经历过愈加严重的城市“空调依赖症”,又迫于节能减排、关注健康的双重压力,通过自然通风来调节室内空气品质、降低建筑能耗的做法近年来重回思考的轨道。科学和工程界人士纷纷重新审视这项古老却进步的技术。
专家认为,采用自然通风来部分替代空调的方式高度可行,至少有两方面意义:一是实现被动式制冷。自然通风可在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度,改善室内热环境。二是向大自然免费索取新鲜、清洁的自然空气,带走潮湿污浊,改善室内卫生环境,有利于人们身心健康。
自然通风对于室内环境改善的成效,很大程度上取决于室外气候条件。在我国大部分地区的春秋季节,自然通风完全可以在不消耗任何能量的前提下,取得良好效果。但是,夏季却应该区别对待。由于此时室外空气温湿度普遍高于室内,单纯进行自然通风,会造成热风进入室内,降低人体舒适度并增加空调能耗。不过在夜间,建筑物可以利用室外冷空气排除室内热量,不仅能节省夜间能耗、缩短空调设备运行时间,还能同时降低围护结构蓄热,最终达到建筑节能的目的。
在我国,利用自然通风实现室内环境改善和建筑节能降耗的形势不容乐观。大中城市中存在部分建筑特别是公共建筑如高档宾馆、商场、写字楼等,由于业主和设计单位过分追求建筑立面效果而大量使用玻璃幕墙,造成窗户无法开启或者开启角度较小,难以满足室内自然通风的基本要求。此外,一些公共建筑没有安装技术先进的通风设备和设施,也使得室内空气难以流通。这些现象都与当今倡导绿色建筑的初衷背道而驰。在国外,自然通风技术已经被越来越多地运用到建筑节能工作中。据统计,欧洲地区利用自然通风,每年可减少约三成的建筑能耗。
要想在我国取得成效,这个过程显然不可一蹴而就。业内人士建议,建筑在设计阶段就应当充分考虑自然通风环节,尤其是新民居设计,不仅要关注自然通风技术,更要把这一传统技术与当地地理气候特征和气候因素等结合起来,提出多层次的、全面的和适宜的建筑技术,体现出“气候决定建筑”的设计理念。具体可从六方面加以考虑:
第一,建筑体型与建筑群布局的设计。建筑群布局对自然通风的影响效果很大,在考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时,应尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致;对于建筑群体,若风沿着法线吹向建筑,会在背风面形成很大的漩涡区,对后排建筑的通风不利。在建筑设计中,设计要综合考虑这两方面利弊,根据风向投射角(风向与房屋外墙法线夹角)对室内风速的影响来决定合理的建筑间距,同时结合建筑群体布局的改变达到缩小间距的目的。考虑到前幢建筑对后幢建筑的通风影响,单体设计还应结合总体情况,对建筑体型包括高度、进深、面宽乃至形状等参数实行控制。
第二,注重围护结构开口设计。建筑物开口的优化配置以及开口尺寸、窗户型式和开启方式、窗墙面积比等设计要素,都直接影响建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测算,当开口宽度为开间宽度1/3~2/3、开口大小为面积15%~25%时,通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定性作用。进风口与出风口宜相对错开布置,这样可以使气流在室内改变方向,让室内气流更均匀,通风效果更好。
第三,“穿堂风”的组织有讲究。“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”,是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内并穿过房间,从背风面的出风口流出。进风口和出风口之间存在的风压差越大,房屋内部空气流动阻力越小,通风越流畅。因此,房屋在通风方向的进深不能太大,否则效果会大打折扣。
第四,在建筑设计中形成竖井空间,可加速气流流动实现自然通风。竖井空间主要形式有两种:首先是纯开放空间。目前,大量建筑设计有中庭,主要是平面过大的建筑出于采光的考虑,而设计则可利用建筑中庭的热压形成自然通风。其次是“烟囱”空间(或风塔),由垂直竖井和风口组成,在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器,以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。这种系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗组成,在通风不畅的地区,可利用高出屋面的风斗,把上部气流引入建筑内部,加速室内空气流通。风斗的开口应该为主导风向,在主导风向不固定的地区,可以设计多个朝向的风斗,或者设计成可随风向转动的样式。
第五,重视屋顶的自然通风。通风隔热屋面常有两种方式:首先是在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上,利用中间的空气间层带走热量,达到为屋面降温的目的。架空板还能保护屋面防水层。其次是利用坡屋顶自身结构,在结构层中间设置通风隔热层,也可得到较好的隔热效果。
第六,选用双层玻璃幕墙围护结构。双层(或三层)幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的先进技术,被誉为“会呼吸的皮肤”,由内外幕墙组成。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时,能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大所产生紊流不易控制的问题,夜间开窗通风而无需担心安全;加强围护结构保温隔热性能,降低室内噪音。在节能方面,双层通风幕墙由于换气层的作用,比单层幕墙在采暖时节约能源42%~52%,在制冷时节约能源38%~60%,是解决建筑节能问题新的思路。
专家解读:闭窗建筑不健康
现代人的生活依赖于空调,但专家表示,长期使用空调容易滋生军团细菌,造成污染物超标。而且,长期使用空调的室内空气即使经过消毒,仍然会对人体造成二次污染。人在空调房间内停留时间过长,会明显感觉不舒服,甚至影响身体健康,患上所谓的“空调病”。 联合国世界卫生组织于1990年提出健康建筑的概念。健康建筑首先要求室内通风,进入室内的新风量越大,室内污染程度就越低。
有人认为,室外汽车尾气污染严重,空气混浊,关闭门窗可以保证室内空气相对干净,这种想法是极其错误的。根据哈佛大学一项长期研究,不管外界的空气质量如何糟糕,紧闭窗户时,室内污染物至少要比室外高一倍。研究数据表明,我国每年因室内空气污染造成的死亡人数达到11.1万人,经济损失高达数千亿美元。健康专家由此建议,通风是一种非常健康的生活方式,而自然通风则是最好的选择。只要在降低能耗方面做足工作,人们就能在自然通风中享受健康生活。