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被动式生态建筑中庭的自然通风设计对策

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《昆明学院学报》2017年第4期

摘要:从大量西方国家生态建筑建设的实践来看,中庭的生态效应也逐渐受到人们的关注和重视,其不仅可为建筑室内外气候条件提供交换场所,还在建设生态建筑、空气净化、气候控制等方面发挥着积极的作用。基于建筑中庭空间的生态特性,本文主要从被动式生态中庭的定位出发,阐述了中庭的被动式生态设计,并对中庭自然通风设计策略进行分析。

关键词:被动式建筑;中庭生态效应;自然通风设计

在外界气候隔绝能力较差的情况下,将中庭作为气候控制的缓冲区。但大量实践表明,中庭由于自身体积大、玻璃采用面积大,常常因设计不当而造成大量的能源损耗,这与生态建筑建设目标是相违背的,因此,为了改善这一局面,需积极利用有利因素实现节能降耗的目标,同时尽可能减少外界环境造成的不良影响,从根本上保障建筑的生态可持续发展。

一、被动式生态中庭的定位

中庭的角色定位直接关系到其被动式生态设计方案的落实效果,为了尽可能减少设计创作过程中不确定因素对其造成的影响,建议可以从以下几个方面进行分析:①特定功能。中庭在大部分建筑中扮演着交通空间或过渡空间的角色,除此之外,还应考虑是否需要赋予中庭以特定功能;②活动场所。中庭在一定程度上具有“室内城市广场”的作用,但在生态设计中,中庭是否可作为使用者的活动场所需要进一步考虑;③空间感的要求。中庭的尺度与形态会导致其生态策略产生明显的区别,比如一个规模适宜的中庭可采用空调进行通风,但对于一个超大尺度的中庭来说,若采用全空调满足通风条件,则会造成大量的能源消耗。

二、中庭的被动式生态设计

简单来说,被动式设计即是尽可能利用阳光、风力、温湿度等自然条件来完成建筑的规划、设计和环境配置等,且在这一系列活动中尽量不产生或少产生常规能源的消耗,进而创造出符合人类可持续发展需求的居住环境;被动式设计的基本内容包括了项目设计方案的制定、项目施工控制及后期投入运行的全过程。通常在生态设计策略中,被动式生态设计是作为一个整体而存在的,对于被动式生态建筑中庭来说,自然空气从室外进入室内,再由室内外排出也是一个连续的过程。中庭在建筑中最为显著的一个特征即为空间过渡,将各个楼层连接为一个整体,这一作用的发挥对整体通风策略的实施具有重要作用。由此可见,中庭的形成与使用缩小了建筑平面进深,给自然采光和自然通风均创造了良好的条件。

三、中庭的自然通风设计分析

(一)不同地区自然通风策略

1、寒冷地区。寒冷地区侧重于建筑室内的保温性和气密性,为了避免建筑出现大量失热现象,通常采用热空气上升或烟囱效应来进行热压通风。中庭由于空间规模较大,烟囱效应进行热压通风的效果更为明显,在中庭空间温差和压差加大的情况下,可促使空气频繁流动,以满足寒冷地区自然通风的要求。

2、干热地区。干热地区由于室外气温过高,建筑通常采用厚实的墙体或小窗,使得室内外温差高达25℃,故干热地区的中庭自然通风设计也需减少通风量。对于干热地区来说,可通过增大中庭的高宽比设计这一措施来排除大部分太阳辐射,充分发挥烟囱效应的作用。另外,针对部分空气湿度小的地区,可在中庭内适当增加水体设计,以借助自然风力来达到蒸发制冷和增加湿度的目的。

3、湿热地区。湿热地区的年平均温度一般在24-30℃,室内外温差较小,故该地区建筑的屋顶多为架空的干栏式,再配合进深较大的挑檐来起到通风、遮阳的作用。针对湿热地区的气候特征,中庭自然通风的生态设计主要以除湿为主,通过气流吹过人体而产生蒸发制冷的效果,

4、温和地区。热压通风策略尤为适用于温和地区,该地区建筑中庭的高差较大,故中庭可充分利用自身的这一优势,再结合烟囱效应来实现自然通风,且形成的自然通风条件对环境造成的影响较小,可推广使用。

(二)中庭自然通风的控制与构造

1、建筑体型设计①开放型空间。在中庭内设置掏空空间,增加室外风流的过流面积和频率;②通透型空间。在建筑各个楼层的适当位置设置开窗,利于疏导室外风流,特别是在夏季的通风效果更好;③扭曲平面。在夏季,增加主导风向的外表面积。

2、室外环境设计①植被导风。结合主导风向的实际,对建筑有效空间内的灌木、乔木位置进行合理设计,将自然风力从建筑南侧引入;②合理利用构筑物。将挡风墙和导风板合理组合起来,并辅以绿化植被设计,来引导夏季风流进入建筑室内,避免冬季恶性风流。

(三)中庭的自然通风技术

对于中庭空间来说,自然通风技术主要体现在以下两个方面:1、通风控制系统。对于被动式生态建筑来说,利用一些控制系统对建筑需求进行调整,常见的控制系统包括建筑能源管理系统,该系统会利用感应器所提供的室外气温、风强度和二氧化碳等信息来改变风口闸门的开闭状态,以对中庭的通风条件进行控制;2、自然通风辅助构造。若室内外风压不足或热压效果不理想时,需要利用构造设计来取得良好的中庭通风效果,比如在利用“水平导风百叶”来引入新风;采用“多空隙维护结构”来增加开放式通风的效果;利用被动式太阳能通风烟囱等构件强化中庭的通风效果。

(四)中庭的季节性调控

每个地区存在明显的季节性差异,在不同的季节,建筑自然通风的控制方式、通风量等均会发生变化。比如针对温带气候区,其通风策略可分为三种模式:①春秋季节,采用全自然通风,自然空气通过窗户穿过办公室进入中庭;②夏季则采用机械辅助通风,结合人工湖泊的水起到制冷效果;③冬季则利用燃气锅炉供暖。

四、结语

总而言之,基于中庭生态效应的重要性,设计人员需根据工程实际,综合考虑地区气候条件、空气湿度等因素,采用适当的方式将太阳光照、自然通风等引入建筑中加以储存和处理,这一举措不仅可以进一步完善的建筑的使用功能,还能达到保护环境、节约能源的目的,对于促进生态建筑的可持续发展是极为重要的。

参考文献:

[1]解明镜,周春员,李鑫.旧工业建筑改造中的被动式节能设计研究[J].工业建筑,2013,43(4):42-44.

作者:王政 单位:郴州市城市规划设计院

昆明学院学报责任编辑:张雨    阅读:人次