地下室通風(fēng)論

1、地下建筑自然通風(fēng)設(shè)計研究2010-9-25 17:43來源于網(wǎng)絡(luò)【大 中 小】【打印】【我要糾錯】地下空間作為城市空間的一個整體，在城市發(fā)展的過程中起到越來越重要的作用，但是它相比于地面建筑也有其先天不足的方面。空氣環(huán)境是困擾地下建筑發(fā)展的一個難題。為了改善地下建筑室內(nèi)空氣環(huán)境，大多采用機械通風(fēng)的方式，這將使整個地下建筑中的運行能耗費用大幅度提高。在提倡可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)建筑的今天，地下建筑的生態(tài)化和綠色化成為一個不可回避的話題。文章從地下建筑的自然通風(fēng)可能性方面進行探討，并充分借鑒地面建筑生態(tài)化方面的研究成果，提出相應(yīng)的解決方案，研究形成一套地下建筑生態(tài)化自然通風(fēng)的基本模式的可能性。 1、地下

2、建筑的室內(nèi)空氣環(huán)境現(xiàn)狀 隨著城市化進程的不斷加速，地下空間的開發(fā)已經(jīng)成為城市發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，人們越來越認識到地下空間在改善城市環(huán)境，提高土地利用率方面的重要意義，地下建筑也從原來的僅僅為了戰(zhàn)備需要的單一功能，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸喾N功能的建筑形式。從商業(yè)建筑、公共建筑、交通建筑到辦公建筑，體育建筑，甚至居住建筑，地下建筑正在滿足越來越多的社會功能。隨著地下建筑的日益增多，功能日趨復(fù)雜，它已經(jīng)不再是地面建筑的附屬，而是以一種更為獨立的姿態(tài)呈現(xiàn)在人們面前。 但是由于地下建筑的環(huán)境密閉、通風(fēng)差的先天不足、以及地下建筑功能的日益復(fù)雜的客觀現(xiàn)實決定了地下建筑的空氣環(huán)境質(zhì)量不容樂觀，這已成為人們在地下環(huán)境活動中

3、影響舒適度主要方面。地下建筑空氣環(huán)境的污染物主要有以下幾部分組成:可吸入顆粒物是指粒徑小于10m并由空氣挾代的固體和液體的顆粒物。由于地下建筑相對地面建筑封閉，因此從室外進入的可吸入顆粒物比例較小，其主要是由人們的室內(nèi)活動而產(chǎn)生的，如行走塵、衣服塵及煙霧，也有特殊環(huán)境中引起的塵埃，如地鐵車站含鐵粉的濃度較高。 一氧化碳和二氧化碳。地下建筑的二氧化碳的主要來源于人，一個成年人在安靜狀態(tài)下一晝夜呼出的二氧化碳約為20L。在正常情況下二氧化碳是無毒的，但是達到一定濃度時人就會有不適感，由于地下環(huán)境的特殊性，我國提出地下環(huán)境中二氧化碳建議標(biāo)準為%，最高不超過%。地下建筑中一氧化碳的主要來源于吸煙，一支

4、香煙所釋放出一氧化碳為主流煙氣為20mg、二次煙氣為80mg。另外廚房和柴油發(fā)電機也是一氧化碳的來源之一。由于汽車尾氣中含有較高濃度的一氧化碳，因此地下停車庫中一氧化碳的濃度較高，日本的停車場法規(guī)規(guī)定一氧化碳的濃度不超過%。 甲醛（HCHO）。由于多數(shù)的地下建筑被用于商業(yè)及公共目的，使得大量的室內(nèi)裝修必不可少，因此空氣中產(chǎn)生了許多的甲醛污染物，其對人體健康的主要影響是嗅到異味、刺激眼和呼吸道粘膜、產(chǎn)生變態(tài)反應(yīng)等。揮發(fā)性有機物（VOCS）是指在常溫下飽和蒸汽壓力大于70Pa、常壓下沸點在260以內(nèi)的有機化合物，其主要來源于裝飾材料，涂料等，對人體的健康效應(yīng)主要為刺激作用，尤其是對眼、鼻、咽喉及面

5、部、頭和頸部皮膚。生物性污染物是室內(nèi)三大污染物之一。由于地下建筑空氣流動性差，密閉性強，環(huán)境潮濕使得傳染病得以傳播，隨著2003年非典疫情的發(fā)生，我國對這方面有了更高的重視和要求。 氡是一種由鐳衰變而來的惰性氣體，主要存在于巖石和土壤中，也是地下環(huán)境中特有的比較突出的空氣污染物。一般來說氡主要在3m以內(nèi)的土壤中散發(fā)，其中1m之內(nèi)的土壤中散發(fā)的比例占50%左右。氡是誘發(fā)肺癌的主要原因之一，美國對氡及其子體含量的標(biāo)準最大值為，學(xué)校及住宅為。實驗證明地下建筑與通風(fēng)相結(jié)合能有效降低氡的濃度，一般來說通風(fēng)量加大一倍，大致能使氡氣濃度降低50%，氡子體濃度減少75%。2、地下建筑的通風(fēng)需要以及自然通風(fēng)設(shè)計

6、的現(xiàn)實意義人在封閉性強，空氣環(huán)境差的建筑物中會出現(xiàn)不適、過敏等癥狀，通常我們稱之為病態(tài)建筑綜合癥（SBS），將產(chǎn)生此類癥狀的建筑稱為病態(tài)建筑，經(jīng)過證明病態(tài)建筑主要是由室內(nèi)空氣污染所引起的。 根據(jù)1987年美國國家職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所所作的調(diào)查，通風(fēng)與空氣質(zhì)量密切聯(lián)系。并且根據(jù)對室內(nèi)環(huán)境污染做了大量的研究，于1996年制定了新的通風(fēng)標(biāo)準ASHRAE Standard 62 1989R，即：Gf ，min = Gp P + GbA其中Gf ，min是最小新風(fēng)量，Gp為每人所需通風(fēng)量，P是室內(nèi)人數(shù)，Gb是單位建筑面積所需的新風(fēng)量，A為所需新風(fēng)面積。我國對各種室內(nèi)環(huán)境的通風(fēng)量及通風(fēng)次數(shù)作了規(guī)定，同時人

7、防規(guī)范也規(guī)定了地下建筑在戰(zhàn)時作為人防工程時的通風(fēng)標(biāo)準。由此可見，為解決地下建筑的空氣質(zhì)量問題，需要大量的通風(fēng)。 為了稀釋空氣污染物，保持室內(nèi)空氣潔凈，使得地下建筑的機械通風(fēng)系統(tǒng)必須耗費大量的能量來維持所需的必要通風(fēng)，由于客觀原因相對于地面建筑，地下建筑在通風(fēng)和照明上花費的能源要大許多，在過去地下建筑多為人防工程和倉庫的情況下這種劣勢并不明顯，但是隨著越來越多的人到地下建筑活動，這一點就越發(fā)地突出起來。在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，地下建筑如何通過自然通風(fēng)的方式來節(jié)能，是一個當(dāng)務(wù)之急需要研究的問題。根據(jù)實驗證明地下建筑在夜間和部分季節(jié)實現(xiàn)自然通風(fēng)是完全可行的，另外通過機械通風(fēng)和科學(xué)設(shè)計的可控制自然通風(fēng)

8、系統(tǒng)相結(jié)合也能夠達到良好的節(jié)能效果?，F(xiàn)在我國電能中大約15%是空調(diào)耗能，其中新風(fēng)耗能占空調(diào)耗能的25%38%，在地下建筑中這個比例會更高，舉個例子，一座兩層6000多m2的人防工程，其中負一層平常使用，其通風(fēng)除濕機械的功率約為148kw，一個月僅此一項電費就要上萬元。過高的使用成本限制人們對地下建筑的利用。所以進行通過采用自然通風(fēng)的方式對地下建筑進行節(jié)能的研究刻不容緩。 3、地面建筑的自然通風(fēng)設(shè)計對地下建筑的借鑒意義 在可持續(xù)性建筑中自然通風(fēng)作為一種主要的節(jié)能方式，儼然成為其代名詞，國外在可持續(xù)性建筑的研究中作了大量關(guān)于自然通風(fēng)的研究，并進行了大量的實踐，盡管絕大多數(shù)是地面建筑，但也有許多我們

9、值得借鑒的經(jīng)驗和方法。 自然通風(fēng)是指風(fēng)壓和熱壓作用下的空氣運動，具體表現(xiàn)為通過墻體縫隙及窗體的空氣流動。根據(jù)自然通風(fēng)的形成原理，我們需要考慮建筑的朝向、方位、滲透性以及門窗的開啟程度，并通過設(shè)置直通到頂?shù)闹型ィㄌ炀厥獾倪M風(fēng)和排風(fēng)管，以及精心設(shè)計的風(fēng)路來促進和控制建筑內(nèi)部的自然通風(fēng)。我們可以從這些研究和實際建筑，特別是大型商業(yè)、公共建筑的自然通風(fēng)設(shè)計經(jīng)驗中取得借鑒。另外，一些特殊形式的地下建筑（窯洞、覆土住宅等）也有著成功利用自然通風(fēng)的經(jīng)驗。 3. 1 通過設(shè)置通風(fēng)煙囪和天井對大進深建筑進行自然通風(fēng)對于一個50m×50m見方的大進深樓層進行自然通風(fēng)設(shè)計，從設(shè)計者模擬的實驗證實，從

10、建筑的一側(cè)到另一側(cè)傳統(tǒng)的穿堂風(fēng)設(shè)計是行不通的（地下商業(yè)綜合體大多是這種大進深，且無法實現(xiàn)穿堂風(fēng)式的建筑形式）。設(shè)計者把建筑（考文垂大學(xué)圖書館）分為四部分并且分別設(shè)置了四個通風(fēng)天井進行送風(fēng)，廢氣則通過中庭和分設(shè)在建筑四周的排氣煙囪排出，這是一個靠熱力驅(qū)動的置換式的通風(fēng)設(shè)計，通過減少了進氣口與出氣口之間的距離，以及良好通風(fēng)細節(jié)的設(shè)計（例如為了防止頂層可能會出現(xiàn)的氣流停滯的現(xiàn)象而另加的四個排氣煙囪）而實現(xiàn)無需機械通風(fēng)的可持續(xù)性通風(fēng)設(shè)計。 3. 2 在不利于自然通風(fēng)的前提下利用機械輔助實現(xiàn)自然通風(fēng) 對建筑形式有特殊要求，不允許建設(shè)高聳的通風(fēng)煙囪的建筑，使得單純的依靠煙囪效應(yīng)不能滿足建筑的通風(fēng)需要（特別

11、是夏季），同時又對建筑形式有特殊的要求（密閉性、大進深等）而無法實現(xiàn)穿堂風(fēng)，通常采用機械輔助的方式來實現(xiàn)自然通風(fēng)（一些地下建筑建于城市中心，并且由于地面環(huán)境等原因而無法設(shè)計完全滿足自然通風(fēng)條件的排氣煙囪）。為了達到通風(fēng)效果，建筑師通過設(shè)計安裝在天井頂部的冷氣盤管使天井口部的空氣冷卻下沉進入天井內(nèi)部，然后引入各個樓層，最后由建筑四周的排氣煙囪排出，在排氣口通過設(shè)置吸熱盤管吸收太陽能以及機房的廢熱促進空氣的流通。其煙囪的排氣口通過設(shè)計平行的鋁制半管來接受各個方向的來風(fēng)，從而避免風(fēng)產(chǎn)生空氣滯流。 3. 3 自然通風(fēng)與機械通風(fēng)相結(jié)合 對于一些氣候較差的地區(qū)（夏天炎熱，冬天寒冷，晝夜溫差大）的地區(qū)，因為

12、無法滿足人的熱舒適性，因此不能完全利用自然通風(fēng)，但是在氣候溫和的季節(jié)以及夜晚則可以完全利用自然通風(fēng)來達到節(jié)能目的，但是由于可能會有惡劣的天氣（例如沙塵暴），所以建筑的自然通風(fēng)必須是統(tǒng)一組織、可以調(diào)控的。在進風(fēng)口設(shè)計空氣凈化設(shè)備，而在排風(fēng)口設(shè)計能量回收裝置，以利節(jié)能。實踐證明可調(diào)控的混合式機械與自然通風(fēng)相結(jié)合系統(tǒng)能夠相當(dāng)節(jié)能。 例如位于芝加哥的圖書館就是采用了這種兩種通風(fēng)形式相結(jié)合的方式，并采用了更具有明確目的性的空氣傳送，提高了通風(fēng)效能。這些大型公共建筑相對地下建筑的共同點是都位于城市的熱島地區(qū)，都具有進深大、密閉性好、層數(shù)不多的特點，所以它們在自然通風(fēng)設(shè)計中所取得成功經(jīng)驗對地下建筑的設(shè)計中有

13、著重要的借鑒作用。 4、地下建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計原則及方法的實施性研究 4. 1 傳統(tǒng)地下建筑對自然通風(fēng)的利用 隨著空調(diào)設(shè)備的普及以及地下建筑的規(guī)模不斷增大，以致絕大多數(shù)地下建筑都是采用機械通風(fēng)，使我們逐漸遺忘過去傳統(tǒng)的地下建筑的自然通風(fēng)方式。盡管兩者之間有本質(zhì)的差別，但是其仍然具有重要的啟示意義。傳統(tǒng)窯洞在設(shè)計中采用了一些簡單但有效的自然通風(fēng)方式。例如通過窯洞后部開一個垂直的通風(fēng)井，增加空氣對流;對于頂土較深的靠山窯可以在窯洞前端作一個排風(fēng)井，并在洞內(nèi)加吊頂?shù)耐L(fēng)方式，也可將窯洞做成上下兩層在后端挖一個相通的豎井，使空氣從下端進入上端排出，形成循環(huán)，對于下沉式的窯洞我們可以采取窯洞之間相互

14、貫通促進通風(fēng)。這幾種方式經(jīng)實施測定證明窯洞內(nèi)部的通風(fēng)有了很大的改善。覆土住宅也采用了一些低技術(shù)的自然通風(fēng)方式，相對于中國傳統(tǒng)窯洞更具有節(jié)能的背景。研究表明，直線式住宅的開敞面背向冬季主導(dǎo)風(fēng)，可以減少墻面的空氣的滲透，室內(nèi)空氣在負壓的作用下可以排出。天井式住宅，可以是任何方向性的風(fēng)都形成負壓，促進室內(nèi)排氣，但庭院的一部分可以形成穿流，對排風(fēng)不利，也可將住宅的開敞面朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，并在后墻或屋頂后部開一個通風(fēng)窗，形成空氣對流。 4. 2 目前我國地下建筑自然通風(fēng)的研究 目前我國地下建筑自然通風(fēng)的研究主要是在人防工程中對地下建筑的研究。上世紀八九十年代解放軍工程兵工程學(xué)院針對國防人防工程對地下建筑

15、的自然通風(fēng)進行了深入的研究，但其設(shè)計的基礎(chǔ)則是建立以風(fēng)壓作用為主導(dǎo)的自然通風(fēng)系統(tǒng)，而且其目的是為了降低地下建筑的建設(shè)成本，并不適合大空間、多層的城市公共地下建筑，但是這些研究成果對開辟地下建筑的自然通風(fēng)的研究具有非凡的意義。通過風(fēng)道將地面風(fēng)引入地下達到自然通風(fēng)的目的，這對于規(guī)模小、埋深淺的地下工程有一定的作用，但是在現(xiàn)在地下建筑普遍規(guī)模較大、埋深加大的現(xiàn)實條件下單純以依靠風(fēng)壓解決問題是行不通的了，于是有人提出了以熱壓為主導(dǎo)解決問題的措施。根據(jù)實測，地下建筑的自然通風(fēng)是以內(nèi)外熱壓的變化而變化的。 眾所周知地下建筑除了必要的出入口，通風(fēng)口及采光天井以外基本上是一個密閉體，很厚的巖土層就是其圍護結(jié)構(gòu)

16、，其具有很好的熱穩(wěn)定性。根據(jù)實測，地下建筑在夏天室內(nèi)溫度低于室外溫度，而冬季則高于室外溫度，它們之間的溫度差促使了地下建筑內(nèi)外產(chǎn)生熱壓，形成自然通風(fēng)，這是地面建筑所不能比擬的優(yōu)勢。根據(jù)實驗所得的數(shù)據(jù)我們可以清楚地看到地下建筑利用熱壓通風(fēng)的規(guī)律，證明在特定條件下建筑實現(xiàn)自然通風(fēng)的可能性和規(guī)律性。在我們的地下建筑設(shè)計中我們完全可以借鑒前面提到的現(xiàn)代可持續(xù)建筑的自然通風(fēng)設(shè)計方法，通過進行有效并且可控制的自然通風(fēng)設(shè)計來達到我們的節(jié)能目的。 4. 3 地下公共建筑自然通風(fēng)設(shè)計基本方法 對于大規(guī)模多層的地下建筑我們在自然通風(fēng)的設(shè)計上遇見了許多問題，首先因為其規(guī)模較大，埋深也較大，所以單純依靠帶有風(fēng)帽的通風(fēng)

17、口通風(fēng)無法滿足地下建筑的需要，因此我們應(yīng)該通過利用目前地下建筑通用的設(shè)計要素和先進理念來進行設(shè)計，特別是風(fēng)路的形成。如何將新風(fēng)引入地下建筑并且將室內(nèi)空氣排出，是風(fēng)路設(shè)計的重點和難點。 首先我們需要充分利用天井（中庭）在地下建筑中的作用。地下建筑設(shè)置中庭已經(jīng)成為較為普遍的設(shè)計手法，通過此可以改善地下建筑的室內(nèi)環(huán)境。但我們在中庭的設(shè)計中不僅僅有需要改善視覺環(huán)境的考慮，同時也要加入自然通風(fēng)的因素，利用其上下貫通并與室外環(huán)境相聯(lián)的特點形成煙囪效應(yīng)，促進建筑的自然通風(fēng)效能。但是在設(shè)計中我們應(yīng)注意中庭在整個風(fēng)路設(shè)計中須作為排風(fēng)系統(tǒng)存在，因為作為進風(fēng)口中庭不利于空氣的進化，另外，由于地下建筑的中庭還作為采自

18、然光的作用，中庭內(nèi)部由于溫室效應(yīng)其溫度較高，不利于新風(fēng)的引入。因此其一般作為排風(fēng)口。 在中庭的頂部即排風(fēng)口應(yīng)設(shè)置必要的裝置防止空氣倒流，因此可根據(jù)不同的情況在中庭的頂部設(shè)計空氣預(yù)熱裝置（利用回收設(shè)備廢熱或吸收太陽能）及可調(diào)節(jié)的天窗來促進并控制空氣流動。并且需要通過風(fēng)洞測試排風(fēng)口要經(jīng)過風(fēng)洞試驗防止風(fēng)對其形成滯流效應(yīng)，必要時可使用機械輔助設(shè)備。設(shè)置進風(fēng)煙囪，由于大多數(shù)地下建筑的中庭設(shè)置在其中部，所以我們將進風(fēng)口設(shè)置在建筑四周，但是在設(shè)計上應(yīng)注意以下幾個方面：（1）進風(fēng)煙囪由于其部分位于地面以上，在設(shè)計上必須考慮對地面環(huán)境的影響，在設(shè)計上做到與地面環(huán)境和諧。 （2）要盡量避免位于空氣污染嚴重的地方（

19、街道、工廠的下風(fēng)向）。由于地下建筑的采風(fēng)口的高度有限，其新風(fēng)一般受過城市污染，因此在進風(fēng)口必須設(shè)置空氣凈化設(shè)備，對引入的新風(fēng)進行凈化，避免對地下環(huán)境的污染。 （3）在進風(fēng)口細部設(shè)計上必須建立在風(fēng)洞測試的基礎(chǔ)上，防止空氣擾流，有利于空氣進入。在其內(nèi)部設(shè)置冷卻裝置（通過引入地下深層的地下水使空氣降溫）促使空氣下沉，并且與作為排風(fēng)通道的中庭結(jié)合，形成地下建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)。在進風(fēng)口較少等不利于引入新風(fēng)的條件下，我們可以采用層層遞進的方法，即在進風(fēng)道不同標(biāo)高設(shè)置更多的冷卻裝置強化空氣的進入。 （4）對于沒有中庭或中庭無法作為排風(fēng)口的情況下須設(shè)置排風(fēng)煙囪，其要點與中庭的排風(fēng)要點相同，但是在設(shè)計上最好與進風(fēng)

20、口結(jié)合，減少對地面環(huán)境的影響。在兩者之間設(shè)置熱交換器，使在節(jié)約能源的基礎(chǔ)上提高兩者的工作效能。 4. 4 地下公共建筑自然通風(fēng)設(shè)計的其他注意事項建立可控制的高效的通風(fēng)系統(tǒng)，摒除自然通風(fēng)就是無控制的自發(fā)通風(fēng)的錯誤觀念?，F(xiàn)代地下建筑需要更好的封閉性和熱穩(wěn)定性，自發(fā)和混亂的自然通風(fēng)只能增大建筑的耗能，另外自然通風(fēng)是無法完全替代機械通風(fēng)的，因此我們必須將兩者結(jié)合起來建立地下建筑通風(fēng)系統(tǒng)。 高效利用能源，改善舒適度。例如我們可以在白天人員密集的時候通過兩者結(jié)合的方式并以更利于控制機械通風(fēng)為主，使加大通風(fēng)量的同時不破壞地下建筑舒適度，夜間則完全依靠自然通風(fēng)對地下建筑降溫和凈化空氣。室內(nèi)需采用先進的通風(fēng)形式

21、，提高通風(fēng)效能。這里我們要提到的是置換通風(fēng)，其作為一種合理的通風(fēng)形式在國內(nèi)外眾多可持續(xù)建筑中得到應(yīng)用，它利用空氣的密度差，通過進風(fēng)口和通風(fēng)口在地面和頂棚分開設(shè)置，新風(fēng)由地面附近的進風(fēng)口緩慢進風(fēng)同時將廢空氣由天花板附近的排風(fēng)口排出，促進空氣流通并使污染物迅速派出。這需要我們在地下建筑的設(shè)計上加大樓層高度，促使空氣在室內(nèi)流動。 但是對于埋深較淺樓層，其熱壓作用不明顯的情況下可以適當(dāng)?shù)脑O(shè)置利用風(fēng)壓作用的進風(fēng)口和排風(fēng)口。在設(shè)計上我們應(yīng)當(dāng)將進風(fēng)口的朝向迎向夏季主導(dǎo)風(fēng)的方向，而背向冬季主導(dǎo)風(fēng)。在風(fēng)帽設(shè)計的細節(jié)上這里將不再贅述。只是我們?nèi)钥梢酝ㄟ^設(shè)置預(yù)熱或預(yù)冷裝置來促進空氣流動。 附建式地下建筑對于自然通風(fēng)設(shè)計來講有著相對單建式地下建筑不可比擬的優(yōu)勢，因為它可以利用地面建筑的通風(fēng)裝置（中庭、通風(fēng)煙囪），并且對地面幾乎沒有影響，通過地面建筑設(shè)置的中庭、通風(fēng)煙囪因為更高所以煙囪效能更加明顯，通風(fēng)效果更為突出。下沉式廣