現(xiàn)代建筑屋頂與建筑的自然通風(fēng)

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 摘要：結(jié)合自然通風(fēng)的基本原理和國外的一些建筑實例,分析了現(xiàn)代建筑屋頂在建筑各種自然通風(fēng)系統(tǒng)中的作用,提出了屋頂應(yīng)采取的相關(guān)構(gòu)造措施,以節(jié)約建筑能耗,保護(hù)人類身心健康。
      關(guān)鍵詞：現(xiàn)代建筑 屋頂 自然通風(fēng)
 　　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(fù)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(dāng)?shù)淖匀煌L(fēng)是減少使用空調(diào)負(fù)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(jìn)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(jī)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(jī)械輔助自然通風(fēng)是利用溫差造成的熱壓和機(jī)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(jī)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(qiáng)迫”氣流改向,可以使自然通風(fēng)達(dá)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[ 1 ] 。
      2 　屋頂在完全自然通風(fēng)中的作用
      當(dāng)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)墓蚕碇型ァ＿@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(jìn)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(jìn)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(dāng)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)(見圖1) 。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。可作為“豎井”空間的,除了中庭外,還可以利用建筑的樓梯間(見圖2 考文垂大學(xué)新圖書館,其樓梯間兼作通風(fēng)豎井使用) 。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(見圖3 英國貝丁頓零能耗住宅屋頂上的風(fēng)帽) 。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(jī)遇[ 2 ] 。
      3 　屋頂在機(jī)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(jìn)高出的氣流走廊。這時的建筑自然通風(fēng)就必須借助機(jī)械裝置的輔助,或者是根據(jù)不同時段、不同季節(jié)進(jìn)行完全自然通風(fēng)和機(jī)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(jìn)的中庭入口的引導(dǎo)下,經(jīng)過大門口上部開啟的百葉進(jìn)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(yán)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(jī)械抽風(fēng)和熱回收裝置被引到風(fēng)道中,然后進(jìn)入各層樓板的夾層空間,進(jìn)而在樓板低壓發(fā)散裝置的輔助下進(jìn)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(jī)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?qiáng)化玻璃中,其吸收的熱能用于驅(qū)動機(jī)械抽風(fēng)裝置