新时代公共建筑的通风生态化设计

新时代公共建筑的通风生态化设计建筑师是通风系统的首要设计师，建筑设计确定了建筑分区的数量，同时也决定了空调机房、天井、通风塔等的定位。1建筑通风生态化设计的原理和意义采取“顺应”的方式适应自然变化，通过对建筑造型、结构、构件的改进，大大减低能耗，同时利用“主动”的设备进行通风，对抗较恶劣的气候条件，实现公共建筑通风设计的生态化。1.2建筑通风可能造成如下问题：1.2.1热量或冷量的过度消耗；1.2.2外界自然条件到来的不适感觉；1.2.3噪音及可悬浮颗粒污染；1.2.4通风过程使自然或人工影响产生效果不可控；1.2.5建造、维护过程中的成本增加。实际上，当新鲜空气沿着合适的通道顺畅地流向人们希望的方向时，通风是协调与优美的，它创造一种效率、带来一种美感，将建筑导向生态化的轨道。1.3建筑通风两方面的意义：1.3.1环境意义：带来新鲜的、温度适合的供人使用的空气。1.3.2热工意义：抵御自然条件的不利影响，防止过冷或过热，成为隔热或保温的活的屏障，自主地适应气候变化。2新时代公共建筑通风生态化的设计手法对于通风生态化设计，我们可以将常见的生态式通风方式约略分成大循环、小循环、微循环三类。它们在不同层次上实现建筑生态化通风发挥自己的作用。大循环，指的是从建筑物尺度上考虑的通风设计，主要表现为建筑造型上对通风的考虑。小循环，指的是从房间尺度上考虑的通风设计，主要表现为替换式通风等形式。微循环，指的是从建筑构件尺度上考虑的通风设计，主要表现为双层幕墙等形式。2.1大循环大循环主要指的是在建筑尺度上的通风循环，实现的形式也多种多样。林茨的会议展览大厅的屋顶结构设计成一个扁平的、由玻璃表面覆盖的拱。钢梁架使屋顶结构可以承受荷载，跨度达到76m，覆盖了一个204m×80m的范围。新鲜的空气从地板的小口和大厅四周的通风孔进入室内，而室内热空气根据热压原理升上屋顶。在这个加热过程中，空气通过圆管传送到一个热回收器中。一年中，废空气不停地从屋顶顶端一个巨大的、连续的开口中逸散出去，这个开口配备有可关闭的、百叶似的通风瓣。为了保证在不适宜的气压下废空气仍然能顺利地逸散，在屋顶的顶端设计了一个阻流板式的封盖物。7m宽的构件内侧凸起，利用“文氏管效应”来保证室内空气的逸散。文氏管效应当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。文氏管的原理就是把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区。2.2小循环小循环的典型方式包括最近国外正流行的一种替换式通风，在这种方式下，比室内气温约低1℃的空气从地板下以很低的速率(一般0.2m/s)提供。这些空气根被用者体温、计算机等设备和照明光源加热，然后上升通过天花板和高窗排出，提供更好的室内空气质量和舒适程度。坐落于英国伦敦的HELICON是一个比较典型的例子，这一建筑占据了伦敦一整个街区。包括6层办公室以及其下的5层零售商店(其中两层位于地下)。建筑有非常明亮和轻盈的外表，自然光可以射入其内的办公室建筑的外部,最大限度地使用了钢和玻璃这两种当代建筑最流行的材料，建筑没有可以打开的窗户，使用一种综合的空气散发系统和水冷式天花来对室内温度进行调节。水冷的天花板(一般为15℃)安装在金属龙骨上。地板内有送风系统，给室内提供新鲜空气。室外空气可以通过过滤器冷却后进入室内，从每层的高处排出。在冬天,新鲜空气在进入室内之前将和室内排出的热空气(经过滤)混合。在必要的时候，空气可以通过围绕建筑的管道加热后再送入室内。东侧和西侧立面的幕墙上装有多层玻璃，这些玻璃间有900mm的空腔，空腔的最外层是双层玻璃。清洁和维修人员可以进入这些空腔进行维护管理。空腔中安装有铝制的通风百叶片，这些叶片的旋转由计算机系统自动控制。空腔中空气的流动可以削弱太阳热辐射对室内温度的影响。2.3微循环微循环的一种典型的形式是双层外墙系统。外墙是建筑室内外环境之间的分界，其设计往往直接影响到室内环境质量和建筑在生态方面的表现，特别是玻璃幕墙。外墙应该能满足自然光照、太阳能的主动或被动利用防止过度热辐射、减少室内热损失。双层外墙系统有很好的热学性能。它能提供一种“空气流动的密封”，即它可以让空气流动进行通风，但同时又具有良好的热绝缘性能。其工作原理是空气腔里较低的气压把部分废气从房间抽出并且吸收太阳辐射热后变暖、自然地上升从而带走废气和太阳辐射热。一般来说，双层幕墙和传统的窗户相比大体能够减少20%-25%的能耗。在空气腔中增加日光控制装置(如百叶、光反射板、热反射板等)可以同时满足建筑自然通风、自然采光的要求。它的实质在于：形成一个生物气候缓冲层。人们把这种起缓冲作用的生物气候缓冲层称作生态建筑的形式因子。生物气候缓冲层（BBL）是指在生态系统结构的框架内，通过建筑构件或建筑群体之间的组合关系，对建筑实体和建筑细部等进行设计和处理，在建筑与周围生态环境之间，建立的一个缓冲区域，既可以在一定程度防止各种极端气候对室内影响，又可以强化各种微观气候调节的效果，进而满足人们种种舒适的要求，并且能够达到适当节能的目标。双层幕墙系统优点:它能将室内空气和玻璃墙内表面之间的温度差控制在最小范围内。此外它还兼具隔音等优良性能。现在这种系统已得到了越来越广泛的运用。双层外墙系统独有的特点是它使高层建筑的高层部分也可以进行自然通风而不影响幕墙正常的隔热功能。在RWE大厦中，建筑师英恩霍文及合作工程师发展了这种可“呼吸的外墙”来平衡热绝缘要求和日光照明、自然通风间的冲突。双层幕墙的外层由1920m×3461m的强化玻璃构成，内侧是两层玻璃，玻璃间有充氦气的隔热层。在内外层之间深度为50cm的空腔中安装有百叶，由80mm宽的铝板制成，可以旋转。百叶被外层的玻璃保护起来，免遭风雨的浸蚀.起到遮阳和热反射的作用。当太阳辐射很强的时候，空腔内气体温度升高，热空气从每层顶部的开口排出带走热量，同时从底部自然地吸入新鲜空气,每个幕墙单元都成为一个个能“呼吸”的肺。而在冬季，当通气孔关闭时，这些空腔中的空气吸收并存储辐射热成为建筑的“棉袄”。狂风可能吹袭室内，形成紊流和噪音干扰，气压甚至能导致房门打开困难。如果没有特殊措施，建筑高层开窗自然通风是不可能的。采用双层幕墙系统以后，外界气流流经空气腔的阻隔和缓冲，可以通过内侧打开的窗户进入室内，创造接近于地面的自然通风效果。大厦的运营管理系统由计算机控制，该系统根据外界气候变化控制着百叶的角度和通风机械、空调系统的动作。当风速超过标准时计算机系统会发出警报，让人们关闭打开的窗户；而当每扇窗户被打开时计算机系统会立刻知晓，并关闭相应房间的通风或空调设施。每个办公室的门边都有一个控制板可以微调灯光以节约电能；也可操纵遮阳板的角度。通过这些管理措施和双层玻璃幕墙的自然光照明、自然通风和热绝缘性能，使得建筑的能耗大大减少。RWE大厦总的能源消耗不到同等规模普通建筑的一半，辅助性质的机械通风和空调系统的能耗量比普通建筑减少了30%-35%；自然通风率达到了70%，只是在极端恶劣的天气或者要求很高的局部场合才使用空调。3结语在新时代的公共建筑中，通风生态化设计正在被日益广泛地采用，它在不同尺度上把握建筑的形体、结构与构造，降低了能耗，提升了建筑内部空气环境质量，最大限度地使改善建筑内部微气候，保护使用者的健康。