空气调节系统在建筑节能中的应用

空气调节系统在建筑节能方面的应用（作者：石智鑫）摘要：随着全球气候和环境变化压力的加大，加强建筑节能，发展绿色建筑来保护地球环境已经成为一个广泛研究的课题。其中，在建筑的通风换气方面，现在广为应用的是以机械通风调节温度和湿度来达到居住者要求。机械通风的好处是方便，快捷，可以在短时间内实现人们想要的温度和湿度，但是它所带来的污染和弊端也是显而易见的。自然通风是建筑节能的一种有效手段，对于降低能耗，提高室内舒适度都有着非常重要的作用。介绍了自然通风技术的优势，分析了其原理，论述了自然通风技术的实现方法。关键词：自然通风；建筑设计；地域建筑；节能引言：随着空调技术的不断发展，人们越来越能主动的控制室内环境，创造前所未有的室内舒适气候要求，从而使人们逐渐淡化对自然通风这种气候适宜性技术的应用。然而，在今天全球能源紧张、节能压力增大、空气品质（IAO）恶化以及建筑综合征（SBS）等发生的情况下，人们不得不重新审视自然通风这一传统的气候适宜性技术，自然通风这个古老而有效的技术在今天得到了前所未有的重视。建筑节能概念建筑节能是指在保证建筑使用功能和室内热环境质量的前提下，降低其使用过程中能源消耗的活动，现在普遍称为“提高建筑中的能源利用率”，在保证提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。其内涵包括在建筑物的规划、设计、建造和使用过程中，执行建筑节能标准和施工验收规程，合理设计建筑结构，采用低能耗建筑材料，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通风系统的运行效率，加以不降低居住质量和舒适度为基础，合理利用可再生资源，降低能源消耗。当下，绿色环保的理念已经深入人心，在建筑节能领域也是如此，“低能耗建筑”、“绿色建筑”等层出不穷。我们亟需建立起世界范围内的建筑节能标准，对一些节能建筑、绿色建筑和环保建筑等进行规范，此项工作，有些国家已经在做了，并取得了初步的效果，但是仅仅如此而以，世界范围内还缺乏统一的节能建筑标准。本文将对绿色建筑、生态建筑和可持续建筑的广泛定义概括如下：绿色建筑师这样的一种概念。建筑物的规划、设计、建造和使用过程中，执行建筑节能标准和施工验收规程，合理设计建筑结构，采用低能耗建筑材料，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通风系统的运行效率，加以不降低居住质量和舒适度为基础，合理利用可再生资源，降低能源消耗。以最少的能源消耗，来达到尽可能的居住、办公的舒适，并产生最少的垃圾和废弃物，以保护地球的环境。1自然通风技术的优势自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风方式的根本目的就是取代（或部分取代）空调制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要的意义：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。2自然通风技术的原理及应用自然通风是一项古老的技术，与复杂、耗能的空调技术相比，自然通风是能够适应气候的一项廉价而成熟的技术措施。通常认为自然通风具有三大主要作用：（1）提供新鲜空气；（2）生理降温；（3）释放建筑结构中蓄存的热量。自然通风是在压差推动下的空气流动。根据压差形成的机理，可以分为风压作用下的自然通风和热压作用下的自然通风。风压作用下自然通风的形成过程。当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑；而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气从该侧的出口流出，这样就形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。热压作用下的自然通风的形成过程。当室内存在热源时，室内空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，导致室内空气向外流动，同时在建筑下部，不断有空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。根据进出口位置，自然通风可以分为单侧的自然通风和双侧的自然通风。双侧自然通风系统示意图，表示的是单侧的自然通风形式。3建筑设计中自然通风的实现3.1建筑体型与建筑群的布局的设计建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，若风沿着法线吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊，根据风向投射角（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响，因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。3.2围护结构开口的设计建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式，窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3时，开口大小为地板总面积的15％~25％时，通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开布置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流更均匀，通风效果更好。3.3注重“穿堂风”的组织“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹人室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大，房屋内部空气流动阻力越小，通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。3.4在建筑设计中形成竖井空间，来加速气流流动，实现自然通风在建筑设计中竖井空间主要形式有：（1）纯开放空间。目前，大量的建筑中设计有中庭，主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。从另外一个方面考虑，我们可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。（2）“烟囱”空间，又叫风塔——由垂直竖井和几个风口组成，在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区，可以利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不固定的地区，则可以设计多个朝向的风斗，或者设计成可以随风向转动。3.5屋顶的自然通风通风隔热屋面通常有以下两种方式：（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。3.6双层玻璃幕墙围护结构双层（或三层）幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤”，它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在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，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，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，使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温的目的。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有可调节的深色百叶。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大造成的紊流不易控制的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题，可加强围护结构的保温隔热性能，并能降低室内的噪音。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42％~52％，在制冷时节约能源38％~60％，是解决建筑节能的一个新的方向。5结束语:我国建筑节能工作起步较晚，从20世纪80年代后期才开始，经过20年的艰苦探索与努力，我国的建筑节能事业已取得多方面的进展。一是建筑节能组织管理的不断规范化，积极出台了一系列政策、法规；二是建筑节能专项规划的建立；三是建筑节能标准化工作不断升级，制定,一批建筑节能及其相关的技术标准、规范；四是初步建立起一支懂建筑节能管理和技术的专业人才队伍；五是建筑节能科学技术研究与开发，取得了一批具有实用价值的科技成果，居世界前列的技术；六是建筑节能相关产品得到开发和推广应用，建筑节能产业有了长足的进步，初步形成了门类丰富、整体配套、先进适用的建筑节能产品体系；七是我国与美国、日本、英国、印度、欧盟、欧佩克等建立了能源双边对话机制。今后，我们将继续充分利用各方资源、经济、技术等方面的互补性，积极开展能源领域的国际合作。通风是建筑的最基本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗，使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。我们现在的建筑设计中，尤其是一些建筑的更新如新民居的设计，不仅要关注自然通风技术，更要注意把这一传统的技术与当地的地理气候特征和气候因素等相结合，提出多层次的、全面的、适宜的建筑技术，体现“气候决定建筑”的设计理念。参考文献:[1]申唐,毛贤君,张天宏.绿色智能建筑新技术发展应用[J].江苏建材,2009,14(1):16-18.[2]苏志刚.绿色地产在中国的发展——以万科绿色建筑实践为例[J].城市建筑,2009,8(2):21-22.[3]夏发斌.浅议房地产开发和绿色建筑[J].现代经济信息,2009,8(1):31.[4]王浩.践行绿色建筑困境与出路[J].山西建筑,2010,2(2):15.[5]徐坚.21世纪小康住宅节能系统[J].房材与应用,2001,29(8):9-11.[6]熊小萌.中国夏热冬冷地区绿色建筑技术应用问题研究[D].武汉:华中科技大学,2006.[7]张静.浅探绿色节能建筑设计[J].世界建筑,2009,35(5):12-13.[8]窦晶.绿色建筑理念与房地产企业竞争力研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.