“節(jié)能屋頂”及現(xiàn)代建筑設(shè)計的自然通風(fēng)

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　　建筑通風(fēng)的目的是提供人們呼吸用的新鮮空氣或在夏季降低室內(nèi)溫度。空調(diào)技術(shù)的產(chǎn)生與成熟，使人們可以在一個完全封閉的空間內(nèi)創(chuàng)造出一個獨立的小氣候，使室內(nèi)的溫度和濕度始終控制在相對舒適的范圍內(nèi)。但空調(diào)并不是萬能的，它在現(xiàn)代建筑中的廣泛使用所帶來的負面影響已經(jīng)引起了人們的警惕，并著手研究相應(yīng)的解決措施。給建筑以適當?shù)淖匀煌L(fēng)是減少使用空調(diào)負面影響的有效方法之一。自然通風(fēng)的建筑可以降低空調(diào)耗電量，進而降低生產(chǎn)這些電能的不可再生資源的消耗量和CO2向大氣的排放量；對人體而言，自然通風(fēng)可減少“空調(diào)病”和各種通過空氣傳播的疾病的發(fā)病率。

　　1自然通風(fēng)的原理與模式

　　建筑的自然通風(fēng)從動力來源上可分為完全自然通風(fēng)和機械輔助自然通風(fēng)兩種模式。完全自然通風(fēng)是由來自室外風(fēng)速形成的“壓差”和建筑表面的洞口間位置及溫度造成的“溫差”形成的室內(nèi)外空氣流動。按照熱力學(xué)原理，建筑室內(nèi)溫度有沿高度逐漸向上遞增的特點。該特點是建筑隨層高增加而使上下之間溫差加劇的主要原因，設(shè)計師也經(jīng)常利用這一點，挖掘建筑自然通風(fēng)的潛力。機械輔助自然通風(fēng)是利用溫差造成的熱壓和機械動力相結(jié)合而形成的室內(nèi)外空氣對流。與完全自然通風(fēng)相比，雖然建筑內(nèi)局部作為輔助動力的機械裝置要消耗一定的能源，但通過這種裝置重新組織氣流，甚至在局部“強迫”氣流改向，可以使自然通風(fēng)達到更好的效果。在這兩種通風(fēng)模式中，屋頂都是形成溫差，組織氣流的重要環(huán)節(jié)，在整個自然通風(fēng)系統(tǒng)中起著重要作用。

　　2屋頂在完全自然通風(fēng)中的作用

　　當室內(nèi)存在貫穿整幢建筑的“豎井”空間時，就可利用其上下兩端的溫差來加速氣流，以帶動室內(nèi)通風(fēng)，其實質(zhì)就是“溫差——熱壓——通風(fēng)”的原理。作為建筑共享空間的中庭就可以勝任這個“豎井”的職能，一般來說，其所占空間比例以超過整幢建筑的1/3為宜。這種中庭的屋頂一般都具備兩項性能：1）它們能讓陽光射入中庭，將中庭內(nèi)空氣加熱并產(chǎn)生上下溫差；2）它們是全部或局部可開啟的，在需要通風(fēng)時能讓氣流找到出口。赫爾佐格設(shè)計的德國林茨城的HOLZ大街住宅區(qū)，每幢住宅樓的顯著特征是帶玻璃頂?shù)墓蚕碇型?。這個中庭貫穿建筑五層并稍稍高出兩側(cè)房間的屋面。冬天，陽光透過玻璃屋頂直射進來，中庭屋頂?shù)膫?cè)窗關(guān)閉，使中庭成為一個巨大的“暖房”，到了夜晚，白天中庭儲存的熱量又可以向兩側(cè)的房間輻射；夏天，中庭屋頂?shù)膫?cè)窗開啟，將從門廳引進的自然風(fēng)帶著熱量一并排出，使建筑在夜間能冷卻下來。當建筑體量小，內(nèi)部的“豎井”空間高度不夠形成有效溫差時，也可以做成沖出屋面的豎向突?？臻g。位于英國中部Solihull的一座辦公大樓，以突出屋面的“太陽能煙囪”的自然方式滿足辦公空間的照明與通風(fēng)。這些“太陽能煙囪”的北面為玻璃天窗，天光由此灑向建筑的中心區(qū)域。天窗對面為自動控制的活動板，將其打開時，陽光從“煙囪”南側(cè)射入室內(nèi)加熱頂部的空氣，在熱壓的驅(qū)動下氣流由外墻的窗戶引入，上升后由“煙囪”排出?？勺鳛?ldquo;豎井”空間的，除了中庭外，還可以利用建筑的樓梯間。沖出屋面的突兀空間除了做成煙囪外，還可以做成風(fēng)塔、風(fēng)帽的形式。如何使那些突出屋面的部分在外觀上和屋頂協(xié)調(diào)，甚至使其成為整個建筑造型的亮點，對每個建筑師來說既是挑戰(zhàn)，更是機遇。

　　3屋頂在機械輔助自然通風(fēng)中的作用

　　對于很多地區(qū)的建筑來說，完全自然通風(fēng)并不是每個季節(jié)都適宜的；有些建筑受特定條件的制約，也不具備低進高出的氣流走廊。這時的建筑自然通風(fēng)就必須借助機械裝置的輔助，或者是根據(jù)不同時段、不同季節(jié)進行完全自然通風(fēng)和機械通風(fēng)的輪換。英國諾丁漢大學(xué)朱比麗分校的主體建筑具備兩套通風(fēng)措施：在室外氣候溫和的時候，氣流在凹進的中庭入口的引導(dǎo)下，經(jīng)過大門口上部開啟的百葉進入中庭內(nèi)，再由中庭另一端屋頂上的玻璃百葉排出，這時是完全自然通風(fēng)模式。在酷熱或嚴寒季節(jié)，建筑的門窗關(guān)閉，新鮮的空氣通過屋頂上風(fēng)塔的機械抽風(fēng)和熱回收裝置被引到風(fēng)道中，然后進入各層樓板的夾層空間，進而在樓板低壓發(fā)散裝置的輔助下進入室內(nèi)；而廢氣的排出是通過走道和樓梯間的抽風(fēng)作用，最終又回到風(fēng)塔上部，經(jīng)過熱回收和蒸發(fā)冷卻裝置，最終由風(fēng)斗排出，這時采用的就是機械輔助的自然通風(fēng)模式。太陽能集熱片被集成在中廳屋頂?shù)奈鼰釓娀Ａе校湮盏臒崮苡糜隍?qū)動機械抽風(fēng)裝置。

　　4屋頂內(nèi)部的自然通風(fēng)

　　屋頂除了作為整個建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)的一個組成部分，利用天窗、煙囪、風(fēng)斗等構(gòu)造為氣流提供進出口外，本身也可以成為一個獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。這種通風(fēng)屋頂內(nèi)部一般有一個空氣間層，利用熱壓通風(fēng)的原理使氣流在空氣間層中流動，以提高或降低屋頂內(nèi)表面的溫度，進而影響到室內(nèi)空氣的溫度。在日本的OM陽光體系住宅中，室外空氣由屋頂下端被吸入空氣間層，并被安裝在屋頂上的玻璃集熱板加熱，受熱后上升到屋頂?shù)淖罡咛?。屋頂最高處設(shè)置了空氣處理裝置，包括空氣閥門、熱交換盤管和一個小型風(fēng)機。這個裝置既能將加熱過的空氣通過管道送到建筑的各個角落，又能將不需要加熱的空氣由排氣管排出。

　　5結(jié)語

　　利用熱壓進行自然通風(fēng)的原理雖然簡單，但選擇具體構(gòu)造或技術(shù)措施時還需要根據(jù)建筑的功能和地理位置考慮；僅有定性的設(shè)計還不夠，為了使通風(fēng)起到實質(zhì)性的制冷或采暖效果，需要對進出風(fēng)口的氣流量、進出風(fēng)口開關(guān)的時間、中庭屋頂?shù)牟晒饬?、機械抽風(fēng)裝置的運轉(zhuǎn)時間等參數(shù)進行定量的計算。這時往往需要借助風(fēng)洞模型或計算機模擬實驗等方法才能得到精確的數(shù)值。21世紀是環(huán)保的世紀，是可持續(xù)發(fā)展的世紀。降低建筑能耗，使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達到動態(tài)的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學(xué)要求后應(yīng)追求的更高目標。屋頂?shù)南嚓P(guān)構(gòu)造和設(shè)備配合建筑的其他圍護結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)造的自然通風(fēng)的條件，使建筑在實現(xiàn)以上幾個目標方面具有更大的潛力。