綜合體建筑雙層玻璃幕墻自然通風探析

    綜合體建筑的外圍護結(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，對其進行合理的設計，是提高綜合體自然通風性能的主要措施。從長遠來看，綜合體建筑的外圍護結(jié)構(gòu)應當向生態(tài)化、智能化發(fā)展，如同人的皮膚一樣，綜合體的外圍護結(jié)構(gòu)能對室內(nèi)外變化靈敏地做出反應，這就要求高度的創(chuàng)造性和革新性。我國大多數(shù)綜合體的圍護結(jié)構(gòu)只注重外觀效果，很少考慮對立面用材和立面結(jié)構(gòu)進行生態(tài)設計，造成室內(nèi)環(huán)境較差。殊不知，外圍護結(jié)構(gòu)是提高室內(nèi)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)，沒有良好的圍護結(jié)構(gòu)，自然通風設計就無從談起。因此，在綜合體設計中必須探索如何提高外圍護結(jié)構(gòu)的靈活性，才能為綜合體的自然通風奠定基礎。

    1.1 窗戶與通風的關系

    窗橫向位置與通風的關系。在相對兩墻上各有一個窗戶的房間，若通風窗正對風向，則主要氣流由通風口筆直流向出風口，除在出風口那邊兩個墻角會起到局部紊流外，對室內(nèi)其他地點影響很小。

    “穿越式通風”指利用開口把某室內(nèi)空間與室外的正壓區(qū)及負壓區(qū)聯(lián)系起來。而當所有的開口都面向同樣的氣壓區(qū)時室內(nèi)的氣流很小，特別是當風與進風窗垂直時，室內(nèi)的平均氣流速度相當?shù)�。當有穿越通風時，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)自然通風模擬可看出窗臺高度為0.9m時，在室內(nèi)1m～1.3m高度處獲得最大風速，即人體活動范圍以內(nèi)的空氣流動較好，但室內(nèi)0.9m以下區(qū)域，自然通風效果較差；隨著窗臺高度降低，自然通風所影響室內(nèi)區(qū)域面積增大，室內(nèi)風速減緩，速度值較為均衡。在綜合體建筑設計中，加大窗口水平或豎向距離，可增加進、出口風壓差，利于室內(nèi)通風；若將窗臺高度適當降低，控制在0.9m～0.3m之間，可形成良好的室內(nèi)通風狀況。

    外窗選型及開啟方式對室內(nèi)自然通風效果也會產(chǎn)生影響。單側(cè)向外開啟的平開窗，可引導室外風進入室內(nèi)；外推旋轉(zhuǎn)窗可改變進入室內(nèi)風的方向，同時對風速也有一定的影響；推拉窗的引風、導風效果不明顯，但可控制進入室內(nèi)的風量。因此，盡量選用具有良好導風性能的窗如平開窗、上懸窗等，改善室內(nèi)通風效果。

    1.2 綜合體建筑空間類型對通風的影響

    要合理運用自然通風原理對綜合體進行門窗設計，以期提高自然通風效能，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。

    外廊式綜合體形體多為簡單板式造型，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，一般不采用集中的空調(diào)和采暖設備，易于實現(xiàn)設備的分區(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形式。在設備使用上，大空間房間的建筑常采用集中空調(diào)和采暖形式，不利于進行小范圍的控制；單元房間常采用小型分體空調(diào)進行制冷或采暖，但近年常見一些原無空調(diào)設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置的空間和交通樞紐，圍繞核心設置尺度較大的空間，或利用輕質(zhì)隔斷進行自由分割。該類綜合體體形系數(shù)相對較小，建筑物內(nèi)設備復雜，多采用集中系統(tǒng)進行通風或制冷采暖。由于空間進深較大，多為自然通風和機械通風相結(jié)合。由于建筑物體量和高度較大，建筑物表皮外空氣流動相對較為劇烈。

    圍繞開敞內(nèi)院組織空間的綜合體內(nèi)部組織開敞院落，進行景觀和綠化布置，一方面使得人們“在庭院里活動”，創(chuàng)造宜人的視覺環(huán)境；另一方面，庭院中的亭臺水榭、綠化植物，可以在很大程度上調(diào)節(jié)活動空間附近的外部微氣候，緩和室內(nèi)外的氣候過渡，對于目前倡導的“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、夏季的暴雨而卻步，而中庭給人們創(chuàng)造了一個有著綠茵流水、沒有夏季酷暑和冬季嚴寒的空間，人們可以隨意交往、娛樂、休閑……但是，要創(chuàng)造真正宜人和舒適的中庭空間，則是建筑師和其他技術人員應該充分考慮的問題。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。

    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)設有遮陽百葉。在外層玻璃幕墻上設有進風口與出風口，一般采用隱框、明框和點式玻璃幕墻等形式；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

    雙層玻璃幕墻能夠很好地滿足自然采光、太陽能的主動或被動利用、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以加強通風。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 雙層玻璃幕墻對自然通風的影響

    根據(jù)雙層玻璃幕墻的構(gòu)造形式和通風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個的單元，每一個單元可被看作獨立的通風系統(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。在每一個單元的外層幕墻上，玻璃下部設有進風口，上部設有出風口。在夏季，新鮮空氣從進風口進入到幕墻空腔內(nèi)，出風口打開，空氣的流動促進了自然通風。

    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)狀通風系統(tǒng)。由于豎井的高度很大，會導致豎井上下的壓差很大，這樣，豎井起到的煙囪效應很明顯，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。外層幕墻的進氣口與排風口設置于每層的樓板與天花部位，分別由通風調(diào)節(jié)蓋板控制其開啟。上下層進排氣口交錯布置以防止從下層剛排出的空氣又進入上層的通風間層，否則，下層走廊的部分排氣又成了上層走廊的進氣，這無論對空氣質(zhì)量還是幕墻溫度緩沖效果都會產(chǎn)生負面影響。走廊式雙層幕墻的每一個獨立通風間層一般會與幾個房間相鄰，因此，走廊式幕墻有可能導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，通風間層不但在水平方向上與若干個房間相鄰，而且在豎直方向上覆蓋幾個樓層，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，空氣進出形成通風。在供暖期，外層立面的開口關閉，以利用通風間層溫室效應形成，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，沒有明確的進風口、出風口，雙層幕墻之間難以利用煙囪效應形成自然通風。夏季，當外層玻璃完全打開時，可以作為遮陽裝置調(diào)節(jié)日光照射，同時降低內(nèi)層幕墻受到的太陽輻射；冬季，外層幕墻關閉，形成空氣緩沖層，可以加強建筑的保溫性能。而且外層幕墻可以對內(nèi)部形成有利的庇護，使建筑即使在不利的氣候條件下也可以實現(xiàn)自然通風。

    3. 合理進行玻璃幕墻設計，提高自然通風效能

    3.1合理進行屋頂設計，加強其導風作用

    屋頂部位往往是綜合體建筑體量中最高的部位，這使其在建筑通風設計中具有很明顯的優(yōu)勢。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；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。關于屋頂部位熱壓效應的利用在前一章分析自然通風設計原理時已經(jīng)做了詳細的介紹，這里將著重就導流采風的一些特殊構(gòu)造措施進行討論。

    空氣動力學原理已經(jīng)廣泛用于指導飛機及汽車制造業(yè)，現(xiàn)在也同樣出現(xiàn)在綜合體建筑設計的通風考慮中。相對而言我們無需掌握太多復雜深奧的數(shù)據(jù)和公式，一些簡單的原理和法則就能對屋頂構(gòu)造設計產(chǎn)生很有益的影響。例如：當風在球體表面流動時，會在球體頂部達到風速的最大值，加之此處高度最大，因此對于球形或弧形頂部的綜合體建筑，將通風換氣口設置在最頂部能夠更有效的吸引排出室內(nèi)污濁空氣；而對于反曲線型屋面來說，則有另一方面的優(yōu)點，那就是可以使建筑物的重量適當減輕，從而減小建筑基礎。另外，對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風作用，這一點也是可以加以利用的。

    3.2 合理進行陽臺設計，完善其導風作用

    對于商住綜合體和辦公綜合體，很多時候主樓要設計陽臺，對陽臺的自然通風處理也是綜合體設計的一個不可缺少的環(huán)節(jié)，主要注意以下幾個方面：

    把陽臺作為溫度阻尼區(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)合實際情況，設置過渡區(qū)，在國外又稱溫度阻尼區(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 注重遮陽設計，完善其導風作用

    由于遮陽板的存在，綜合體建筑周圍的局部風壓也會出現(xiàn)較大幅度的變化，對房間通風有一定的阻擋作用，使室內(nèi)風速有所降低。實測表明，在有遮陽的房間，室內(nèi)風速約減弱22%～47%，風速的減弱程度和風向都與遮陽的設置方式有很大的關系。需要根據(jù)當?shù)氐南募局鲗эL向特點，利用遮陽板作為引風裝置，增加建筑進風口的風壓，對通風量進行調(diào)節(jié)，以達到自然通風散熱目的。