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        淺談建筑工程中自然通風(fēng)技術(shù)的作用原理

        2018-05-14 02:36:36王冰
        科學(xué)與財(cái)富 2018年9期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)建筑工程

        王冰

        摘 要:自然通風(fēng)是一種具有很大潛力的通風(fēng)方式,是人類歷史上長期賴以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的原始手段??照{(diào)的產(chǎn)生,使人們可以主動(dòng)地控制居住環(huán)境,而不是象以往一樣被動(dòng)地適應(yīng)自然;空調(diào)的大量使用,使人們漸漸淡化了對自然通風(fēng)的應(yīng)用。而在空調(diào)技術(shù)得以普及的今天,迫于節(jié)約能源、保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)的雙重壓力下,把自然通風(fēng)這種傳統(tǒng)建筑生態(tài)技術(shù)重新引回現(xiàn)代建筑中,有著比以往更為重要的意義。

        關(guān)鍵詞:建筑工程;自然通風(fēng);技術(shù);作用原理

        1自然通風(fēng)的理論機(jī)理

        通常意義上的自然通風(fēng)指的是通過有目的的開口,產(chǎn)生空氣流動(dòng)。這種流動(dòng)直接受建筑外表面的壓力分布和不同開口特點(diǎn)的影響。壓力分布是動(dòng)力,而各開口的特點(diǎn)則決定了流動(dòng)阻力。就自然通風(fēng)而言,建筑物內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)主要有兩個(gè)原因:風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。這兩種因素可以單獨(dú)起作用,也可以共同起作用。

        1.1風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

        風(fēng)的形成是由于大氣中的壓力差。如果風(fēng)在通道上遇到了障礙物,如樹和建筑物,就會(huì)產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換。動(dòng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力,于是迎風(fēng)面上產(chǎn)生正壓,而背風(fēng)面上產(chǎn)生負(fù)壓。由于經(jīng)過建筑物而出現(xiàn)的壓力差促使空氣從迎風(fēng)面的窗縫和其他空隙流入室內(nèi),而室內(nèi)空氣則從背風(fēng)面孔口排出,就形成了全面換氣的風(fēng)壓自然通風(fēng)。某一建筑物周圍風(fēng)壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風(fēng)向的方位、風(fēng)速和建筑周圍的自然地形有關(guān)。

        1.2熱壓作用下的自然通風(fēng)

        熱壓是室內(nèi)外空氣的溫度差引起的,這就是所謂的“煙囪效應(yīng)”。由于溫度差的存在,室內(nèi)外密度差產(chǎn)生,沿著建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度。如果室內(nèi)溫度高于室外,建筑物的上部將會(huì)有較高的壓力,而下部存在較低的壓力。當(dāng)這些位置存在孔口時(shí),空氣通過較低的開口進(jìn)入,從上部流出。如果,室內(nèi)溫度低于室外溫度,氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個(gè)開口處的高度差和室內(nèi)外的空氣密度差。而在實(shí)際中,建筑師們多采用煙囪、通風(fēng)塔、天井中庭等形式,為自然通風(fēng)的利用提供有利的條件,使得建筑物能夠具有良好的通風(fēng)效果。

        1.3風(fēng)壓和熱壓共同作用下的自然通風(fēng)

        在實(shí)際建筑中的自然通風(fēng)是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果,只是各自的作用有強(qiáng)有弱。由于風(fēng)壓受到天氣、室外風(fēng)向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響,風(fēng)壓與熱壓共同作用時(shí)并不是簡單的線性疊加。因此建筑師要充分考慮各種因素,使風(fēng)壓和熱壓作用相互補(bǔ)充,密切配合使用,實(shí)現(xiàn)建筑物的有效自然通風(fēng)。

        1.4機(jī)械輔助式自然通風(fēng)

        在一些大型建筑中,由于通風(fēng)路徑較長,流動(dòng)阻力較大,,單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。而對于空氣污染和噪聲污染比較嚴(yán)重的城市,直接的自然通風(fēng)還會(huì)將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi),不利于人體健康。在這種情況下,常常采用一種機(jī)械輔助式的自然通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一套完整的空氣循環(huán)通道,輔以符合生態(tài)思想的空氣處理手段(如土壤預(yù)冷、預(yù)熱、深井水換熱等),并借助一定的機(jī)械方式加速室內(nèi)通風(fēng)。

        2 采用自然通風(fēng)的的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益

        采用自然通風(fēng)方式的根本目的就是取代(或部分取代)空調(diào)制冷系統(tǒng)。而這一取代過程有兩點(diǎn)至關(guān)重要的意義:一是實(shí)現(xiàn)有效被動(dòng)式制冷,當(dāng)室外空氣溫濕度較低時(shí)自然通風(fēng)可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度,帶走潮濕氣體,達(dá)到人體熱舒適,即使室外空氣溫濕度超過舒適區(qū),需要消耗能源進(jìn)行降溫降濕處理,也可以利用自然通風(fēng)輸送處理后的新風(fēng),而省去風(fēng)機(jī)能耗,且無噪聲。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣(新風(fēng)),有利于人的生理和心理健康。

        3 建筑設(shè)計(jì)中自然通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)及實(shí)例分析

        3.1建筑體型與建筑群的布局的設(shè)計(jì)

        建筑群的布局對自然通風(fēng)的影響效果很大??紤]單體建筑得熱與防止太陽過度輻射的同時(shí),應(yīng)該盡量使建筑的法線與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致;然而對于建筑群體,若風(fēng)沿著法線吹向建筑,會(huì)在背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū),對后排建筑的通風(fēng)不利。因此在單體設(shè)計(jì)中還應(yīng)該結(jié)合總體的情況對建筑的體型,包括高度、進(jìn)深、面寬乃至形狀等實(shí)行一定的控制。

        3.2維護(hù)結(jié)構(gòu)開口的設(shè)計(jì)

        建筑物開口的優(yōu)化配置以及開口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式,窗墻面積比等的合理設(shè)計(jì),直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動(dòng)以及通風(fēng)效果。根據(jù)測定,當(dāng)開口寬度為開間寬度的1/3~2/3時(shí),開口大小為地板總面積的15%-25%時(shí),通風(fēng)效果最佳。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口宜相對錯(cuò)開布置,這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向,使室內(nèi)氣流更均勻,通風(fēng)效果更好。

        3.3注重“穿堂風(fēng)”的組織

        “穿堂風(fēng)”是自然通風(fēng)中效果最好的方式。風(fēng)從建筑迎風(fēng)面的進(jìn)風(fēng)口吹人室內(nèi),穿過房間,從背風(fēng)面的出風(fēng)口流出。顯然進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間的風(fēng)壓差越大,房屋內(nèi)部空氣流動(dòng)阻力越小,通風(fēng)越流暢。此時(shí)房屋在通風(fēng)方向的進(jìn)深不能太大,否則就會(huì)通風(fēng)不暢。

        3.4在建筑設(shè)計(jì)中形成豎井空間

        目的來加速氣流流動(dòng),實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)在建筑設(shè)計(jì)中豎井空間主要形式有:①純開放空間:如大量的建筑中設(shè)計(jì)的中庭,主要是平面過大的建筑出于采光的考慮。②“煙囪”空間,又叫風(fēng)塔——由垂直豎井和幾個(gè)風(fēng)口組成,在房間的排風(fēng)口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風(fēng)塔頂部進(jìn)入的空氣產(chǎn)生抽吸作用。③屋頂?shù)淖匀煌L(fēng),通常有以下兩種方式:在結(jié)構(gòu)層上部設(shè)置架空隔熱層和利用坡屋頂自身結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)層中間設(shè)置通風(fēng)隔熱層。

        3.5雙層玻璃幕墻維護(hù)結(jié)構(gòu)

        雙層(或三層)幕墻是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風(fēng)原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個(gè)空腔,空腔的兩端有可以控制的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。在冬季,關(guān)閉進(jìn)出風(fēng)口,雙層玻璃之間形成一個(gè)“陽光溫室”,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度;夏季,打開進(jìn)出風(fēng)口,利用“煙囪效應(yīng)”在空腔內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走,達(dá)到降溫的目的。

        3.6太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)

        太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng),充分利用了太陽能這一可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化為動(dòng)力進(jìn)行通風(fēng)。太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)的建筑結(jié)構(gòu)主要有:屋面太陽能煙囪、Trombe墻和太陽能空氣集熱器。以上三種結(jié)構(gòu)可以單獨(dú)設(shè)置來強(qiáng)化通風(fēng),但是,為了在夏季達(dá)到更好的冷卻效果,通常將這些做法與其他建筑結(jié)構(gòu)組合成一個(gè)有組織的自然通風(fēng)系統(tǒng)。

        4 結(jié)束語

        通風(fēng)是建筑的最基本功能之一,降低建筑能耗,使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡,將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學(xué)要求后應(yīng)追求的更高目標(biāo)。在建筑設(shè)計(jì)中,尤其是一些建筑的更新如新民居的設(shè)計(jì),不僅要關(guān)注自然通風(fēng)技術(shù),更要注意把這一傳統(tǒng)的技術(shù)與當(dāng)?shù)氐牡乩須夂蛱卣骱蜌夂蛞蛩氐认嘟Y(jié)合,提出多層次的、全面的、適宜的建筑技術(shù),體現(xiàn)“氣候決定建筑”的設(shè)計(jì)理念。

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