握自然通风 设计专家的5个重要课程

当这座456米高的昆明骏发东风广场大厦于2017年中旬在昆明开放时，它将成为世界上最高的自然通风建筑之一。塔楼100层的大约四分之三 - 混合用途项目的整个办公室部分 - 将至少部分地通过浮力驱动的自然通风进行调节。利用堆叠效应的基本原理 - 基于空气浮力进出建筑物的空气流动 - 冷空气将通过立面吸入并进入开放式办公室，通过天花板通风系统，并进入一系列六个-story“生态烟囱”，它将耗尽。通过利用该地区的温和气候进行“自由”冷却和通风(不需要机械风扇来移动空气)，由Skidmore，Owings&Merrill领导的设计团队预计将该建筑的总能耗降低至少13% 。

“这只是来自自然通风组件，”SOM机械工程师Stephen Ray博士说。“在过去，叠层效应被视为高层建筑设计中的敌人。我们正在利用这些力量来改善建筑性能。“

昆明大厦是近期少数几个项目之一，SOM设计团队正在利用公司所谓的“被动动力学”的力量为建筑物提供自由冷却和通风。被动动力学需要许多具有共同特征的设计技术和理论：利用自然现象来减少能量消耗和改善室内环境。

被动动力学：使用自然空气运动的5种方法

1.堆叠效应或反向堆叠效应是由空气浮力引起的。由于温度和湿度差异导致室内到室外空气密度不同，因此产生浮力。与风不同，这种空气运动在温度方面相对稳定，并且可以预测用于自然通风以及通过太阳能塔发电。

2.风塔或风捕手是传统的建筑元素(主要在住宅建筑中)，其功能是捕捉凉爽的微风，这些微风经常在地面以上的高处流动，并将它们引导到室内生活空间。

3.地热室使用空气运动，可以在低于坡度的较冷的室中形成，土壤温度可以非常稳定。地球较冷的温度可用于冷却空气并产生空气运动。

4.双壁立面或双通风立面利用太阳阴影产生的热量积聚在腔内产生堆叠效应。这些外立面“捕获”空腔内的太阳热量，并形成“微尘”，以防止直接渗透和污染物进入建筑物。

5.当风吹动时，引起空气运动，引起空气随之移动。虽然这种空气运动的诱导已经用于类似于感应空气单元和冷梁的有源HVAC装置中，但它也可以用作被动设计的力。当风吹过水平面以帮助排气和自然通风时，将产生垂直向上的空气运动。

设计策略包括更常见的方法，如叠加效应驱动的自然通风，双壁立面和热质量，以及更不寻常的策略，如风塔和地热室。

大多数这些设计概念已经应用了数千年 - 风塔或风捕手，来自古代波斯建筑 - 但凭借当今先进的建模和模拟工具以及建筑科学知识，像SOM这样的公司能够更有效，更自信，更宏大地应用它们。

SOM可持续工程总监，LEED研究员，体育博士Luke Leung说：“无论人们是否选择使用它们，这些力量都存在。”“通过利用它们，我们可以看到能源使用的大幅减少和乘员舒适度的提高 - 并创造出更具可持续性的建筑。”

Leung指向该公司位于青岛的324米高的绿城中心大厦，该大厦顶部装有风帆式表冠，旨在将空气吸入建筑物的最顶部，在屋顶产生负压。这种负压将废气排出塔外，大大减少了对机械风扇的需求。

“就厕所排气而言，通过使用被动动力作为建筑物中的自然风扇，每年可节省17,000千瓦时，”Leung说。“通常，你会使用风扇来产生压差以排出空气。我们在这里所做的就是直接利用风来制造压力差。“

绿城中心大厦也将使用空中运动来发电。预计皇冠上的四个管道垂直轴风力发电机每年可产生322 mWh的电力，为该建筑物的所有者提供10年的回报。整个塔楼的可操作窗户允许自然通风，进一步减少机械系统的冷却负荷。

自然通风项目的教训

“作为一个行业，我们仍然在学习被动动力学，”雷说。“我们怎样才能最有效地利用建筑物中的堆叠效应?当使用自然通风时，根据设计，我们应该期待什么样的柯恩达效应(流体射流被罗马尼亚空气动力学专家Henri Coanda吸引到附近表面的趋势?)

SOM的Leung和Ray从该公司最近的自然通风工作中吸取了一些教训：

1.准备好处理空气污染物。室外空气并不总是像室内空气一样健康。超过90%的欧洲人(根据2014年世界卫生组织报告)和42%的人(肺脏协会称)生活在空气被认为不健康的地区。SOM的建议：在打开任何自然通风设备之前，测量室内和室外空气质量以确保室外空气可接受。

并非每种气候都适合自然通风。在相对健康的室外空气处于比室内空气更冷的可接受温度范围内的气候条件下，自然通风效果最佳。虽然ASHRAE和国际标准提供“适应性舒适”，通过自然通风在潮湿气候中实现舒适，但“适应性舒适”基于没有空调的自然通风建筑。当建筑物装有空调时必须小心。SOM的观点：尝试在过渡季节使用自然通风。

位于青岛的SOM设计的绿城中心大厦顶部设有风帆式表冠，旨在将空气吸入建筑物的最顶部，在屋顶产生负压。这种负压将废气排出塔外，大大减少了对机械风扇的需求。该建筑将利用空气运动通过顶部的四个管道垂直轴风力涡轮机发电。

3.注意可能妨碍性能的设计元素。重要的是要了解风的承受压力以及行驶的距离。设计应基于可用风的功率;设计所有组件不要超过可用功率。否则，设计可能没有足够的动力来驱动空气流动。

4.使用建筑形式来提高性能。建筑物的形状可以成为你的朋友。它可以加速风 - 例如，通过使用开口或障碍物来简化空气运动，或捕获空气运动的诱导效果作为“风扇” - 或者它可以用于改变风向。

5.自然通风的空气流动可以来自多个来源。风力驱动的外部空气不是自然通风的唯一空气流动源。由于压力或温度差异，空气将移动。堆叠(或反向堆叠)效果通常是比风更稳定和更强大的空气移动元素。空气运动也可以通过较高和较低高度之间的压力差来形成。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！