現(xiàn)代建筑屋頂與建筑的自然通風

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 摘要：結合自然通風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系統(tǒng)中的作用,提出了屋頂應采取的相關構造措施,以節(jié)約建筑能耗,保護人類身心健康。
      關鍵詞：現(xiàn)代建筑 屋頂 自然通風
 　　建筑通風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?？照{(diào)技術的產(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,并著手研究相應的解決措施。給建筑以適當?shù)淖匀煌L是減少使用空調(diào)負面影響的有效方法之一。自然通風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 　自然通風的原理與模式
      建筑的自然通風從動力來源上可分為完全自然通風和機械輔助自然通風兩種模式。完全自然通風是由來自室外風速形成的“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,設計師也經(jīng)常利用這一點,挖掘建筑自然通風的潛力。機械輔助自然通風是利用溫差造成的熱壓和機械動力相結合而形成的室內(nèi)外空氣對流。與完全自然通風相比,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,可以使自然通風達到更好的效果。在這兩種通風模式中,屋頂都是形成溫差,組織氣流的重要環(huán)節(jié),在整個自然通風系統(tǒng)中起著重要作用[ 1 ] 。
      2 　屋頂在完全自然通風中的作用
      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,其實質(zhì)就是“溫差———熱壓———通風”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,在需要通風時能讓氣流找到出口。赫爾佐格設計的德國林茨城的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(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?？勺鳛?ldquo;豎井”空間的,除了中庭外,還可以利用建筑的樓梯間(見圖2 考文垂大學新圖書館,其樓梯間兼作通風豎井使用) 。沖出屋面的突兀空間除了做成煙囪外,還可以做成風塔、風帽的形式(見圖3 英國貝丁頓零能耗住宅屋頂上的風帽) 。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),更是機遇[ 2 ] 。
      3 　屋頂在機械輔助自然通風中的作用
      對于很多地區(qū)的建筑來說,完全自然通風并不是每個季節(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)進行完全自然通風和機械通風的輪換。英國諾丁漢大學朱比麗分校的主體建筑具備兩套通風措施: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模式。在酷熱或嚴寒季節(jié),建筑的門窗關閉,新鮮的空氣通過屋頂上風塔的機械抽風和熱回收裝置被引到風道中,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作用,最終又回到風塔上部,經(jīng)過熱回收和蒸發(fā)冷卻裝置,最終由風斗排出,這時采用的就是機械輔助的自然通風模式。太陽能集熱片被集成在中廳屋頂?shù)奈鼰釓娀Ａе?其吸收的熱能用于驅(qū)動機械抽風裝置