探讨现代建筑屋顶自然通风的设计

2020-01-04 作者:研发中心   |   浏览(74)

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随着人们生活水平的不断提高及城市人口迅速增长,建筑技术水平突飞猛进,大量不同使用性质的建筑组合出现,建筑体量和规模迅速膨胀。在部分大体量的建筑中容易忽视良好的建筑通风方案,仅仅采用机械通风,造成建筑能耗增加,与建筑节能理念相违背。在能源消耗与日俱增、世界资源日益匮乏的今天,

结合自然通风的基本原理和国外的一些建筑实例,分析了现代建筑屋顶在建筑各种自然通风系统中的作用,提出了屋顶应采取的相关构造措施,以节约建筑能耗,保护人类身心健康。

良好的通风在建筑设计中的应用越来越受到重视,人们不断研究如何利用通风来取得降低能耗的效果,同时更大限度地为人们提供健康舒适的室内环境

建筑的自然通风从动力来源上可分为完全自然通风和机械辅助自然通风两种模式。完全自然通风是由来自室外风速形成的“压差”和建筑表面的洞口间位置及温度造成的“温差”形成的室内外空气流动。按照热力学原理,建筑室内温度有沿高度逐渐向上递增的特点。该特点是建筑随层高增加而使上下之间温差加剧的主要原因,设计师也经常利用这一点,挖掘建筑自然通风的潜力。机械辅助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。

一、建筑通风概念

建筑通风的目的分为两个方面,一是建筑通风的设计主要考虑的人的主观因素。即居住者可以通过全新的建筑手法的设计,让人在房子里就会感受到建筑物的自然通风,给人以舒适宜居的环境体验;二是通过全新的科学设计使得居住环境有随着季节变化而改变的自然效果。

建筑通风是改善室内空气环境的一种重要手段。把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外,再把新鲜的空气补充进来,从而保持室内的空气环境符合卫生标准的需要,这一过程就叫“通风”。根据空气流动的动力不同,通风方式可分为自然通风和机械通风两种。所谓自然通风,就是依靠室内外空气所产生的热压和风压作用而进行的通风;所谓机械通风,就是依靠风机作用而进行的通风。

自然通风的建筑并非以最终形式作为自己的设计成果,它更加关注的是生态意识在建筑设计中的贯彻,是与技术要求更好地配合、协调。

二、建筑中的自然通风原理

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我国属大陆性季风气候,年气温相差较大,冬暖夏热是中国气候的主要特点。随着人们生活水平的不断提高,对建筑热舒适性的要求亦越来越高,采暖和空调的使用越来越普遍。随着空调技术的不断发展,人们越来越能主动地控制室内环境,创造前所未有的室内舒适环境要。然而使用空调必须消耗大量的能源,同时,空调的广泛使用,对人体健康造成了各种负面影响。给建筑以适当的自然通风,是减少使用空调负面影响的有效方法之一,它可以降低空调耗电量,进而降低生产这些电能的不可再生资源的消耗量和CO向大气的排放量;对人体而言,自然通风可减少“空调病”和各种通过空气传播的疾病的发病率。在这样的背景下,把自然通风这种传统建筑生态技术,重新引回现代建筑中,有着比以往更为重要的意义。

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建筑物中的自然通风在实现原理上有由“风压”和“热压”引起的空气流动。在实践中,往往由于条件所限制,单纯利用风压或热压不能满足通风需要,因此又可以有风压和热压结合,甚至采用机械辅助自然通风。

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1、利用风压作用形成的自然通风

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利用风压作用形成的自然通风是由来自室外风速形成的“压差”和建筑表面的洞口间位置及温度造成的“温差”形成的室内外空气流动。风洞试验表明:当风吹向建筑时,因受到建筑的阻挡,会在建筑的迎风面产生正压力。同时,气流绕过建筑的各个侧面及背面,会在相应位置产生负压力。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。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。当风垂直吹向建筑的正立面时,迎风面中心处正压最大,在屋角和屋脊处负压最大

2、热压作用下的自然通风

热压是室内外空气的温度差引起的。按照热力学原理,建筑室内温度有沿高度逐渐向上递增的特点。该特点是建筑随层高增加而使上下之间温差加剧的主要原因,这就是所谓的 “ 烟囱效应”。由于温度差的存在,室内外密度差产生,沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度。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,气流方向相反。热压的大小取决于2个开口处的高度差和室内外的空气密度差。而在实际中,建筑师们多采用烟囱、通风塔、天井中庭等形式,为自然通风的利用提供有利的条件,使得建筑物能够具有良好的通风效果。

3、风压与热压相结合实现自然通风

建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果,只是各自作用的程度不同,对建筑物整体自然通风的贡献不同。热压作用相对稳定,烟囱效应拔风的产生条件较容易实现;而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响,具有不稳定性。所以,当风压与热压同时作用的时候,还可能出现减弱通风效果的情况。当风向与热压作用的流线方向相同时,会相互促进;反之,则会相互阻碍,从而影响自然通风的效果。

4 机械辅助式自然通风

在一些大型建筑中,由于通风路径较长,流动阻力较大,单纯依靠自然风压与热压往往不足于实现自然通风。在这种情况下,常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道,辅以符合生态思想的空气处理手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等),并借助一定的机械方式加速室内通风。

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