浅谈现代建筑的诱导通风设计

　　摘要：生态设计思想是人类对20世纪造成全球性环境污染和生态环境恶化的工业文明进行深刻反思的结果。生态建筑的理论与实践反映了建筑师应对环境问题的积极态度，丰富了现代建筑的设计理论，开拓出建筑可持续发展的新路，可以预见，生态建筑将成为21世纪建筑的主要发展方向。本文结合实际案例,介绍了生态建筑中可采用的基本技术措施之一的诱导式构造技术。
　　关键字：现代建筑，诱导式，然通风
　　
　　生态建筑必将是2l世纪最具有代表性、时代感的建筑形式之一。如今生态学原理已广泛地渗透到建筑设计中的许多方面，可以说我国的建筑师们面对未来，有勇气、有能力设计出适于我国国情的生态建筑，创造与自然、人、社会融为一体的人类居住环境和绿色建筑空间。本文结合工程设计实例，介绍了生态建筑中可采用的基本技术措施之一的诱导式构造技术。
　　1.工程概况：
　　某工程建筑面积12000㎡,建筑高度22m,地上5层/地下一层（设备层）。建筑地下设备层布置为通风机房、通风静压箱、消声砌体及库房，地上布置为教室、宿舍、餐厅、库房、多功能教室等。本文主要介绍地道通风降温及诱导通风系统的设计。
　　2.地道通风降温系统及诱导式通风系统：
　　为了充分利用土壤的蓄热（冷）能力，节省不可再生能源（人工制冷）的消耗，保护生态环境、减少空气污染，本设计力图尽可能地利用可再生的洁净自然能源（风、光、热）。由于夏季制冷能耗大于冬季供暖能耗，故为教室设计了地道通风降温及诱导式通风系统，以满足教室通风换气和降温，达到改善室内热环境及空气品质的要求，并使教室在不开窗时CO2浓度低于1.5‰，这是传统的人工制冷系统（空调器）所不能做到的。为了降低建筑物能耗，对围护结构热工设计进行优化，既建筑专业采取了隔热、保温、遮阳等节能措施。外墙的传热系数达到了0.60W/(㎡.K)。通过对本建筑物各方面进行的模拟分析，预测本建筑物全年冬季采暖逐时热负荷和夏季空调逐时冷负荷，确定出了合理的环境控制方案；预测室内温度场和气流组织状况；利用地道降温系统全年非稳态程序，根据冷负荷曲线，预测计算地道风提供的冷量和逐时的出口风温，保证地道提供的冷量曲线高于建筑物的负荷曲线。
　　2.1地道通风降温系统
　　采用地道通风降温系统作为主冷源，根据建筑物逐时动态负荷确定地道几何尺寸，使地道通风能在供冷季提供建筑物所需冷量，维持室内良好的热环境。
　　2.1.1地道设计方案
　　根据该地区土壤温度随深度的变化情况，4m深处土壤温度年波动幅度已经比较小（波幅3℃左右），因而上层预制混凝土埋管中心深度定为4m，使用钢筋混凝土预制管，内径1.2m，水平布置，管道间中心间距2.4m。考虑到地道建成后的维护，方便维修人员的进入，因此选用内径为1.2m的管道。
　　在模拟计算中，通过优化控制方案，尽量使计算地道冷源系统提供的总冷量曲线接近所有建筑物需要的冷负荷曲线，以求得满足冷量需求的最短地道长度，最大限度地降低初投资。
　　设计结果如下：总计需要四根埋管，其中一根埋管供南教学楼，三根埋管供主教学楼，在主教学楼和南教学楼地下层分别设置机房，为主教学楼和南教学楼送风。埋管布置方案为上下层各布置两根埋管，地道长度为290米/根。
　　2.1.2地道夏季运行模式
　　根据建筑物所需冷负荷及新风量的要求，使用三档变转数风机控制地道内的通风量，实现分阶段控制方案。根据室外的气象参数和地道出口空气温度来确定风机的运行工况。经计算教室的最大冷负荷为200KW，系统总设计风量为89000m3/h，地道送风温度为20℃。地道降温系统选用的风机为三档变转数风机，可满足90%以上时间房间温度控制在29℃以下。
　　2.1.3地道冬季运行模式
　　地道通风系统在冬季作为地道预热系统：一方面将室外的低温空气引入地道，使地道的温度降低以保证地道在夏季的冷却能力；另一方面通过地道预热室外新鲜空气，改善房间的空气质量。4m埋深下土壤温度在11月～2月均高于室外气温，所以在11月～2月可以通过地道通风或敞开地道口进行蓄冷以保证第二年的供冷效果不会降低。
　　2.1.4机房布置
　　机房设于建筑物内的地下室。机房内设置风机，静压箱，消声砌体、初效过滤器等。风机作减震处理。室外空气经过埋管，经风机加压后送至静压箱，然后通过水平送风道送至送风竖井，再送至各房间。
　　2.2诱导式通风系统
　　主教学楼的南侧教室考虑采用诱导式排风系统——通过烟囱效应和太阳集热器（涂成黑色的坡屋顶）尽可能吸收太阳辐射热，加热流过其中的空气，扩大与室外空气的温差，形成并强化热压拔风作用，进而对房间内的空气产生有效的抽拔作用，从而保证教室内能形成稳定的气流组织形式。
　　由于诱导式通风系统较依赖于室外气象条件，并且提供的拔风动力较小，为了确保排风效果，同时安装机械排风系统。
　　2.2.1机械送风系统设计
　　地道风通过送风竖井，送至各教室，为了确保机械送风系统能满足各个教室风量要求，在建筑投入正式使用前，必须进行初调节，使各房间的风量分配满足使用要求。
　　2.2.2机械排风系统设计
　　房间内污浊空气通过排风口引至排风道内，经排风机排出室外。空心夹层墙排风道在设计上需要兼顾诱导式通风、建筑物采光和外立面外观的要求，经计算校核，设计墙体空腔尺寸为600mm×500mm，每间教室对应三个空心夹层墙排风道。
　　当采用诱导式自然排风时，地道送风系统处于低档运行，此时开启排风电动百叶窗，并关闭排风机。南向教室在设计诱导式自然排风系统的同时还并联设计机械排风系统，当太阳辐射较弱或地道送风系统处于中、高档运行时，开启排风机，并关闭排风电动百叶窗。北向教室的排风直接通过排风机排出室外。
　　3.室内气流组织设计
　　由于教室里人员的位置固定，而且又是小学生，因此房间气流组织的设计尤其重要。而合理的风口设计可以实现良好的房间气流组织。房间的风口设计是根据房间的气流组织设计而决定的。
　　经多方案比较并利用流体力学PHOENICS模拟软件，预测室内温度场和气流组织状况，上送上排通风形式能形成良好的室内气流组织分布。新鲜冷空气从上部送出后，下沉至房间底部，在下沉的过程中气流扩散掺混，风速衰减，温度上升至学生活动区域时，温度在24℃左右，风速在0.2米/秒左右，达到人体热舒适的标准。下沉的空气遇到热源时，靠室内发热源的热力作用又以自然的形式使室内的余热和污浊空气向上漫漫浮起，移至房间上方，通过排风口排出教室。这种通风方式为由热压驱动引起的自然对流，仍是一种置换通风方式。
　　需要注意的是，该送风方式，有可能出现当送风风速过小时（风机运行在低中档），冷气流下坠过快，出现部分区域低温度高风速的情况，使该区域舒适度不满足要求。因此在送风口设可调节角度的水平百叶，以便当送风速度变化时相应进行调节送风角度，以保证室内的舒适度。
　　结束语：
　　以上简要论述了生态建筑中地道通风降温系统、诱导式自然通风系统和烟囱效应的运用。设计中力求达到节能、减少污染的目的。这种通风方式，一方面改变了室内的空气品质，满足了降温的要求；另一方面又节约了夏季所需的制冷能源，创造了一个即自然又舒适的环境。既利用了可再生能源，又保护了生态环境，实现了可持续发展的目的。
　　参考文献:
　　1.陈帅,蔡颖玲,姜小敏.几种不同情况下的自然通风量的计算[J].四川建筑科学研究,2010,(02).

《浅谈现代建筑的诱导通风设计》

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