康琦 KANG Qi

華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計(jì)研究總院

2003年的“非典型性肺炎（SRAS）”和2020年的“新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）”的爆發(fā)，突顯了建筑物自然通風(fēng)的重要性。自然通風(fēng)是防止病毒傳播的有效途徑，可以保持室內(nèi)空氣的清潔度、控制室內(nèi)污染、降低能耗，有利于使用者的身心健康。

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189-2015）對(duì)甲、乙類公共建筑開(kāi)啟扇的有效通風(fēng)面積進(jìn)行了規(guī)定，將自然通風(fēng)作為節(jié)能和保證室內(nèi)熱舒適性的重要手段。同時(shí)，《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378-2019）還規(guī)定了公共建筑主要功能房間的自然通風(fēng)換氣得分條件，并在2019年版的標(biāo)準(zhǔn)中新增了室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)在適應(yīng)性熱舒適區(qū)域的時(shí)間比例這一得分項(xiàng)，強(qiáng)調(diào)了自然通風(fēng)和復(fù)合通風(fēng)對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境的重要性。

1 超高層公共建筑玻璃幕墻的自然通風(fēng)需求

超高層公共建筑具有集約利用土地、規(guī)模效應(yīng)明顯、社會(huì)資源利用率高的優(yōu)勢(shì)，但同樣存在能耗巨大、影響城市自然環(huán)境等劣勢(shì)，其中空調(diào)能耗是超高層建筑能耗的重要組成部分。結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件引入自然通風(fēng)，在適宜的時(shí)間將自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)結(jié)合使用，可以減少空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，有效降低空調(diào)能耗，控制室內(nèi)空氣污染并提高室內(nèi)整體環(huán)境質(zhì)量。

玻璃幕墻因其具有自重輕、工期短、造型美觀等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于超高層公共建筑。然而對(duì)超高層建筑來(lái)說(shuō)，隨著建筑高度的增加建筑周圍的風(fēng)速會(huì)增大，加之建筑物對(duì)氣流的阻擋會(huì)導(dǎo)致其迎風(fēng)面的風(fēng)速更大，因此超高層公共建筑的玻璃幕墻在考慮自然通風(fēng)的同時(shí)，還需關(guān)注自然通風(fēng)給玻璃幕墻造成的安全性、經(jīng)濟(jì)性及美觀性等問(wèn)題。

2 超高層公共建筑玻璃幕墻自然通風(fēng)的類型及其與立面設(shè)計(jì)的結(jié)合

2.1 幕墻開(kāi)啟扇

開(kāi)窗是傳統(tǒng)的自然通風(fēng)方式，效率高、構(gòu)造簡(jiǎn)單。窗戶的類型有推拉窗、平開(kāi)窗、上懸窗、下懸窗、平行外推窗、百葉窗等。在超高層建筑玻璃幕墻上開(kāi)窗，必須考慮其安全隱患，避免造成高空墜物的危險(xiǎn)。且由于強(qiáng)風(fēng)壓下對(duì)幕墻開(kāi)啟扇的穩(wěn)定性要求較高，風(fēng)速大時(shí)易產(chǎn)生噪音，因此還需考慮窗體的氣密性和水密性。同時(shí)，幕墻的可開(kāi)啟扇對(duì)立面的影響較大，需綜合考慮窗扇開(kāi)啟后的立面效果。

深圳皇庭大廈高260m，塔樓造型簡(jiǎn)約干凈，為了不破壞建筑立面的完整性，將幕墻開(kāi)啟扇隱藏在樓層之間的窗格中（圖1），由此可在每層的地面和頂板處設(shè)通風(fēng)口，為內(nèi)部空間提供均質(zhì)的自然通風(fēng)（圖2）。開(kāi)啟扇的開(kāi)啟角度受限，開(kāi)啟后不影響建筑的立面造型，這種不同位置的線性開(kāi)啟扇能作為建筑的點(diǎn)綴，使立面既簡(jiǎn)約又不單調(diào)。

西安永威時(shí)代中心高213m，為減小開(kāi)窗對(duì)立面的破壞，塔樓采用鋸齒形單元式玻璃幕墻，隨著視角的變化可產(chǎn)生不同的立面效果（圖3）。每個(gè)鋸齒單元的三角形短邊設(shè)置開(kāi)啟扇，向室內(nèi)自然通風(fēng)（圖4）。開(kāi)啟扇不占用內(nèi)部空間，避免窗口位置正對(duì)進(jìn)風(fēng)口，且短邊設(shè)有裝飾性金屬鋁板，具有擋風(fēng)導(dǎo)風(fēng)的作用，可以降低窗口處的大風(fēng)壓。

2.2 自然通風(fēng)型雙層幕墻

雙層幕墻又叫“呼吸式幕墻”，由內(nèi)外兩層相互脫離的幕墻構(gòu)成，可利用其間形成的空腔層進(jìn)行自然通風(fēng)，空氣由下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，從上部排風(fēng)口排出，在風(fēng)壓的作用下帶動(dòng)空氣流動(dòng)。

1 深圳皇庭大廈幕墻開(kāi)啟扇

2 深圳皇庭大廈地面和頂板處設(shè)通風(fēng)口

3 永威時(shí)代中心鋸齒形單元式玻璃幕墻

4 永威時(shí)代中心三角形短邊設(shè)置開(kāi)啟扇

5 北京保利國(guó)際廣場(chǎng)開(kāi)啟幕墻進(jìn)排風(fēng)口

6 北京保利國(guó)際廣場(chǎng)關(guān)閉幕墻進(jìn)排風(fēng)口

7 北京保利國(guó)際廣場(chǎng)主樓

8 超高層建筑自然通風(fēng)器啟閉開(kāi)關(guān)

9 北京保利國(guó)際廣場(chǎng)線性自然通風(fēng)器

自然通風(fēng)型雙層幕墻屬于外循環(huán)雙層幕墻，分為整體式、廊道式、通道式、箱體式。內(nèi)層幕墻為可呼吸的圍護(hù)層，通常采用開(kāi)窗的形式，由空腔層進(jìn)行空氣交換，氣流緩和，通風(fēng)舒適度高且不受室外天氣的影響。冬季，空腔層可形成一個(gè)陽(yáng)光溫室，提高室內(nèi)空氣的溫度；夏季，空腔層可將室內(nèi)的熱空氣在頂部排出室外。外層幕墻的做法自由多樣，可根據(jù)不同的需求，靈活地進(jìn)行立面設(shè)計(jì)。

自然通風(fēng)型雙層幕墻在歐美國(guó)家使用較為普遍，經(jīng)典的超高層案例如阿布扎比國(guó)家展覽中心、德國(guó)RWE工業(yè)集團(tuán)總部大樓、德國(guó)波恩郵政辦公樓、法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓等。國(guó)內(nèi)受自然條件、技術(shù)、管理、造價(jià)等方面的影響，雙層幕墻在超高層建筑中的應(yīng)用較少。上海中心大廈是國(guó)內(nèi)超高層雙層幕墻的典范，但其空腔層的進(jìn)排風(fēng)仍然由機(jī)械通風(fēng)完成。

北京保利國(guó)際廣場(chǎng)主樓高161.2m，采用自然通風(fēng)型雙層幕墻，外層幕墻為保溫墻體。夏季，開(kāi)啟幕墻進(jìn)排風(fēng)口，加強(qiáng)通風(fēng)排出熱空氣，降低空腔層溫度。內(nèi)部空間采用空調(diào)系統(tǒng)降溫，避免室內(nèi)外的直接熱交換，降低能耗（圖5）。冬季，關(guān)閉幕墻進(jìn)排風(fēng)口，空腔層成為一個(gè)保溫層，可以避免因室內(nèi)外溫差而造成的外幕墻凝結(jié)現(xiàn)象（圖6）。外幕墻采用鋼管混凝土斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，在連續(xù)斜肋框架上安裝幕墻玻璃，猶如一個(gè)巨大的鉆石燈籠（圖7）。

2.3 幕墻自然通風(fēng)器

近年來(lái)，自然通風(fēng)器在超高層幕墻自然通風(fēng)體系中得到了廣泛運(yùn)用，因其具備隔音、隔熱、防風(fēng)、防雨、水密、氣密等性能，可配合啟閉開(kāi)關(guān)使用（圖8）。自然通風(fēng)器主要依靠室內(nèi)外的氣壓差和溫度差通風(fēng)，不受建筑迎風(fēng)面的高風(fēng)壓影響，避免了開(kāi)啟扇的安全性問(wèn)題，室內(nèi)通風(fēng)舒適度較高，并可成為立面造型的重要元素。通過(guò)對(duì)上海地區(qū)高層公共建筑自然通風(fēng)器的實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)被測(cè)建筑的自然通風(fēng)器可以提供0.45～1.38次/h的新風(fēng)換氣次數(shù)，對(duì)室內(nèi)通風(fēng)效果有一定的改善作用。

北京保利國(guó)際廣場(chǎng)外層幕墻就采用了自然通風(fēng)器（圖9），三角面水平交界處設(shè)置了線性通風(fēng)器，加強(qiáng)了體塊感，使寶石造型更為立體。

2.4 其他被動(dòng)式通風(fēng)設(shè)計(jì)

除上文所述的玻璃幕墻自然通風(fēng)外，超高層建筑還可以利用外立面洞口、幕墻導(dǎo)風(fēng)板、表皮凹凸扭曲等手法，將自然通風(fēng)同立面設(shè)計(jì)結(jié)合，兩者相輔相成。外立面洞口可使風(fēng)穿過(guò)建筑物，并減小建筑物迎風(fēng)面的風(fēng)壓，改善外立面通風(fēng)環(huán)境或?qū)L(fēng)導(dǎo)入建筑物內(nèi)部的中庭空間，提高建筑自然通風(fēng)效率。導(dǎo)風(fēng)板或風(fēng)墻具有導(dǎo)風(fēng)的作用，通過(guò)控制可以在風(fēng)壓小的情況下將自然風(fēng)引入室內(nèi)，在風(fēng)壓大的情況下導(dǎo)流強(qiáng)風(fēng)，減小建筑的正面風(fēng)壓。表皮的凹凸扭曲同風(fēng)墻的作用類似。

3 結(jié)論

自然通風(fēng)作為一種生態(tài)技術(shù)，需配合場(chǎng)地的地理位置、氣候特征、主導(dǎo)風(fēng)向、溫度、濕度等因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，或引入立面設(shè)計(jì)使功能同美觀有機(jī)結(jié)合，是超高層公共建筑可持續(xù)發(fā)展的重要手段。智能化控制系統(tǒng)可進(jìn)一步提高自然通風(fēng)的通風(fēng)效率，是自然通風(fēng)的新技術(shù)和新趨勢(shì)，還需進(jìn)一步探索。

圖片來(lái)源

圖3 由華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計(jì)研究總院提供；圖4，8 由作者自繪；其余圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)。