063自然通风在民用建筑中的应用

自然通风在民用建筑中的应用青岛建筑工程学院李朝振胡松涛王刚摘要：以前由于可控性不好，自然通风在民用建筑中的应用比较少。现在计算机技术和自动控制技术的发展，以及自然通风的舒适性和节能潜力，使得自然通风重新得到人们的重视，自然通风在欧洲已经得到较为广泛的应用。本文介绍了自然通风设计的理论依据，在欧洲的发展和应用，对自然通风和组合式通风进行了介绍，最后说明了一种适合在我国推广的组合式通风。关键词：自然通风，组合式通风，民用建筑0引言在机械通风和空调发明之前，人们只能利用自然通风来驱暑，最常用的方式就是开窗通风。在空调发明之后，人们争相应用，从家庭到几乎封闭的摩天大楼，室内合理的通风没有得到应有的重视，自然通风也逐渐被人们忘却。正当人们满意于由此所带来的清凉的时候，空调系统也暴露出了其很多缺点。室内各种污染物超标，在空调房间内停留时间过长会明显感觉不舒适，如果长期在空调房间工作还会影响身体健康，患所谓的空调病。现行的空调系统解决的主要是室内的温度问题，家用空调仅相当于一个冷气机，部分中央空调和户式中央空调对新风进行了考虑，相对于家用空调效果较好，但是考虑到费用问题或者管理原因，运行效果和实际运行相差很大。而且在大型的中央空调系统中，空调系统自身的污染相当严重。加拿大卫生组织最新的一项调查结果显示：68％的疾病起因于室内空气污染有关，80～90%的癌症起因与居住环境和生活习惯有关。室内环境的极端重要性与现行空调的种种弊端形成了强烈的反差，SARS病毒的流行更是将这一尖锐的矛盾呈现了出来，同时也给人们提供了一个契机，可以对现行的空调方式进行反思。自然通风重新进入人们的视野，自然通风有舒适性高和节能的优点。1理论研究平均热感受和平均室内作用温度的加权线性模型可以用来判定人们对过热或过冷的反应速度。[1]对于中央空调建筑（HVAC）：TS=0.51×Top－11.96（Top单位为oC）对于自然通风建筑：TS=0.27×Top－6.65（Top单位为oC）方程中，TS表示ASHRAE的7点（seven-point）热感觉程度的表决，当TS=0时，表示中性。这一分析揭示出中央HVAC建筑的居住者的热感觉度是自然通风建筑居住者热感觉度的约两倍。这一发现说明，在空调建筑中人们对热连贯性具有更高的期望，如果热环境偏离他们的期望，将很快达到其耐受极限。相反，在自然通风建筑中的人们好像证实他们优先选择较宽变化范围的热环境，可能由于他们有能力控制自己的环境，或因为他们的期望在这样的建筑中拥有一个他们已习惯的环境。通俗的讲：相对于现行的空调建筑，在同样的满意程度下，自然通风建筑的人们夏天可以接受更高的温度，而在冬天可以接受更低的温度。这为设计方案上的节能和提高人们的舒适性提供了理论依据。2自然通风的发展与应用以往自然通风系统不能得到很好的应用，主要是因为其可控制性不好，不能保证室内气候的稳定性。现在计算机的发展则强化了自然通风的应用。计算机模拟提供了预测自然通风在不同室外气候和通风需求下的性能的可能性，不同自然通风的构件运行可以得到更有效的监测，特殊制造的送风和回风口在很多国家已被广泛应用。具有自我调节功能的通风口可以随着天气和室内条件的不同而自动变化，以保持合适的风量。这样也可以让人们能够自己控制室内的环境。自然通风的应用可以分为两种情况，一是单纯的自然通风，二是与机械通风组合使用，后者称之为组合式（hybrid）通风。2.1欧洲自然通风的研究与应用自然通风在欧洲应用较为先进，英国处于领先的地位。在其通风设计中，风量的确定需要考虑到换气次数、排污量和制冷的要求。在制定通风方案时要考虑到加强建筑的密封性，防止不可控制的空气渗透，采取合适的通风形式，并能够和制冷供热结合起来。确定用自然通风、机械通风或者混合式通风。单纯的自然通风不使用风扇，意味着节能，造价低，节省维护空间，减少噪声；可能需增加中庭或者烟囱的造价，不能和热回收系统配和，不能处理大量的冷热负荷。对于这种通风，根据房间不同的进深和高度采取不同的方式，进深小于6米可以单边开窗（图1），大于6米小于15米需双边开窗（图2），进深大于15米时，需要加设烟囱结构（图3），如果进深过大时，则要采用与机械通风配合的组合式通风。在具体的设计中，建筑的形状不大可能如图所示的那么规则，设计方案就要根据具体的建筑形状，尽量要利用建筑中具有烟囱效应的结构。图1进深小于6米的自然通风图2进深大于6米小于15米时的自然通风图3进深大于15米的自然通风对于组合式的通风，分为季节性的组合和空间性的组合。如图4所示夏季采用自然通风，冬季采用机械通风，也可以根据时间、季节采取更细致的控制策略；图5所示空间跨度大的建筑周边采用自然通风，中间采用机械通风。组合式的通风灵活性好，相对于单纯的机械通风节能而且舒适性好，相对于单纯的自然通风可控性好，具有广泛的应用前景。夏季冬季图4季节组合式通风图5空间组合式通风在这种采用自然通风（包括组合式通风）的通风系统中要特别注意气流组织的设计，英国对此采用了风洞模拟实验和仿真模拟的方法来预测自然通风的气流组织，从而制定合适的设计方案。下图为一工程实例，采用自然通风。经过风洞实验，发现在顶部开口处存在空气倒灌的现象，与设计的气流组织不同，这样将会影响到通风的效果。分析其原因，是由于当地风向、建筑结构及周围建筑的影响所造成的。为了避免空气倒灌现象，在顶部风口又安装了一延长风口，这样就可以取得预想的气流组织效果。改造前改造后图6某自然通风的风洞实验及其改造方案2.2工程设计实例[1]图7为一个剧院的自然通风设计。建筑上部的柱状结构可以很好的起到烟囱效应，有利于自然通风的设计。经过速度场和温度场的模拟，可以看出该建筑采用自然通风，气流组织合理，人员活动区域的温度场分布可以达到要求。FoyerStackFoyerInletStudioStackEntranceMainStacksRehearsalStacks图7某剧院的自然通风设计图8剧院风洞实验模型图9剧院速度场仿真模拟图10剧院温度场模拟图11为某税务局大楼的组合式通风设计示意图，采用自然排风，为了能够满足排风量和控制气流组织，采取了机械进风。图11某税务局大楼组合式通风设计图12机械进风示意图3一种适合在我国推广的自然通风自然通风的在我国的应用属于起步阶段，对于民用建筑的自然通风的设计水平较低。这一方面是由于以往对民用建筑的重视程度不够，另外也与我国的暖通设计水平相对较低有关，在我国的暖通设计几乎没有采用仿真软件、风洞实验等辅助手段的，难以达到高标准的设计要求，而自然通风的设计常有较高的设计要求，以达到合理的气流组织。作为自然通风的起步阶段，独立住宅(别墅)的组合式通风可以作为一个很好的切入点。这种组合式通风常见的形式为机械排风，自然进风。这种建筑的室内空气参数要求高，可以接受较高的造价；这种通风系统很小，设计较为简单，具有很多的优点，适合推广。图13独立住宅的组合式通风通风系统和室内的制冷制热部分分开，不承担室内的冷热负荷。该通风系统还具有以下特点。依靠排风机提供动力，通过排风管对房间造成负压，新风通过空口处专门的风口自然进风。排风口一般设在厨房、洗手间等房间以吸风方式将室内空气排出。速度场均匀，新鲜空气分布在重要房间，避免二次污染，最大程度的保证了房间的空气质量。排风系统简单，新风没有管道，只有新风入口。整个风道系统简单，最大程度的避免了风道所造成的污染，维护清洗方便。提出了会呼吸的房屋这一崭新的概念，运行时间方案为一年365天，每天24小时连续运行。避免了间歇式运行造成水蒸气凝结所带来的不利影响。同时结合先进的自控技术，运行方案优化。在保证通风质量的情况下，节约了能源。代表了空调发展新方向，房间独立的通风，采暖和制冷采用辐射地板、冷却顶板等。这种组合方式称为新概念空调。这种空调地运行费用仅为常规空调地50％，具有良好的声学效果，而且不破坏建筑外观。在北京某些高级建筑上已经得到应用，取得了良好地房地产销售成绩。4结语自然通风具有很多的优点，可以提高室内空气的质量、在节能方面也很有潜力，但同时对设计的要求也较高。在我国这方面属于起步阶段，需要大力介绍吸收国外的先进成果，并根据国内的气候、建筑等情况做出理论上的研究，为这一新型的通风方式的推广提供理论基础，提高居住的舒适性，为能源节约做出贡献。5参考文献[1]ProfessorPhilJones（WelshSchoolofArchitecture），VentilationDesign