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自然通風 不可忽視的綠色能量

近年來,隨著我國經濟建設快速發展,各類型活動對于能源消耗亦迅速增加。節能環保由此上升為社會性話題。而作為占據社會總能耗近半的建筑能耗,如何讓建筑利用自然的可再生能源、節約建筑能耗,已成為未來很長一段時期我國建筑行業發展之重點。建筑的自然通風是指依靠室內外風力和氣溫差異造成風壓和熱壓,促使空氣流動,從而使得建筑室內外的空氣進行交換。自然通風不需要消耗任何動力,便可使建筑室內獲得新鮮空氣,帶走多余熱量,起到降溫、通風和節能的顯著效果。

建筑自然通風是當前行業公認的經濟、節能和環保的通風方法。無論是公共建筑還是住宅,自然通風多有利于室內環境改善和保障民眾健康。隨著城市人口密度增長以及建筑體量和規模的逐漸膨脹,多數老舊建筑自然通風能力差,單純依靠機械通風效果不好。風扇、空調的機械通風甚至容易引發各類疾病。同時,自然通風可節省機械通風所帶來的能量消耗,有效節約不可再生資源,符合節能環保以及可持續發展的理念。此外從經濟角度來考慮,自然通風更可以節約機械通風的電費。

自然通風存三種原理

自然通風與建筑室外氣候條件關系密切,根據其形成主要分為三類:

一是風壓產生的自然通風。我國許多非空調建筑中,大部分都是利用風壓來促進室內外空氣流通,從而改善室內空氣質量。利用風壓實現自然通風的首要條件是建筑外部有良好的風環境。當建筑外部的風吹及建筑時,由于受到阻擋會在建筑的迎風一面上產生正壓力。同時,氣流繞過建筑背面及各個側面時,會在相應的位置產生負壓力。風壓正是在這正負壓力差下產生的,從而實現空氣流通。壓力差的大小與建筑外形、風吹向建筑時的夾角和建筑周圍的環境等都有關系。例如,當風垂直吹向建筑的正立面時,迎風面中心處產生的正壓力最大,而屋角和屋脊處產生的負壓最大,從而形成最大的壓差。

二是熱壓產生的自然通風。這種形式是利用建筑內部空氣的熱壓差形成的自然通風,也稱“煙囪效應”。它利用熱空氣上升的原理,在建筑的上部設置排風口,將室內的污濁熱空氣從高處排風口排出,室外的新鮮冷空氣則從建筑底部被吸入室內,形成風力循環。熱壓通風作用與室內外的溫差以及進出風口的高度差有關。通常情況下,室內外溫差越大、進出風口高度差越大,熱壓產生的自然通風效果越明顯。

三是風壓與熱壓綜合作用通風。實際的建筑案例利用風壓與熱壓共同作用的情形亦不少見,并能很好地形成互補優勢,來對建筑進行自然通風設計。通常,在建筑某部位進深較小時,多采用風壓來直接通風,而當建筑進深較大時則多采用熱壓來提高自然通風的效果。但是,在實際利用二者共同組織通風時,要特別注意避免風壓和熱壓相互產生抵消作用,從而降低通風效果。

影響自然通風因素須重視

影響自然通風因素較多,在進行規劃和建筑方案設計時,需要注重以下四個方面:

一是建筑朝向對于自然通風節能的影響至關重要。節能型建筑必須首先考慮朝向對于節能的影響。我國多數地區尤其是北方地區建筑以“坐北朝南”為正向,正是考慮到太陽方位對于建筑節能的直接影響。冬季陽光直射入室內及主墻面,可以節省因采暖而消耗的能量,提高室內溫度及建筑保暖的效果。此外,建筑朝向的設置還會直接改變建筑物周邊以及建筑本身的通風情況,從而提高建筑的自然通風效果。

二是建筑結構形式對自然通風節能影響很大。建筑的幾何形狀如建筑挑檐、屋頂坡度、女兒墻等都和建筑周邊風壓分布有關。此外,建筑周邊的植被、綠化及建筑密度等也會改變風速和風向并影響到自然通風。與此同時,熱壓的影響因素主要來自于室內外溫差以及建筑的開口位置。合理的建筑結構設計應當能夠有效組織通風,保持室內溫度和空氣質量。如將通風器安置在屋頂,并在各層都設置好通風格柵,形成良好的煙囪效應,這樣能夠為自然通風的余壓創造有利條件。

三是重視圍護結構熱慣性的影響。通常來講,建筑的圍護結構都有一定熱慣性,其熱容量越大,蓄熱能力就越大,相對衰減和滯后就愈明顯。因此,重型墻體的蓄熱能力要遠高于輕型墻體,由蓄熱能力強的厚重材料所組成的圍護結構穩定性好,建筑室內溫度抵抗外擾波動的能力就很強。尤其在北方晝夜溫差較大的地區,在夏季夜晚利用自然通風將冷量儲存在室內的圍護結構中,白天可將室內溫度降低約2 3℃,明顯延長非空調時間,起到節能效果。

四是室內氣流組織不可忘。建筑室內氣流組織的好壞會直接影響到建筑物的能耗、室內空氣質量以及熱環境,并最終影響建筑的自然通風效果。在進行建筑設計時,住宅朝向以及內部構造設計應以有利于自然通風為原則,不留死角,同時保證氣流暢通、阻力小、少拐彎,甚至形成“穿堂風”。總之,現代建筑的自然通風應是有組織、有控制的自然通風。

利用自然通風來實現室內環境控制是應當大力提倡的、節能環保的舉措。人們應當充分認識到,僅僅有這些理論基礎是不夠的,更重要的則來源于行業基層的決心、探索和實踐。習近平總書記提出,不要搞奇奇怪怪的建筑。從通風科學的角度來說,這一觀點亦不無道理。通風雖然是建筑行業內極微小的環節,但作為政府管理部門,亦應當考慮制定相關政策法規,對自然通風所帶來的綠色感受加以提倡,需要從城鄉規劃、建筑設計等多方面來完善及實現。所謂“牽一發而動全身”,這是個長久和遠大的命題。

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