孫志高

社會(huì)的進(jìn)步和人類(lèi)生產(chǎn)要求與生活水平的提高,工作與生活的環(huán)境要求越來(lái)越高,空調(diào)的使用也越來(lái)越普及?？照{(diào)給人們的工作和生活帶來(lái)舒適環(huán)境的同時(shí),也導(dǎo)致能量的大量消耗。為減少空調(diào)使用能量的消耗,在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中常常通過(guò)增加空調(diào)環(huán)境的密閉性、減少通風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn),但這也是現(xiàn)代建筑物“病態(tài)建筑綜合癥”產(chǎn)生的主要因素之一。防止“病態(tài)建筑綜合癥”、改善空調(diào)環(huán)境的人體舒適度的一個(gè)有效方法就是從室外適量引入新鮮的空氣。從節(jié)能角度出發(fā),古老的通風(fēng)方法——自然通風(fēng)近年來(lái)又受到重視,并得到進(jìn)一步的發(fā)展。組織合理的自然通風(fēng),不僅可以節(jié)省下大量的空調(diào)能耗,同時(shí)為工作、生活提供健康、舒適的環(huán)境,回歸自然。

1 自然通風(fēng)的原理與應(yīng)用形式

1.1 自然通風(fēng)原理

自然通風(fēng)是根據(jù)地理和建筑物的自然環(huán)境條件而進(jìn)行的一種通風(fēng)換氣方式,其顯著特點(diǎn)就是在通風(fēng)過(guò)程中不消耗能源,技術(shù)簡(jiǎn)單,但同時(shí)也具有受環(huán)境影響大的不利因素,空氣調(diào)節(jié)的精度不高等特點(diǎn)。

當(dāng)室外氣流與建筑物相遇時(shí),由于建筑物的阻擋,迎風(fēng)面形成一個(gè)滯流區(qū),動(dòng)壓降低,靜壓增高,形成正壓區(qū);建筑物的背風(fēng)面和側(cè)面靜壓降低,形成負(fù)壓區(qū)。這時(shí)只要建筑物設(shè)有窗、孔等設(shè)施,氣流將自發(fā)從正壓面流進(jìn)建筑物內(nèi),然后再由建筑物內(nèi)流至建筑物外的負(fù)壓區(qū),形成風(fēng)壓通風(fēng)(見(jiàn)圖1)。沒(méi)有溫差條件下的純風(fēng)壓通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力的大小主要取決于風(fēng)速與風(fēng)向、建筑物結(jié)構(gòu)、尺寸與朝向,在夏天風(fēng)壓通風(fēng)是自然通風(fēng)的主要方式,通風(fēng)量也較由于溫度差引起的熱壓通風(fēng)量大。

當(dāng)室內(nèi)外存在溫度差,同時(shí)建筑物與環(huán)境之間存在不同高度的通風(fēng)口,這時(shí)在熱壓的作用下導(dǎo)致建筑物與環(huán)境間的氣流交換(見(jiàn)圖2)。這是一種自然對(duì)流,它主要是利用空氣密度隨溫度升高而降低的性質(zhì)所進(jìn)行的一種通風(fēng)方式,影響熱壓通風(fēng)的因素主要是建筑物窗孔的位置與高度差以及室內(nèi)外的溫度差。

通常情況下自然通風(fēng)常常是由于在熱壓和風(fēng)壓共同作用下進(jìn)行的(見(jiàn)圖3),但對(duì)于某一特定建筑物而言,環(huán)境中風(fēng)力與風(fēng)向是一動(dòng)態(tài)變化的量,導(dǎo)致風(fēng)壓與熱壓共同作用下的自然通風(fēng)不能簡(jiǎn)單線(xiàn)性疊加。

1.2 自然通風(fēng)形式

1)自然通風(fēng)中“煙囪效應(yīng)”?，F(xiàn)代建筑物中,大中型建筑物越來(lái)越常見(jiàn),中庭作為大中型建筑物的一部分在其自然通風(fēng)中起著重要的作用。中庭中的空氣在太陽(yáng)的照射下,形成熱壓作用所需要的溫度差,而中庭本身的高度又為自然通風(fēng)提供了高度差,這樣從門(mén)廳進(jìn)來(lái)的自然風(fēng)從中庭的底部進(jìn)入而由中庭的上部排出,同時(shí)帶走建筑物中的部分熱量。2)與太陽(yáng)能相結(jié)合的自然通風(fēng)。太陽(yáng)能煙囪就是這一應(yīng)用方式的具體體現(xiàn)(見(jiàn)圖4),它通過(guò)集熱器加熱空氣,從而產(chǎn)生抽吸作用,冷空氣由建筑物的下部進(jìn)入,熱空氣從上部的太陽(yáng)能集熱器排出,達(dá)到通風(fēng)的目的。3)與相變儲(chǔ)能墻體材料相結(jié)合的自然通風(fēng)。我國(guó)許多地區(qū)的晝夜溫差大,夏天的室內(nèi)溫度常常偏高,導(dǎo)致人體不舒適,而自然通風(fēng)由于受到氣候條件等因素的限制,在這些地區(qū)的白天有時(shí)作用有限。如果能利用夜晚的低溫環(huán)境,降低白天的室內(nèi)溫度,可起到很好的降溫效果。自然通風(fēng)結(jié)合含有相變墻體材料將很好地實(shí)現(xiàn)這一功能,相變墻體材料在白天溫度較高時(shí)吸熱發(fā)生固—液相變,降低室內(nèi)溫度;夜晚自然通風(fēng)使溫度降低,墻體材料發(fā)生液—固相變,放出白天吸收的熱量。4)玻璃幕墻進(jìn)行自然通風(fēng)?，F(xiàn)代玻璃幕墻建筑物在大中城市中越來(lái)越多,利用玻璃幕墻實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)也是現(xiàn)代建筑的一個(gè)特色。通常玻璃幕墻的內(nèi)外兩層玻璃之間形成一個(gè)氣流通道,外層玻璃幕墻設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口。在陽(yáng)光的照射下通道內(nèi)的空氣溫度吸熱,形成上升的空氣流,從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)的目的,并帶走通道內(nèi)的熱量,降低內(nèi)層玻璃表面的溫度,對(duì)房間進(jìn)行冷卻。在溫度低的季節(jié)里,可關(guān)閉玻璃幕墻的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口,這時(shí)氣流通道變成了溫室,從而提高內(nèi)層玻璃的溫度,對(duì)房間進(jìn)行加熱。

2 自然通風(fēng)節(jié)能

通風(fēng)是排除建筑物內(nèi)污染物,消除余熱余濕,實(shí)現(xiàn)房間冷卻的一種技術(shù)手段,也是提供新鮮空氣的需要。與機(jī)械通風(fēng)相比,自然通風(fēng)是利用地理?xiàng)l件、建筑物自身的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)的一種有效方式,是一種沒(méi)有能耗的技術(shù),在承擔(dān)全部或部分房間空調(diào)負(fù)荷的同時(shí),節(jié)省了寶貴的能源,達(dá)到節(jié)能的目的。相關(guān)的研究報(bào)告指出,在辦公樓中合理采用自然通風(fēng)可節(jié)省空調(diào)能耗14 kWh/m2～41 kWh/m2。國(guó)際能源署在 2000年的總結(jié)報(bào)告中指出,有效利用自然通風(fēng)可使辦公樓的建筑能耗下降50%以上。由此可見(jiàn),自然通風(fēng)只要利用恰當(dāng),是一種可靠的節(jié)能技術(shù)。自然通風(fēng)在實(shí)際利用過(guò)程中受到多種因素的影響,如當(dāng)?shù)貧夂?、建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物環(huán)境要求與建筑物內(nèi)部得熱和得濕量、建筑物外的空氣質(zhì)量等,這些都會(huì)對(duì)自然通風(fēng)是否可行、通風(fēng)效果產(chǎn)生直接影響。

3 自然通風(fēng)舒適性

除了環(huán)境的溫度外,空氣流動(dòng)特點(diǎn)是影響人體熱舒適感覺(jué)的重要因素,人體對(duì)不同通風(fēng)方式的舒適度感覺(jué)是不同的。通常情況下氣流的速度、脈動(dòng)強(qiáng)度和頻率分布影響人體與環(huán)境的熱濕交換,從而影響人體對(duì)環(huán)境溫度的感覺(jué),使人體產(chǎn)生不同的熱感覺(jué)。自然風(fēng)是一種沒(méi)有規(guī)律的紊亂氣流,與恒定而單調(diào)的機(jī)械通風(fēng)相比,自然風(fēng)的湍動(dòng)效應(yīng)更符合人的生理要求,受到人們的青睞。國(guó)內(nèi)外的已有研究結(jié)果表明,對(duì)比自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng),絕大部分人喜歡自然通風(fēng)環(huán)境,而選擇機(jī)械通風(fēng)環(huán)境人的比例在30%以下;更有80%以上的被調(diào)查者選擇有點(diǎn)熱但有自然風(fēng)的環(huán)境而不是有空調(diào)的涼爽環(huán)境,這就說(shuō)明自然通風(fēng)更適合人體的生理要求。

4 結(jié)語(yǔ)

自然通風(fēng)是一項(xiàng)古老而重要的通風(fēng)方式,其與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合成為重要的通風(fēng)空調(diào)技術(shù),受到建筑節(jié)能和生態(tài)主義者的關(guān)注。自然通風(fēng)是一種被動(dòng)式的通風(fēng)降溫形式,通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行可有效改善建筑物的熱環(huán)境,提高室內(nèi)空氣品質(zhì),降低對(duì)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的依賴(lài),節(jié)約建筑物能耗,在當(dāng)今社會(huì)潛力巨大。但自然通風(fēng)受到的制約因素多,如地理氣候環(huán)境、建筑物周?chē)目諝赓|(zhì)量與噪聲、建筑物的結(jié)構(gòu)等,只有綜合這些因素的合理設(shè)計(jì)與運(yùn)行,才能確保自然通風(fēng)的有效實(shí)現(xiàn)。同時(shí)要研究新的自然通風(fēng)技術(shù)手段,如與自然通風(fēng)相結(jié)合的相變墻體儲(chǔ)能材料、自然通風(fēng)的模擬軟件以及控制技術(shù)等,這些新技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)將有力促進(jìn)自然通風(fēng)技術(shù)的健康發(fā)展。

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