地下空間自然通風(fēng)

1、地下空間自然通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用地下公共建筑和工業(yè)建筑自然通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用摘要：地下空間作為城市空間的一個(gè)整體，在城市發(fā)展的過(guò)程中起到越來(lái)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?？諝猸h(huán)境是困擾地下建筑發(fā)展的一個(gè)難題。為了改善地下建筑室內(nèi)空氣環(huán)境，大多采用機(jī)械通風(fēng)的方式，這將使整個(gè)地下建筑中的運(yùn)行能耗費(fèi)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(gè)不可回避的話(huà)題。文章從地下建筑的自然通風(fēng)可能性方面進(jìn)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。關(guān)鍵字：地下空間 地下公共建筑 地下工業(yè)

2、建筑 自然通風(fēng)一、 什么是自然通風(fēng)自然通風(fēng)是指利用自然風(fēng)壓或熱壓的作用，進(jìn)行有組織的空氣流動(dòng)，以達(dá)到通風(fēng)換氣的目的。我們將從地下公共建筑、地下工業(yè)建筑、方面來(lái)介紹地下空間自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用。二、 地下空間自然通風(fēng)的意義眾所周知，在地面自然環(huán)境中，空氣、水、土壤和食物是自然環(huán)境的四大要素，都是人類(lèi)和各種生物不可缺少的物質(zhì)。其中空氣居首，它與人體關(guān)系最為密切。一個(gè)成人每天通過(guò)鼻子呼吸空氣大約2萬(wàn)多次，吸入的空氣量達(dá)1520M3，大約為每天所需食物和飲水量的千倍。生命的新陳代謝也同樣一時(shí)一刻都離不開(kāi)空氣?？諝猸h(huán)境的優(yōu)劣直接影響人體的生存、生活和工作。由于地下空間，是一個(gè)封閉的空間，幾乎與外界環(huán)境隔絕

3、，所以其內(nèi)部存在著缺氧和一氧化碳中毒的危險(xiǎn)。另外因?yàn)橹車(chē)橘|(zhì)地下水、裂隙水、施工水、生活水和人體散熱等因素，相對(duì)溫度很高，利于細(xì)菌繁殖，直接對(duì)人體造成傷害，還會(huì)使生產(chǎn)設(shè)備、儀器銹蝕，影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。再加上空氣流動(dòng)不暢，加劇了空氣對(duì)人體的熱作用。以上這些，無(wú)論哪一點(diǎn)都會(huì)帶來(lái)人體的不舒適感，甚至?xí)绊懡】?，危及生命，這就需要通過(guò)通風(fēng)設(shè)計(jì)來(lái)解除這一危險(xiǎn)。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(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)必須耗費(fèi)大量的能量來(lái)維持所需的必要通風(fēng)，由于客觀原因相對(duì)于地面建筑，地下建筑在通風(fēng)和照明上花費(fèi)的能源要大許多，在過(guò)去地下建筑多為人防工程和倉(cāng)庫(kù)的情況下這種劣勢(shì)并不明顯，但是隨著越來(lái)越

4、多的人到地下建筑活動(dòng)，這一點(diǎn)就越發(fā)地突出起來(lái)。在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，地下建筑如何通過(guò)自然通風(fēng)的方式來(lái)節(jié)能，是一個(gè)當(dāng)務(wù)之急需要研究的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明地下建筑在夜間和部分季節(jié)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)是完全可行的，另外通過(guò)機(jī)械通風(fēng)和科學(xué)設(shè)計(jì)的可控制自然通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合也能夠達(dá)到良好的節(jié)能效果。現(xiàn)在我國(guó)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(gè)比例會(huì)更高，舉個(gè)例子，一座兩層6000多m2的地下商場(chǎng)，其通風(fēng)除濕機(jī)械的功率約為148kw，一個(gè)月僅此一項(xiàng)電費(fèi)就要上萬(wàn)元。過(guò)高的使用成本限制人們對(duì)地下建筑的利用。所以進(jìn)行通過(guò)采用自然通風(fēng)的方式對(duì)地下建筑進(jìn)行節(jié)能的研究刻不容緩。三、

5、地下公共建筑自然通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用3.1、地下公共建筑自然通風(fēng)存在問(wèn)題對(duì)于大規(guī)模多層的地下建筑我們?cè)谧匀煌L(fēng)的設(shè)計(jì)上遇見(jiàn)了許多問(wèn)題，首先因?yàn)槠湟?guī)模較大，埋深也較大，所以單純依靠帶有風(fēng)帽的通風(fēng)口通風(fēng)無(wú)法滿(mǎn)足地下建筑的需要，因此我們應(yīng)該通過(guò)利用目前地下建筑通用的設(shè)計(jì)要素和先進(jìn)理念來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。3.2、解決方法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(jì)手法，通過(guò)此可以改善地下建筑的室內(nèi)環(huán)境。但我們?cè)谥型サ脑O(shè)計(jì)中不僅僅有需要改善視覺(jué)環(huán)境的考慮，同時(shí)也要加入自然通風(fēng)的因素，利用其上

6、下貫通并與室外環(huán)境相聯(lián)的特點(diǎn)形成煙囪效應(yīng)，促進(jìn)建筑的自然通風(fēng)效能。但是在設(shè)計(jì)中我們應(yīng)注意中庭在整個(gè)風(fēng)路設(shè)計(jì)中須作為排風(fēng)系統(tǒng)存在，因?yàn)樽鳛檫M(jìn)風(fēng)口中庭不利于空氣的進(jìn)化，另外，由于地下建筑的中庭還作為采自然光的作用，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(jì)空氣預(yù)熱裝置（利用回收設(shè)備廢熱或吸收太陽(yáng)能）及可調(diào)節(jié)的天窗來(lái)促進(jìn)并控制空氣流動(dòng)。并且需要通過(guò)風(fēng)洞測(cè)試排風(fēng)口要經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)防止風(fēng)對(duì)其形成滯流效應(yīng)，必要時(shí)可使用機(jī)械輔助設(shè)備。設(shè)置進(jìn)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

7、進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在建筑四周，但是在設(shè)計(jì)上應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）進(jìn)風(fēng)煙囪由于其部分位于地面以上，在設(shè)計(jì)上必須考慮對(duì)地面環(huán)境的影響，在設(shè)計(jì)上做到與地面環(huán)境和諧。（2）要盡量避免位于空氣污染嚴(yán)重的地方（街道、工廠(chǎng)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(guò)城市污染，因此在進(jìn)風(fēng)口必須設(shè)置空氣凈化設(shè)備，對(duì)引入的新風(fēng)進(jìn)行凈化，避免對(duì)地下環(huán)境的污染。（3）在進(jìn)風(fēng)口細(xì)部設(shè)計(jì)上必須建立在風(fēng)洞測(cè)試的基礎(chǔ)上，防止空氣擾流，有利于空氣進(jìn)入。在其內(nèi)部設(shè)置冷卻裝置（通過(guò)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(jìn)風(fēng)口較少等不利于引入新風(fēng)的條件下，我

8、們可以采用層層遞進(jìn)的方法，即在進(jìn)風(fēng)道不同標(biāo)高設(shè)置更多的冷卻裝置強(qiáng)化空氣的進(jìn)入。（4）對(duì)于沒(méi)有中庭或中庭無(wú)法作為排風(fēng)口的情況下須設(shè)置排風(fēng)煙囪，其要點(diǎn)與中庭的排風(fēng)要點(diǎn)相同，但是在設(shè)計(jì)上最好與進(jìn)風(fēng)口結(jié)合，減少對(duì)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。3.4、地下公共建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的其他注意事項(xiàng)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(wú)控制的自發(fā)通風(fēng)的錯(cuò)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(wú)法完全替代機(jī)械通風(fēng)的，因此我們必須將兩者結(jié)合起來(lái)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

9、們可以在白天人員密集的時(shí)候通過(guò)兩者結(jié)合的方式并以更利于控制機(jī)械通風(fēng)為主，使加大通風(fēng)量的同時(shí)不破壞地下建筑舒適度，夜間則完全依靠自然通風(fēng)對(duì)地下建筑降溫和凈化空氣。室內(nèi)需采用先進(jìn)的通風(fēng)形式，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(guó)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(guò)進(jìn)風(fēng)口和通風(fēng)口在地面和頂棚分開(kāi)設(shè)置，新風(fēng)由地面附近的進(jìn)風(fēng)口緩慢進(jìn)風(fēng)同時(shí)將廢空氣由天花板附近的排風(fēng)口排出，促進(jìn)空氣流通并使污染物迅速派出。這需要我們?cè)诘叵陆ㄖ脑O(shè)計(jì)上加大樓層高度，促使空氣在室內(nèi)流動(dòng)。但是對(duì)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(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口。在

10、設(shè)計(jì)上我們應(yīng)當(dāng)將進(jìn)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(jì)的細(xì)節(jié)上這里將不再贅述。只是我們?nèi)钥梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置預(yù)熱或預(yù)冷裝置來(lái)促進(jìn)空氣流動(dòng)。附建式地下建筑對(duì)于自然通風(fēng)設(shè)計(jì)來(lái)講有著相對(duì)單建式地下建筑不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢岳玫孛娼ㄖ耐L(fēng)裝置（中庭、通風(fēng)煙囪），并且對(duì)地面幾乎沒(méi)有影響，通過(guò)地面建筑設(shè)置的中庭、通風(fēng)煙囪因?yàn)楦咚詿焽栊芨用黠@，通風(fēng)效果更為突出。下沉式廣場(chǎng)的設(shè)計(jì)可以改善地下建筑環(huán)境，同時(shí)也可將自然通風(fēng)引入地下建筑，但是由于其主要是利用風(fēng)壓，在高樓林立的城市環(huán)境中可利用的風(fēng)壓有限，所以其通風(fēng)效能也很有限，因此不適用于大進(jìn)深的地下建筑的通風(fēng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，地下建筑

11、的自然通風(fēng)主要是利用熱壓作用，而風(fēng)壓的影響甚微。并且下沉式廣場(chǎng)的進(jìn)風(fēng)多為緊貼地面的流動(dòng)空氣污染嚴(yán)重，而且無(wú)法設(shè)置凈化裝置，因此我們不鼓勵(lì)單獨(dú)使用下沉式廣場(chǎng)進(jìn)行通風(fēng)。這些地下建筑自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)方法并不是單獨(dú)存在的也不是一成不變的，它們是相互輔助形成一個(gè)共同的系統(tǒng)來(lái)達(dá)到通風(fēng)節(jié)能目的。現(xiàn)代地下建筑自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的自然通風(fēng)的概念在本質(zhì)上有著不同:可控制性，通過(guò)傳感器來(lái)決定通風(fēng)的需要并通過(guò)設(shè)置自然通風(fēng)系統(tǒng)（風(fēng)道、進(jìn)氣口、排氣口）來(lái)控制通風(fēng)量;機(jī)械通風(fēng)輔助設(shè)備，各種自然通風(fēng)輔助設(shè)備可以提高自然通風(fēng)的效率和穩(wěn)定性，在不利于自然通風(fēng)的季節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng);整體性，整個(gè)建筑的自然通風(fēng)整體考慮，而不是

12、自發(fā)的在局部區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)?？梢哉f(shuō)現(xiàn)代的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)依托現(xiàn)代科技，正逐步改善其缺點(diǎn)，發(fā)揮其長(zhǎng)處。因此，通過(guò)科學(xué)細(xì)致的自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，依靠自然通風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)地下建筑的節(jié)能和舒適度的改善是完全可行的。四、 地下工業(yè)建筑4.1、地下工業(yè)建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)地下廠(chǎng)房所需的空氣都要從地上經(jīng)洞口引入，同時(shí)由于巖石的溫度比較穩(wěn)定，單位時(shí)間的傳熱量小以及裂隙水的存在等因素，使廠(chǎng)房中的余熱、余濕難于自然散發(fā)，也需要依靠通風(fēng)及時(shí)排走，所以通風(fēng)量一般都比較大。氣流組織在通風(fēng)設(shè)計(jì)中是很重要的問(wèn)題。氣流如果符合空氣流動(dòng)的規(guī)律，通風(fēng)效果就好，否則就差，甚至起不到通風(fēng)作用。從廠(chǎng)房布置的角度來(lái)看，對(duì)自然通風(fēng)而言，影響空氣流動(dòng)的主要因

13、素首先是進(jìn)、排風(fēng)口的形式、位置與高程所形成的壓力差；其次是洞室斷面形狀、洞群布置方式、內(nèi)部設(shè)備等對(duì)空氣流動(dòng)造成的阻力。關(guān)于進(jìn)、排風(fēng)口的布置，如果完全采用自然通風(fēng)，進(jìn)、排風(fēng)口之間的高差越大，自然形成的壓力差就越大。當(dāng)以洞口作為進(jìn)風(fēng)口時(shí)，則排風(fēng)道可以盡量利用排煙或其他用途的豎井或斜井。在這種情況下，應(yīng)注意避免使進(jìn)、排風(fēng)口在同一方向，尤其是距離不應(yīng)過(guò)近，因?yàn)檫@樣氣流在洞室中必然要轉(zhuǎn)彎，在某些部位形成渦流而無(wú)法排走，同時(shí)在進(jìn)、排風(fēng)口外容易形成短路，不能保證新鮮空氣流經(jīng)全洞。4.2、實(shí)例說(shuō)明以?xún)蓚€(gè)發(fā)電能力相近的地下火電站為例，圖1的進(jìn)、排風(fēng)口都在同一方向，而且高差較?。s10米），結(jié)果在主廠(chǎng)房?jī)?nèi)形成短路

14、，使廠(chǎng)房上部形成渦流（圖中陰影部分），導(dǎo)致部分區(qū)域通風(fēng)不良，機(jī)組旁溫度高達(dá)400C；圖2的布置就比較符合氣流的規(guī)律，一方面利用運(yùn)輸通道加大了進(jìn)風(fēng)量，另外又在主廠(chǎng)房頂部余熱最集中的位置打了一個(gè)60m高的豎井，作為排煙與排風(fēng)之用，使進(jìn)、排風(fēng)口之間的壓力差增大，廠(chǎng)房?jī)?nèi)氣流通暢，甚至冬季還需要控制豎井排風(fēng)口的面積以免室內(nèi)過(guò)冷。當(dāng)然，像圖2這樣在廠(chǎng)房頂上做豎井的方法，會(huì)使襯砌結(jié)構(gòu)和施工都較復(fù)雜，因此只要能增加高差減少阻力，豎井并不一定布置在熱源的正上方。關(guān)于洞室對(duì)氣流的阻力，在采用自然通風(fēng)的情況下，洞室或通道就相當(dāng)于風(fēng)道，所以洞室的截面形狀，面積，洞室長(zhǎng)度，布置方式，裝修情況，內(nèi)部設(shè)備的布置，隔墻的布置

15、等等，都是增加空氣阻力的因素。形狀簡(jiǎn)短的，特別是與氣流方向一致的直線(xiàn)行洞室，進(jìn)、排風(fēng)口有分別在兩端時(shí)，對(duì)空氣的阻力最小。圖3是某地下廠(chǎng)房的一組洞室，從廠(chǎng)房布置上已經(jīng)考慮了適應(yīng)自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的要求，4個(gè)洞室都與進(jìn)、排風(fēng)方向一致，而且有集中地排風(fēng)豎井，看上去氣流組織應(yīng)當(dāng)比較通暢；但投產(chǎn)后通風(fēng)達(dá)不到設(shè)計(jì)風(fēng)量，風(fēng)速也小，使人感到氣悶；同時(shí)由于洞室長(zhǎng)，不能及時(shí)排除余熱，所以洞室中溫度梯度狀態(tài)明顯，即溫度從洞口至洞里呈梯度升高。在洞口部分，冬季洞外零下20左右，很冷，風(fēng)很大；越往洞里溫度越高，最里邊達(dá)到30。從布置上看，3號(hào)洞因進(jìn)、排在一直線(xiàn)上，效果較好，2號(hào)和4號(hào)就較差，1號(hào)洞因轉(zhuǎn)彎多，離總排風(fēng)道又

16、較遠(yuǎn)，效果最差。此外，在兩條橫向通道中和幾個(gè)盲洞中布置了一些輔助工作部位，設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為兩邊主洞室的空氣流動(dòng)會(huì)將橫洞和盲洞中的污濁空氣帶出，但實(shí)際上并不是如此，而是空氣幾乎停滯不動(dòng)，溫度很高（見(jiàn)圖中陰影部分）。這一實(shí)例說(shuō)明，距離較長(zhǎng)的自然進(jìn)風(fēng)會(huì)使隧道式廠(chǎng)房中形成溫度梯度，而且洞室過(guò)長(zhǎng)時(shí)不易保證最里面空氣的清潔度，此外在轉(zhuǎn)折部位都可能成為通風(fēng)的盲區(qū)。在規(guī)模較大，布置比較復(fù)雜的地下廠(chǎng)房中，為了合理地組織氣流，常常根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和廠(chǎng)房布置情況，將通風(fēng)劃分成若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行送、排風(fēng)的氣流組織，這樣就可以避免氣流阻力過(guò)大，并消滅通風(fēng)盲區(qū)，也有助于按不同要求采取不同的通風(fēng)方式；所以，按生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行廠(chǎng)房的分區(qū)布置時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮與通風(fēng)系統(tǒng)相配合。五、 結(jié)語(yǔ)地下建筑作為當(dāng)今社會(huì)建筑領(lǐng)域中重要的組成部分，其自然通風(fēng)性能的優(yōu)劣在很大程度上影響著它在未來(lái)的發(fā)展方向。并且，隨著人們價(jià)值觀念的不斷變化，對(duì)于自然的需求也更加顯