自然通风技术在建筑设计上的应用
自然通风技术原理自然通风的原理:自然通风是指利用建筑内外空气的密度差引起的热压或风力造成的风压力,促使空气流动的通风换气。
风压通风
原理:当空气流过建筑物时,受到阻挡,迎风面的静压增大, 侧风面和背风面产生涡流, 静压降低,从而在迎风面和背风面间形成压力差, 风从压力高的一端流向压力低的一端,形成自然通风。
传统民居的''穿堂风''实际上就是典型的风压通风。建筑的外部风环境以及建筑的形体要素(体量、进深等)对实现风压通风具有直接影响。
适用范围:主要适用于建筑进深相对较小。
热压通风
原理:热压通风是建筑物内部的空气的热压差来实现自然通风, 也就是我们通常所说的“烟囱效应”, 温度高的空气向上流动, 从上部的排风口排出, 导致下部出现负压区, 此时室外空气流入, 形成室内外空气的连续流动。
适用范围:大型公共建筑进深普遍较大,实现风压通风可能存在一定难度,而由烟囱效应产生通风效果则是改善闷热、不舒适状况的良好手段。
热压风压共同作用
原理:对于进深较小的建筑, 风压通风起主要作用; 进深大的建筑则热压通风起主要作用,当二者同时作用时, 压差为风压和热压单独作用时的内、外压差之和。
通风方式
屋顶通风
原理:屋面通风的做法一般在屋顶上再做一层架空层, 这样它可以降低室内温度。
通风墙
原理:在朝南向阳墙的外表面涂以深色选择性涂层,并在离墙外表面 10 cm 左右处装上玻璃或透明塑料薄片以形成空气间层,利用“温室效应”原理加热夹层空气,从而产生热压来驱动空气流动。
运作原理:冬季可以通过打开集热墙上、下两个通风口形成循环对流来对室内空气加热,当需要新鲜空气或室外气温比较合适时,也可打开玻璃下面的进风口、关闭集热墙下面的风口来对室外空气先加热后再流入室内。夏季,则只打开玻璃上风口与集热墙下风口,利用夹层空气的热压流动来预防室内过热,同时带走室内的部分余热。
双层玻璃幕墙
运作原理:其在夏季阳光的照射下,打开热通道上下两端的进排风口,使热通道的气流自下而上地流动,在热通道内产生烟囱效应,从而带走通道中的热量,达到降低室内温度的作用。同时,可以放下半透明卷帘,通过卷帘反射后除去大部分太阳辐射,降低房间温度,从而减小空调的负荷,节省电能。
在冬季,双层玻璃幕墙可关闭外层幕墙的通风口,这样内外两层幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高,形成了一道热空气层,既阻挡了室外的冷空气,也减少了室内温度向外界传递,降低了房间的热负荷。此外,由于双层玻璃幕墙为3层玻璃,能大幅度减少外界噪声对建筑内部的干扰。
案例简析
雷根斯堡住宅
通风原理: 在冬季白天,砾石吸收太阳光的热量,处于升温和储热状态,它和玻璃盖顶一起维持室内的温度。冬季晚上,没有了太阳光的照耀,室内温度开始下降,这个时候,吸收了一整天热量的砾石就开始散热了。
这个通风散热的原理在夏天晚上也适用。在有砾石铺地的温室、小花园和室内之间有玻璃隔断,这个隔断可以自由开合,可以调节进热量。夏天太热了,可以关上玻璃隔断,那样子砾石散出来的热量就不会影响到室内。
雷根斯堡的玻璃盖顶有锌钛板,可以自由装备和拆卸。夏天太阳太猛烈了,铺开锌钛板,把阳光反射出去,可以降低室内温度。
小花园里的树在夏天提供了阴凉。同时也荫蔽着二层的玻璃盖顶部分。这些树都是落叶树,冬季的时候它们叶子落光,不会影响住宅的采光,到了夏季它们又回复到枝繁叶茂的样子了。
德国法兰克福商业银行大厦
三角形平面,电梯井、楼梯井知道顶层,三面围绕的49层通风大厅成为塔楼的中心,13个三层高的花园盘旋环绕在大厅周围。
平面介绍:大厦平面呈三角形,两边为办公区域,另一边侧是空中花园,楼梯间与电梯间配置在角落,三个核心筒构成空腹拱梁,为中央留下了大面积的自由无柱空间。
三角形平面,电梯井、楼梯井知道顶层,三面围绕的49层通风大厅成为塔楼的中心,13个三层高的花园盘旋环绕在大厅周围。
通风分析:大楼的新风系统不断松紧新鲜空气,工作环境保持温度适宜,空气清新,,是整个中庭的效果更佳贴近自然,是的写字楼内的环境更佳舒适。
冬季:在寒冷的天气,计算机系统将关闭内层“皮肤”上的窗户,通过中庭来进行自然通风。
夏季:窗户打开,可以获得穿堂风。
自然通风在建筑设计上的应用建筑设计应用自然通风的基本原则
建筑布局采用交错排列或前低后高,或前后逐层加高的布置;
正确选择平面的组合形式;合理栽种树木,有利导风、透风。
利用天井、楼梯间引导气流,组织自然通风;
开口位置的布置应使室内流场分布均匀;
改进门窗及其他构造,使其有利于导风、排风和调节风量、风速等。
1.为了保证建筑的自然通风效果,建筑主要进风面一般应与夏季主导风向成60°- 90°角,不宜小于45°角,同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。
(1)街道布局的定向
主要大街/大道应与盛行风的方向平行排列或最多成30度角,令盛行风得以进透入全区。
(2)建筑物之间应留有空间以改善通风。
(3)由道路、休憩用地及低矮楼宇连成的通风廊道。
(4)设置风廊/风道。
(5)利用非建筑用地的配置以辟设风道。
2.改善建筑群通风的方法
平面
一.建筑平面转角处理:
1. 角偶锯齿状处理,使迎风侧上游处面积小,而下游处面积大。
2. 将建筑物平面圆形化以减低风速增加领域。
二.墙面凹凸变化:
1. 将建筑物墙面做成凹凸状,以阻扰气流,降低横切建筑物侧面的风速。
2. 建筑物墙面凹凸状变化,可藉遮阳板或增设阳台方式处理。
三.建筑群设计要求:
1.建筑物长边与长年风向平行。
2.加大建筑物群邻栋间隔,避免产生局部峡谷风。
四.利用绿化改变气流状况
建筑形式的选择
自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物的高度的增加而增强。
对高层建筑的室内通风是有利的,但是,高层建筑能把城市上空的高速风引向地面,产生“楼房风”的危害,这对周边地区自然通风的稳定性和控制是不利的。
1. 建筑群立面改善通风方法
一.基座型(底层扩座型)建筑:
1.将高层建筑物下层部份规划为一大片的低层建筑物减少对行人活动层的影响。
2.底层建筑物的设计高度必须比周围的建筑物高,以避免「楼房风」影响周围的低矮建筑。
二.中空化建筑:
1.于建筑物立面中段位置设一大的开口部,使风能穿透而过,如此可减低「下降风」的风速。
2.建筑物中空层设置的位置以接近受风面的气流分岐点附近,其风速增加领域为最小。
三.邻栋间通廊顶盖:
为防止高层建筑物受风面与低层建筑间通路,入口处之逆流风对行人活动的影响,故于上部设置顶盖。
2.建筑内通风的设计
自然通风性能,以空间中「开窗」型态,与其它「开口」之通风路径关系为判定,分为「置中窗」(窗中心线距离墙面值D:1/2X≧D≧1/3X)及「边窗」(非置中窗) 两种开窗型态,空间较佳的通风路径以「相对侧」通风路径设计或「多侧」通风路径设计。
如图(a)、(b)所示,空间开窗与「方框处开口」成通风路径时表示该空间具有「较佳通风路径」。
相对侧开窗及多侧开窗方式也有一定的净深限制,且皆和室内净高有关,这也是为了确保室内无死角。
窗户上方以有气窗为佳,两扇对开的横拉窗,保证至少能有一半的通风面积。
90度外推的型式,使通风面积几乎是整个开口,外推后窗面开口分成两半,垂直的窗扇则成为导风板,将风导入室内,通风效果更好。
自然通风应用实例—清华大学超低能耗示范楼
室内控制方案
建筑中或厂房中的应用
高层建筑窗际自然通风
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