浅谈玻璃幕墙自然通风建筑设计

摘要：近年来，节能技术广泛和深入研究的基础上，一些国家的建筑师们在一起系列建筑创作中做出探索和实践，自然通风和机械辅助式自然通风是一项成熟而低廉的技术措施，在建筑设计中应充分、合理地加以使用。

关键词:建筑设计；自然通风

Abstract: in recent years, the energy saving technology wide and deep research, and on the basis of some countries architects together a series of architectural creation exploration and practice, the natural ventilation and mechanical auxiliary type natural ventilation is a mature and low technical measures, in architectural design in should fully and reasonable to use.

Keywords: architectural design; Natural ventilation

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

前言

自然通风是一种最古老、最节能的通风方法。它是改善室内空气品质的最基本方法，也是增强室内热舒适的方法之一，更是减低建筑空调负荷的免费措施之一。作用有两个方面，1)实现有效的被动式制冷。这意味着在不消耗不可再生能源的情况下,降低室内气温,带走潮湿空气,并以气流降低皮肤温度,达到人体热舒适。2)提供新鲜、清洁的自然空气,以维持室内空气的卫生,有利于人的生理和心理健康。建筑通风的设计方法,是以建筑设计配合室外通风条件,提高室内有效风速,从而达到通风换气的目的。如今,空调的使用,人们可以主动地控制居住环境,而不是被动地适应自然;也使人们渐渐淡化了对自然通风的重视。在全球能源与资源短缺、环境严重破坏时,建筑师将不得不重新审视自然通风这一传统技术。

通过建筑设计等传统的建筑通风技术,不但能使建筑获得良好的自然通风,而且具有节约能源、造价低廉的特点。长久以来,人们积累了丰富的经验,不同地理位置和气候条件都有相应的通风措施,利用风来使室内变得凉爽和舒适。从中国传统堪舆中的“藏风聚气”到古代中东地区招风塔和招风斗,都充分体现了各国人民在利用自然风方面的聪明才智。这些传统的技术较好地适应了当地的自然环境与气候条件。这些技术至今仍然值得借鉴,一些建筑师在现代建筑中也发展了传统的自然通风技术。

一． 建筑布局与自然通风

建筑布局对自然通风的效果影响很大。建筑布局方式以下5 种:并列式、错列式、斜列式(统称为行列式)、周边式和自由式。各种布局对建筑自然通风的效果不同,在设计中应予以注意。高低建筑、长短建筑相结合的不同布局、建筑布局不同的疏密关系以及建筑院落开口的方向等等也都会对建筑的自然通风带来一定的影响(图1)。

建筑错列布置以增大建筑的迎风面；b—高低建筑结合,将较低的建筑布置在迎风面；c—长短建筑结合布置和院落开口迎向主导风向；d—建筑疏密布置改善建筑通风。

图1 建筑布局对自然通风的影响

二．建筑平面与自然通风

1.设置天井进行自然通风

我国地域辽阔,南北的气候条件及地理环境差异极大,却在居住形态上都脱离不了“院”的干系,基本上都可以概括为“合院式”民居。“院”是中国传统建筑的灵魂,建筑平面中的“院”创造了良好的建筑通风。如广东的“竹筒屋”中天井的设置,增强了自然通风的效果(图2)。

1—天井；2—引风高侧墙；3—通风边弄

图2 竹筒屋的自然通风

2.建筑开口的设置与通透度

房间的开口大小相对位置等直接影响到风速、进风量和风的路径。开口的相对位置对气流路线起到决定作用,并应根据房间的使用功能考虑。如傣族竹楼的平面就很好地组织了自然通风(图3)。

不同开口方向的室内气流流场；b—傣族竹楼的自然通风

图3 建筑开喽的设置与自然通风

三．建筑剖面与自然通风

1. 利用建筑高大空间进行通风

建筑腔体对建筑内部环境起到调节作用的空间。包括:建筑的一些高大房间、中厅、边厅、楼梯间与通风井等。现代建筑师在创作中充分发挥了这一方法,从而实现了建筑的生态化(表1)。

2. 利用架空空间进行通风

利用架空空间在建筑行业获得良好的自然通风。架空层的设置可考虑两种位置:一是设计在底层。我国傣族的竹楼就是利用底层架空来获得舒适室内环境的典范。二是设计在建筑高度的中部。由福斯特设计的法兰克福商业银行为典型例子,它共60 层,其平面为弧线围成的三角形,中央为贯通全楼的中庭。三角形的每个边在若干个高度上都分别设有架空的空中花园,围绕中庭错落布置,与中庭一起共同组织气流,使整座楼的自然通风高达60%,被人们誉为“带有空中花园的能量搅拌器”(图4)。

图4 法兰克福商业银行建筑通风示意

四． 建筑构件与自然通风

1. 设计导板引导气流

创造风压通风的建筑开口与风向的有效夹角在40°范围内(Chandra,1986)。当建筑开口和风向夹角不在40°范围内,可以设计导板引导通风。一定风向下,导板和风压的关系见图5。

图5 设计导板引导气流

2. 屋顶的自然通风

通风隔热屋面通常有以下2 种方式:1)在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上,利用中间的空气间层带走热量,达到屋面降温的目的。另外,架空板还保护了屋面防水层。2)利用坡屋顶自身结构,在结构层中间设置通风隔热层,也可得到较好的隔热效果。

3.双层玻璃幕墙

双层幕墙是呼吸的皮肤,由内外两道幕墙组成。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,关闭进出风口,利用温室效应,提高围护结构表面的温度;夏季,打开进出风口,利用烟囱效应在空腔内部实现自然通风。利用双层玻璃幕墙通风的工作原理如图6 所示。

1—空气排出;2—遮阳装置;3—外层玻璃;4—空气吸入;5—气腔;6—隔热玻璃;7—废气排出隔热玻璃、强化

玻璃、遮阳置;8—空气腔;9—保温材料;10—空气吸入

图6 双层玻璃幕墙的工作原理

4.捕风窗

所谓捕风窗就是利用杆件支撑起高于建筑又迎向主导风向的片状构件,利用片状构件截住高于建筑的气流,因为同地表比较起来,高处气流温度低,流速快。所以,捕风窗将风利用风道引入建筑室内,满足了普通窗户通风和保证室内空气流动的功能要求。

结语：

自然通风还可以和多种其他手法相结合，如太阳能、建筑材料、自然采光、地下蓄热蓄冷、地热、自动控制等，且引进计算机模拟和风洞试验技术，从量化的层面对建筑的生态节能设计进行深入的研究。虽然我国目前对此研究不多，但随着可持续发展的设计理念的不断发展，建筑自然通风必将受到越来越多的关注。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。