在现代建筑中,自然通风的创新应用多种多样,这些应用不仅提升了建筑的能效,还创造了更加舒适、健康的室内环境。以下是一些具体的创新应用实例:
一、太阳能烟囱/中庭
太阳能烟囱充分利用了太阳能这一可持续能源,将其转化为动力进行通风。它的上部一般安装有太阳能集热器,用以吸收太阳能来加热烟囱内的空气,强化烟囱效应,使冷空气从建筑的下部进入,热空气从建筑的上部排出,从而实现建筑内部通风降温的目的。由于烟囱效应是温度差的函数,加热空气可以加速空气的流动,但这和室内降温的目标相违背,所以太阳能烟囱一般是在空气离开工作区域以后再进行加热。同时,由于热压中和面的存在,要求烟囱要出屋面一定的高度来使得中和面上移,从而改善建筑上层的通风效果。
二、双层皮幕墙
双层皮幕墙,又称“呼吸式幕墙”或“热通道幕墙”,它由内外两层玻璃幕墙组成,两层幕墙之间形成一个空腔(夹层),空腔的两端设置有可以控制的进风口和出风口。双层皮幕墙的通风主要是由烟囱效应引起的。太阳辐射被双层皮幕墙夹层中的遮阳百叶和外层幕墙吸收后,通过对流换热的形式重新释放到夹层的空气中,使得夹层空气被加热升温并超过室外空气温度。由于内外空气的密度差,在双层皮幕墙下部的进风口处会形成负压,上部的出风口处形成正压,在这样压差的驱动下,室外空气将从下部的进风口进入到夹层并从上部的出风口排出,从而形成双层皮幕墙与室外的自然通风。
双层皮幕墙最大的特点即在内外两层幕墙之间形成了一个通风换气层,即气流通道。在气流通道中可根据需要设置百叶等遮阳设施。冬季时,关闭通风层两端的进、出风口,两层幕墙之间的空气在太阳辐射的作用下温度升高,形成一个“阳光温室”,能有效提高内层围护结构表面的温度,减少建筑的采暖费用;夏季时,打开通风层两端的进、出风口,两层幕墙之间的空气在太阳辐射的作用下温度升高而自然上浮,形成自下而上的空气流,利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风,使通风层内的热空气不断地被排走,可有效地降低内层围护结构表面的温度,达到降低建筑空调能耗的目的;过渡季时,利用内层幕墙的开启扇,可在建筑内部形成气流进行通风换气,从而实现室内外的通风换气。
三、自然通风器
自然通风器是根据自然环境造成的局部气压差和气体的扩散原理而产生空气交换的一种换气设备。由于本身无需机械动力驱动,完全依靠自然通风来完成室内外的通风换气,因此具有节约能源的优点。自然通风器主要适用于室内外温差较大的地区或季节,或风力资源较为丰富的地区。
窗式自然通风器是安装在门窗或幕墙上,利用室内外气压差实现自然通风的装置,其作用是替代传统的开窗通风方式实现室内外通风换气,适用于高层密闭性建筑。屋顶自然通风器则是安装在建筑屋顶的通风换气设备,适用于工业厂房、库房和民用建筑高大空间等需要采用自然通风的场所。
四、中庭与天井
中庭和天井可以在建筑中创造一个内部“风道”。通过在建筑物中间开辟一个开放的空间,温差效应可以促进空气从底部进入,从顶部排出。玻璃屋顶的天井还能增加采光,进一步提高舒适度。同时,中庭和天井还可以结合绿化设计,通过种植绿色植物来改善微气候,进一步促进自然通风。
五、智能控制系统
随着物联网、大数据、人工智能等技术的融合应用,现代建筑中的自然通风系统正逐步迈向智能化。智能控制系统能够根据室内外环境参数(如温度、湿度、空气质量)自动调节建筑的开口大小、通风器运行状态等,以实现最优的自然通风效果。这种智能化的控制方式不仅提高了通风效率,还降低了能耗,提升了建筑的整体性能。
综上所述,现代建筑中的自然通风创新应用多种多样,这些应用不仅提升了建筑的能效和舒适度,还促进了绿色、可持续的发展理念在建筑领域的深入实践。