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[摘要]本文通過對(duì)綠色建筑的自然通風(fēng)組織原理的深入分析,結(jié)合國(guó)內(nèi)外利用風(fēng)壓和熱壓原理組織建筑空間自然通風(fēng)的典型案例,試圖找到有效的被動(dòng)式自然通風(fēng)組織方法和策略,為未來綠色建筑良性發(fā)展提供新思路。
[關(guān)鍵詞]被動(dòng)式;綠色建筑;空間組織;自然通風(fēng)
1自然通風(fēng)的組織原理
建筑自然通風(fēng)是指利用自然的手段來促使空氣流動(dòng),將室外空氣引入室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)換氣,以維持室內(nèi)空氣舒適性。自然通風(fēng)的基本原理在于,當(dāng)建筑開口的兩側(cè)存在壓力差,就會(huì)有空氣流過開口??梢?,自然通風(fēng)的驅(qū)動(dòng)力來自于“壓差”,壓差主要由“風(fēng)壓”和“熱壓”形成。其中,“風(fēng)壓”是指室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開口處的壓差;“熱壓”是指溫差引起的空氣密度差所導(dǎo)致的建筑開口內(nèi)外的壓差。
2自然通風(fēng)的組織形式
建筑的自然通風(fēng)原理主要有三種,即以風(fēng)壓作用為主導(dǎo)、以熱壓作用為主導(dǎo)和風(fēng)壓、熱壓結(jié)合作用為主導(dǎo)的被動(dòng)式通風(fēng)。
2.1利用風(fēng)壓組織建筑空間
利用風(fēng)壓組織建筑通風(fēng)時(shí),應(yīng)綜合考慮風(fēng)速、建筑總體規(guī)劃布局、與風(fēng)向成角關(guān)系、建筑物幾何形態(tài)及周圍環(huán)境等諸多影響因素。要想獲得良好的自然通風(fēng)效果,首先建筑物室外的平均風(fēng)速不宜小于2—3m/s,建筑布局時(shí)盡量與夏季主導(dǎo)風(fēng)向垂直,以增加風(fēng)壓利于形成“穿堂風(fēng)”。其次,合理利用建筑周邊建設(shè)環(huán)境和自然景觀條件,巧妙利用伯努利效應(yīng)和文丘里效應(yīng)形成正壓風(fēng)和負(fù)壓風(fēng)的原理來組織和調(diào)控建筑的自然通風(fēng)。例如皮亞諾設(shè)計(jì)的芝貝歐文化中心(TjibaouCulturalCenter),位于澳大利亞東側(cè)的南太平洋沿岸,氣候炎熱潮濕,常年受來自海洋的西風(fēng)影響。因此,該建筑采用抗風(fēng)壓能力較強(qiáng)的“棚屋”結(jié)構(gòu),將其背向常年主導(dǎo)風(fēng)向,并在其肋架結(jié)構(gòu)中設(shè)置可調(diào)控的百葉和上下開口,以應(yīng)對(duì)不同風(fēng)向與風(fēng)速對(duì)建筑內(nèi)部氣流產(chǎn)生的影響,從而實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)、降溫、除濕的效果。
2.2利用熱壓組織建筑空間
熱壓通風(fēng)是由于建筑腔體內(nèi)外存在溫差和空氣密度差導(dǎo)致的,由于空氣受熱后密度會(huì)變小,從而產(chǎn)生向上浮升的動(dòng)力,此時(shí),在建筑上方和下方有明顯高差的地方分別設(shè)置開口,室內(nèi)的熱空氣就會(huì)通過上方開口排到室外,而室外冷空氣通過下方開口流入室內(nèi),從而形成自下而上的循環(huán)氣流,即所謂的“煙囪效應(yīng)”。但應(yīng)注意,只有當(dāng)室內(nèi)外溫差和進(jìn)出風(fēng)口高差足夠大時(shí),煙囪效應(yīng)才易于實(shí)現(xiàn)。例如在空間組織時(shí)利用上下層貫通的中庭空間形成“拔風(fēng)豎井”,或?qū)翘蓍g做成“風(fēng)塔”強(qiáng)化拔風(fēng)效果,從而實(shí)現(xiàn)利用熱壓進(jìn)行自然通風(fēng)。
2.3利用風(fēng)壓與熱壓組織建筑空間
由于風(fēng)壓作用受環(huán)境因素影響較大,具有不穩(wěn)定性,而熱壓作用雖易于實(shí)現(xiàn),但僅依靠煙囪效應(yīng)形成的空氣流動(dòng)又較為緩慢,效果不明顯。因此,在建筑空間組織時(shí)應(yīng)將風(fēng)壓作用和熱壓作用協(xié)同配合,恰當(dāng)增強(qiáng)或減弱通風(fēng)效果以適應(yīng)不同的建筑室內(nèi)空氣環(huán)境需求。例如張家港生態(tài)農(nóng)宅項(xiàng)目,就是利用了組合式通風(fēng)方法,通過調(diào)整建筑朝向和庭院空間組織關(guān)系,結(jié)合建筑進(jìn)出風(fēng)口位置的巧妙設(shè)計(jì),配合共享空間的拔風(fēng)作用以及“文丘里效應(yīng)”的抽吸力,強(qiáng)化了整個(gè)建筑空間的自然通風(fēng)效果。
3自然通風(fēng)組織設(shè)計(jì)方法
建筑自然通風(fēng)組織設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮建筑的場(chǎng)地環(huán)境和氣候條件等因素對(duì)室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的影響,合理規(guī)劃建筑布局、設(shè)計(jì)建筑體型與空間組合、通風(fēng)口位置等。(1)建筑長(zhǎng)邊或凹口部分宜朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向,有利于增加風(fēng)壓形成自然通風(fēng)效果。(2)采用傳統(tǒng)民居中常用的內(nèi)庭院和底層架空的空間組織方式,有利于獲得通風(fēng)散熱效果。(3)雙側(cè)開窗通風(fēng)時(shí),房間進(jìn)深一般不宜超過凈高的5倍,單側(cè)通風(fēng)時(shí),進(jìn)深不宜超過凈高的2.5倍,有利于形成“穿堂風(fēng)”。另外,增加適當(dāng)窗戶面積并使對(duì)向窗口錯(cuò)位布置,有利于增強(qiáng)通風(fēng)效果。(4)在建筑中設(shè)置中庭、樓梯間、通風(fēng)井及其他高出屋面的風(fēng)塔,有利于加強(qiáng)空間垂直方向上的空氣流動(dòng),從而產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”獲得良好的自然通風(fēng)效果。(5)靈活布置太陽(yáng)房、雙層玻璃幕墻、特隆布?jí)?、?dǎo)風(fēng)板、屋頂通風(fēng)層等構(gòu)造方式,在組織建筑空間時(shí)充分利用熱壓和風(fēng)壓原理形成自然通風(fēng)。
4結(jié)論
綜上所述,建筑的被動(dòng)式通風(fēng)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代綠色建筑最常使用并且技術(shù)較為成熟的節(jié)能設(shè)計(jì)手段,這種方法可以采用低成本、少能耗、零污染的方式實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的自然通風(fēng),從而使建筑空間獲得高舒適性和有利于身心健康的新鮮空氣。由于不同的建筑具有不同的建設(shè)環(huán)境和氣候條件背景,在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)中,我們應(yīng)該針對(duì)不同建筑的自身特點(diǎn)制定被動(dòng)式通風(fēng)設(shè)計(jì)策略。被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展?jié)摿薮?,?jīng)濟(jì)效益前景可觀,加之國(guó)家政府和機(jī)構(gòu)不斷出臺(tái)的有利政策,我們應(yīng)該抓住機(jī)遇迎接挑戰(zhàn),希望更多的建筑師能夠關(guān)注并推進(jìn)建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì),早日實(shí)現(xiàn)低能耗、零能耗甚至產(chǎn)能建筑的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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作者:郝妙琦 許德麗 單位:沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院
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