、适宜的建筑技术,浮现“气候决定建筑”的设计理念。
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