綜合體建筑雙層玻璃幕墻自然通風(fēng)探析

    綜合體建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻、窗、玻璃幕墻、遮陽及屋頂?shù)炔糠郑�是保證建筑物室內(nèi)熱舒適度、空氣質(zhì)量的主要構(gòu)建，對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，是提高綜合體自然通風(fēng)性能的主要措施。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，綜合體建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)向生態(tài)化、智能化發(fā)展，如同人的皮膚一樣，綜合體的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)能對(duì)室內(nèi)外變化靈敏地做出反應(yīng)，這就要求高度的創(chuàng)造性和革新性。我國(guó)大多數(shù)綜合體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)只注重外觀效果，很少考慮對(duì)立面用材和立面結(jié)構(gòu)進(jìn)行生態(tài)設(shè)計(jì)，造成室內(nèi)環(huán)境較差。殊不知，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是提高室內(nèi)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)，沒有良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，自然通風(fēng)設(shè)計(jì)就無從談起。因此，在綜合體設(shè)計(jì)中必須探索如何提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的靈活性，才能為綜合體的自然通風(fēng)奠定基礎(chǔ)。

    1.1 窗戶與通風(fēng)的關(guān)系

    窗橫向位置與通風(fēng)的關(guān)系。在相對(duì)兩墻上各有一個(gè)窗戶的房間，若通風(fēng)窗正對(duì)風(fēng)向，則主要?dú)饬饔赏�風(fēng)口筆直流向出風(fēng)口，除在出風(fēng)口那邊兩個(gè)墻角會(huì)起到局部紊流外，對(duì)室內(nèi)其他地點(diǎn)影響很小。

    “穿越式通風(fēng)”指利用開口把某室內(nèi)空間與室外的正壓區(qū)及負(fù)壓區(qū)聯(lián)系起來。而當(dāng)所有的開口都面向同樣的氣壓區(qū)時(shí)室內(nèi)的氣流很小，特別是當(dāng)風(fēng)與進(jìn)風(fēng)窗垂直時(shí)，室內(nèi)的平均氣流速度相當(dāng)?shù)汀．?dāng)有穿越通風(fēng)時(shí)，盡管開口的總面積未增大，而平均氣流速度及最大流速均超過前者兩倍以上。

    由室內(nèi)自然通風(fēng)模擬可看出窗臺(tái)高度為0.9m時(shí)，在室內(nèi)1m～1.3m高度處獲得最大風(fēng)速，即人體活動(dòng)范圍以內(nèi)的空氣流動(dòng)較好，但室內(nèi)0.9m以下區(qū)域，自然通風(fēng)效果較差；隨著窗臺(tái)高度降低，自然通風(fēng)所影響室內(nèi)區(qū)域面積增大，室內(nèi)風(fēng)速減緩，速度值較為均衡。在綜合體建筑設(shè)計(jì)中，加大窗口水平或豎向距離，可增加進(jìn)、出口風(fēng)壓差，利于室內(nèi)通風(fēng)；若將窗臺(tái)高度適當(dāng)降低，控制在0.9m～0.3m之間，可形成良好的室內(nèi)通風(fēng)狀況。

    外窗選型及開啟方式對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)效果也會(huì)產(chǎn)生影響。單側(cè)向外開啟的平開窗，可引導(dǎo)室外風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)；外推旋轉(zhuǎn)窗可改變進(jìn)入室內(nèi)風(fēng)的方向，同時(shí)對(duì)風(fēng)速也有一定的影響；推拉窗的引風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)效果不明顯，但可控制進(jìn)入室內(nèi)的風(fēng)量。因此，盡量選用具有良好導(dǎo)風(fēng)性能的窗如平開窗、上懸窗等，改善室內(nèi)通風(fēng)效果。

    1.2 綜合體建筑空間類型對(duì)通風(fēng)的影響

    要合理運(yùn)用自然通風(fēng)原理對(duì)綜合體進(jìn)行門窗設(shè)計(jì)，以期提高自然通風(fēng)效能，首先，我們必須了解綜合體建筑空間類型及這些類型的特點(diǎn)。

    外廊式綜合體形體多為簡(jiǎn)單板式造型，以開敞外廊或位于建筑物一側(cè)的封閉走道組織各單元房間。該類建筑體形系數(shù)大，采用自然采光通風(fēng)，一般不采用集中的空調(diào)和采暖設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分區(qū)控制。

    內(nèi)廊板式綜合體體形系數(shù)較大，多數(shù)采用自然采光和通風(fēng)形式。在設(shè)備使用上，大空間房間的建筑常采用集中空調(diào)和采暖形式，不利于進(jìn)行小范圍的控制；單元房間常采用小型分體空調(diào)進(jìn)行制冷或采暖，但近年常見一些原無空調(diào)設(shè)備的綜合體改造為中央空調(diào)建筑。

    中央核心筒式綜合體以中央核心筒作為管線集中設(shè)置的空間和交通樞紐，圍繞核心設(shè)置尺度較大的空間，或利用輕質(zhì)隔斷進(jìn)行自由分割。該類綜合體體形系數(shù)相對(duì)較小，建筑物內(nèi)設(shè)備復(fù)雜，多采用集中系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)或制冷采暖。由于空間進(jìn)深較大，多為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合。由于建筑物體量和高度較大，建筑物表皮外空氣流動(dòng)相對(duì)較為劇烈。

    圍繞開敞內(nèi)院組織空間的綜合體內(nèi)部組織開敞院落，進(jìn)行景觀和綠化布置，一方面使得人們“在庭院里活動(dòng)”，創(chuàng)造宜人的視覺環(huán)境；另一方面，庭院中的亭臺(tái)水榭、綠化植物，可以在很大程度上調(diào)節(jié)活動(dòng)空間附近的外部微氣候，緩和室內(nèi)外的氣候過渡，對(duì)于目前倡導(dǎo)的“健康建筑”“節(jié)能建筑”來說，都是一種有利的空間布置形式。

    以中庭為核心空間的綜合體。以往人們向往大自然，卻為冬日的寒風(fēng)、夏季的暴雨而卻步，而中庭給人們創(chuàng)造了一個(gè)有著綠茵流水、沒有夏季酷暑和冬季嚴(yán)寒的空間，人們可以隨意交往、娛樂、休閑……但是，要?jiǎng)?chuàng)造真正宜人和舒適的中庭空間，則是建筑師和其他技術(shù)人員應(yīng)該充分考慮的問題。中庭空間的物理環(huán)境和審美環(huán)境，是該類建筑成功與否的基礎(chǔ)。

    2.1 雙層玻璃幕墻組成

    雙層玻璃幕墻由三部分組成：內(nèi)幕墻、外幕墻及雙層幕墻間形成的空腔，空腔內(nèi)設(shè)有遮陽百葉。在外層玻璃幕墻上設(shè)有進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口，一般采用隱框、明框和點(diǎn)式玻璃幕墻等形式；內(nèi)層玻璃幕墻由許多可開啟的玻璃窗組成，一般采用明框幕墻或鋁合金門窗等形式。

    2.2 雙層玻璃幕墻的特點(diǎn)

    雙層玻璃幕墻能夠很好地滿足自然采光、太陽能的主動(dòng)或被動(dòng)利用、防止過度熱輻射、減少室內(nèi)熱損失。許多研究表明，雙層外墻系統(tǒng)有很好的熱學(xué)性能。雙層幕墻間形成的空腔，具有很好的隔熱性，而且還可以讓空氣流動(dòng)以加強(qiáng)通風(fēng)。其原理就是在熱壓作用下，把廢氣和太陽輻射熱從空腔中帶走，這種效果在太陽充足的情況下就越明顯。

    2.3 雙層玻璃幕墻對(duì)自然通風(fēng)的影響

    根據(jù)雙層玻璃幕墻的構(gòu)造形式和通風(fēng)方式的不同可以劃分成以下幾種類型：

    1) 箱式雙層玻璃幕墻。

    箱式雙層玻璃幕墻是一種常見的雙層玻璃幕墻的形式。這種雙層玻璃幕墻由幕墻框架劃分成一個(gè)個(gè)的單元，每一個(gè)單元可被看作獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。幕墻框架的劃分，在水平方向上，一般依據(jù)建筑軸線或以房間為單元分隔，在垂直方向上，一般按層劃分。在每一個(gè)單元的外層幕墻上，玻璃下部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，上部設(shè)有出風(fēng)口。在夏季，新鮮空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入到幕墻空腔內(nèi)，出風(fēng)口打開，空氣的流動(dòng)促進(jìn)了自然通風(fēng)。

    2) 井箱式雙層玻璃幕墻。

    井箱式雙層玻璃幕墻是箱式玻璃幕墻的一種特殊構(gòu)造。它包括一組箱式單元系統(tǒng)和一個(gè)貫通幾層的豎井，這樣，就在雙層玻璃幕墻之間形成了網(wǎng)狀通風(fēng)系統(tǒng)。由于豎井的高度很大，會(huì)導(dǎo)致豎井上下的壓差很大，這樣，豎井起到的煙囪效應(yīng)很明顯，使氣流速度較箱式雙層玻璃幕墻的氣流速度要快很多，從而提高了雙層玻璃幕墻的通風(fēng)效率。

    3) 走廊式雙層玻璃幕墻。

    玻璃幕墻單元就是走廊。外層幕墻的進(jìn)氣口與排風(fēng)口設(shè)置于每層的樓板與天花部位，分別由通風(fēng)調(diào)節(jié)蓋板控制其開啟。上下層進(jìn)排氣口交錯(cuò)布置以防止從下層剛排出的空氣又進(jìn)入上層的通風(fēng)間層，否則，下層走廊的部分排氣又成了上層走廊的進(jìn)氣，這無論對(duì)空氣質(zhì)量還是幕墻溫度緩沖效果都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。走廊式雙層幕墻的每一個(gè)獨(dú)立通風(fēng)間層一般會(huì)與幾個(gè)房間相鄰，因此，走廊式幕墻有可能導(dǎo)致房間之間的聲音干擾。

    4) 多層式雙層玻璃幕墻。

    在多層式之中，通風(fēng)間層不但在水平方向上與若干個(gè)房間相鄰，而且在豎直方向上覆蓋幾個(gè)樓層，甚至在一些極端情況下，幕墻之間的空間既不做水平分隔，也不做豎向分隔。通過底層和屋頂處的開口，空氣進(jìn)出形成通風(fēng)。在供暖期，外層立面的開口關(guān)閉，以利用通風(fēng)間層溫室效應(yīng)形成，由于這種雙層皮結(jié)構(gòu)不是每層都有開口，所以特別適合外部噪聲較大的環(huán)境。

    5) 可開啟式玻璃幕墻。

    與以上四種不同的是，此種雙層玻璃幕墻的外層幕墻可以完全開啟，沒有明確的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口，雙層幕墻之間難以利用煙囪效應(yīng)形成自然通風(fēng)。夏季，當(dāng)外層玻璃完全打開時(shí)，可以作為遮陽裝置調(diào)節(jié)日光照射，同時(shí)降低內(nèi)層幕墻受到的太陽輻射；冬季，外層幕墻關(guān)閉，形成空氣緩沖層，可以加強(qiáng)建筑的保溫性能。而且外層幕墻可以對(duì)內(nèi)部形成有利的庇護(hù)，使建筑即使在不利的氣候條件下也可以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。

    3. 合理進(jìn)行玻璃幕墻設(shè)計(jì)，提高自然通風(fēng)效能

    3.1合理進(jìn)行屋頂設(shè)計(jì)，加強(qiáng)其導(dǎo)風(fēng)作用

    屋頂部位往往是綜合體建筑體量中最高的部位，這使其在建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)中具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，屋頂部分一般來說受到的遮擋較少，能夠比較容易利用自然風(fēng)；再者，由于其高度的原因，建筑內(nèi)部的熱氣流往往在屋頂部位匯集，因此能夠較容易把室內(nèi)熱空氣組織起來排出室外，從而減少空調(diào)制冷能耗。關(guān)于屋頂部位熱壓效應(yīng)的利用在前一章分析自然通風(fēng)設(shè)計(jì)原理時(shí)已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，這里將著重就導(dǎo)流采風(fēng)的一些特殊構(gòu)造措施進(jìn)行討論。

    空氣動(dòng)力學(xué)原理已經(jīng)廣泛用于指導(dǎo)飛機(jī)及汽車制造業(yè)，現(xiàn)在也同樣出現(xiàn)在綜合體建筑設(shè)計(jì)的通風(fēng)考慮中。相對(duì)而言我們無需掌握太多復(fù)雜深?yuàn)W的數(shù)據(jù)和公式，一些簡(jiǎn)單的原理和法則就能對(duì)屋頂構(gòu)造設(shè)計(jì)產(chǎn)生很有益的影響。例如：當(dāng)風(fēng)在球體表面流動(dòng)時(shí)，會(huì)在球體頂部達(dá)到風(fēng)速的最大值，加之此處高度最大，因此對(duì)于球形或弧形頂部的綜合體建筑，將通風(fēng)換氣口設(shè)置在最頂部能夠更有效的吸引排出室內(nèi)污濁空氣；而對(duì)于反曲線型屋面來說，則有另一方面的優(yōu)點(diǎn)，那就是可以使建筑物的重量適當(dāng)減輕，從而減小建筑基礎(chǔ)。另外，對(duì)于普通形式的坡屋頂來說，屋檐出挑除了遮陽遮雨的作用之外還可以起到導(dǎo)風(fēng)作用，這一點(diǎn)也是可以加以利用的。

    3.2 合理進(jìn)行陽臺(tái)設(shè)計(jì)，完善其導(dǎo)風(fēng)作用

    對(duì)于商住綜合體和辦公綜合體，很多時(shí)候主樓要設(shè)計(jì)陽臺(tái)，對(duì)陽臺(tái)的自然通風(fēng)處理也是綜合體設(shè)計(jì)的一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)，主要注意以下幾個(gè)方面：

    把陽臺(tái)作為溫度阻尼區(qū)。為保證主要房間的室內(nèi)熱環(huán)境，可在溫度要求較高的室內(nèi)空間和溫度很低的室外空間之間，結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)置過渡區(qū)，在國(guó)外又稱溫度阻尼區(qū)(BufferZone)。這些阻尼區(qū)像一道熱閘，不僅可使房間的傳熱損失減少40%～50%，而且大大減少了房間的冷風(fēng)滲透，從而減少了室內(nèi)的滲透熱損失，南向的阻尼區(qū)在白天還可以作為附加陽光間使用，是節(jié)省冬季耗能改善室內(nèi)熱環(huán)境的有效措施。封閉陽臺(tái)作為一種建筑形式，在商住綜合體和辦公綜合體中常常被采用，其主要目的是為了增加一些使用面積和空間，也是為了安全或防止風(fēng)沙。一方面增加了使用面積，另一方面，由于北方地區(qū)室外浮塵較多，封閉陽臺(tái)有利于降低室內(nèi)的灰塵濃度，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。

    3.3 注重遮陽設(shè)計(jì)，完善其導(dǎo)風(fēng)作用

    由于遮陽板的存在，綜合體建筑周圍的局部風(fēng)壓也會(huì)出現(xiàn)較大幅度的變化，對(duì)房間通風(fēng)有一定的阻擋作用，使室內(nèi)風(fēng)速有所降低。實(shí)測(cè)表明，在有遮陽的房間，室內(nèi)風(fēng)速約減弱22%～47%，風(fēng)速的減弱程度和風(fēng)向都與遮陽的設(shè)置方式有很大的關(guān)系。需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐南募局鲗?dǎo)風(fēng)向特點(diǎn)，利用遮陽板作為引風(fēng)裝置，增加建筑進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)壓，對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到自然通風(fēng)散熱目的。