握自然通风 设计专家的5个重要课程
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“这只是来自自然通风组件,”SOM机械工程师斯蒂芬雷博士说。“过去,在高层建筑的设计中,层压效应被视为敌人。我们正在利用这些力量来提高建筑性能。”
昆明大厦是近期为数不多的项目之一,SOM设计团队正在利用该公司所谓的“被动动力”的力量,为建筑提供免费降温和通风。被动动力学需要许多设计技术和理论,具有共同的特点:利用自然现象降低能耗,改善室内环境。
被动动力学:利用自然空气运动的5种方法
1.堆积效应或逆堆积效应是由空气浮力引起的。由于温湿度的差异,室内外空气密度不同,所以产生浮力。与风不同,这种空气运动的温度相对稳定,可以预测自然通风和通过太阳能塔发电。
2.风塔或捕风器是传统建筑元素(主要在住宅建筑中)。它的作用是捕捉凉风,凉风往往在离地面一定高度流动,将它们引导到室内生活空间。
3.地热室是利用空气来移动的,可以在斜坡以下较冷的室内形成,土壤温度可以很稳定。地球较冷的温度可以用来冷却空气,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在空腔内积聚产生叠加效应。这些立面将太阳的热量“捕获”在空腔中,形成“灰尘”,防止直接渗透和污染物进入建筑。
5.当风吹的时候,它导致空气移动,导致空气随之移动。虽然这种空气运动的诱导已经用于主动HVAC设备,如诱导空气单元和冷梁,但它也可以用作被动设计的动力。当风吹过水平面帮助排气和自然通风时,会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,以及更不寻常的策略,如风塔和地热房。
这些设计理念大多已经应用了几千年——风塔或捕风器,来自古代波斯建筑——但有了今天先进的建模和模拟工具以及建筑科学知识,像SOM这样的公司可以更有效、更自信、更隆重地应用它们。
LEED研究人员、运动医生、SOM可持续工程主任卢克梁说:“不管人们是否选择使用这些力量,它们都会存在。”“通过使用它们,我们可以显著减少能源消耗,提高居住者的舒适度,并创造出更可持续的建筑。”
梁振英指着该公司位于青岛的324米高的绿城中心大楼。建筑物的顶部安装了一个帆冠,用于将空气吸入建筑物的顶部,并在屋顶上产生负压。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,通过在建筑中使用被动电源作为自然风扇,每年可以节省17,000千瓦时,”梁说。“通常情况下,你会用风扇制造一个压力差来排出空气。我们在这里做的是直接利用风来制造压差。”
绿城中心大厦也将利用空气运动发电。据估计,皇冠中的四个垂直轴风力涡轮机每年可以产生322 mWh的电力,为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,进一步减少了机械系统的冷却负荷。
自然通风工程的经验教训
“作为一个行业,我们仍在学习被动动力学,”雷说。“我们如何最有效地利用建筑中的堆叠效应?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(罗马尼亚空气动力学专家亨利柯恩达(Henri Coanda)的流体射流被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学到了一些经验:
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(根据肺部协会)生活在空气被认为不健康的地区。SOM的建议:在开启任何自然通风设备之前,测量室内外空气质量,确保室外空气可以接受。
不是每种气候都适合自然通风。当相对健康的室外空气处于比室内空气更冷的可接受的温度范围内时,自然通风效果最好。虽然ASHRAE和国际标准提供了“自适应舒适”以通过自然通风实现潮湿气候下的舒适,但“自适应舒适”是基于无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:过渡季节尽量使用自然通风。
青岛SOM设计的绿城中心大厦顶部安装了帆冠,目的是将空气吸入大厦顶部,在屋顶产生负压。这种负压将废气排出塔外。
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。
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