風(fēng)環(huán)境設(shè)計對建筑節(jié)能影響的分析與研究_圖文

1、 建筑學(xué)報6ACDEMIC ARTICAL ISSUE風(fēng)環(huán)境設(shè)計對建筑節(jié)能影響的分析與研究ANALYSISANDRESEARCHOFDESIGNOFWINDENVIRONMENTIMPACTOFBUILDINGENERGY C O N S E R V A T I O N錢鋒1楊麗2Qian Feng , Yang Li摘要/使用FluentAir-pak 軟件,以同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓為例,進(jìn)行室內(nèi)自然通風(fēng)的定量流場分析,提供作為建筑優(yōu)化設(shè)計重要內(nèi)容的風(fēng)環(huán)境設(shè)計方法和原理。關(guān)鍵詞/自然通風(fēng)計算流體力學(xué)節(jié)能FluentAir-pakABSTRACT/ Energy conservation in Bui

2、lding is the most important goal for green architecture design, natural ventilation is a technique adapt to the environment, compared with air conditioning,it can reduce the energy consumption and bring new air indoor at the same time. But in traditional research, air environment was been ignored so

3、metimes. This time we using Fluent Air-Pak software to simulate the filed of indoor natural ventilation in wen yuan building. To research the Principle of natural ventilation.KEY WORDS/ natural ventilation, Computational Fluid Dynamics, energy conservation, Fluent Air-pak自然通風(fēng)是一種古老、節(jié)能的通風(fēng)方法。它是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)

4、的最基本方法,也是增強(qiáng)室內(nèi)熱舒適的方法之一,更是減低建筑空調(diào)負(fù)荷的免費措施之一。在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中,建筑師考慮更多的是建筑物的功能和形態(tài),對建筑節(jié)能的考慮多半是根據(jù)建筑師的設(shè)計經(jīng)驗。真正量化的設(shè)計與分析是節(jié)能工程問題,因此在設(shè)計階段往往容易被忽視。本文旨在探索一種設(shè)計與建筑節(jié)能工程分析相結(jié)合的思路與方法,進(jìn)行建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計實踐。計算流體力學(xué)(ComputationalFluidDynamics,CFD為建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計提供了一種方法,是在預(yù)測和評價建筑設(shè)計階段,對室內(nèi)通風(fēng)與污染狀態(tài)進(jìn)行分析的方法和手段。但是由于往往建筑內(nèi)房間數(shù)量眾多,且形式錯綜復(fù)雜,C F D 計算量巨大,計算時間長。因此在

5、利用該技術(shù)進(jìn)行分析時必須進(jìn)行必要的技術(shù)分析和模型簡化。本文以同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓為研究對象進(jìn)行具體分析。文遠(yuǎn)樓于1953年建成,總建筑面積5050m 2,是典型的3層不對稱錯層式的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑。2007年5月同濟(jì)大學(xué)百年校慶之前作為建筑節(jié)能示范工程改造完工。1自然通風(fēng)設(shè)計風(fēng)環(huán)境是空氣流在建筑內(nèi)外空間的流動狀況及其對建筑使用的 影響,是建筑環(huán)境設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。在以往的建筑物理研究發(fā)展中,風(fēng)環(huán)境在一定程度上被忽視了。在自然環(huán)境日益受到重視的今天,自然通風(fēng)對于人體舒適度和建筑節(jié)能的作用顯得尤為重要。室內(nèi)風(fēng)環(huán)境設(shè)計的目的有兩個:其一是控制室內(nèi)空氣品質(zhì);其二是解決夏季或過渡季節(jié)的熱舒適性問題,

6、以取代或部分取代空調(diào),從而達(dá)到降低能耗的目的。風(fēng)環(huán)境設(shè)計分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng),自然通風(fēng)以其節(jié)能無污染的特點具備積極的意義。自然通風(fēng)的形成是靠熱壓(溫差和風(fēng)壓。雖然其風(fēng)速和風(fēng)向不可預(yù)測,但由于具有節(jié)能、維護(hù)方便及保養(yǎng)費用低等優(yōu)點1,所以自然通風(fēng)是調(diào)節(jié)室內(nèi)小氣候優(yōu)先使用的方法。改造后的文遠(yuǎn)樓使用了熱壓通風(fēng)和上懸式的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開窗方式來利用自然通風(fēng)2。1.1熱壓通風(fēng)熱壓通風(fēng)又稱煙囪通風(fēng),與風(fēng)壓通風(fēng)相比,熱壓通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境,熱壓通風(fēng)的原理如圖1所示。熱壓通風(fēng)系統(tǒng)不僅能創(chuàng)造熱舒適,減少空調(diào)的使用,同時還可以減少“建筑綜合癥”發(fā)生的可能3。在夏季早晨,夜間冷卻了的“煙囪”從室外吸入較熱的

7、空氣,這種逆向煙囪效應(yīng)能使室內(nèi)獲得舒適的空氣流動。當(dāng)“煙囪”內(nèi)不斷升溫,其作用又反饋回來,涼爽的室外空氣又被利用起來。文遠(yuǎn)樓的生態(tài)節(jié)能改造就充分利用自然通風(fēng)技術(shù),外立面門窗的上懸窗設(shè)計、室內(nèi)豎向通風(fēng)井都為文遠(yuǎn)樓提供了良好的自然國家自然科學(xué)青年基金項目(70673069;中國博士后基金項目(20080440642作者單位:1同濟(jì)大學(xué)城市發(fā)展與公共政策研究所(上海,2000922上海市規(guī)劃和國土資源管理局(上海,200003收稿日期:2009-02-031熱壓作用下的自然通風(fēng)2上懸和下懸式的開窗方式 7 建筑學(xué)報8ACDEMIC ARTICAL ISSUE 再從教室內(nèi)側(cè)的窗洞口處排出,風(fēng)速逐漸加大

8、,由于室內(nèi)上層空氣的運動,帶動下層空氣隨之運動,從而達(dá)到改善整個空氣品質(zhì)的效果。在走廊上部排氣口風(fēng)速達(dá)到最大,在走廊下層由于上層空氣快速流動,下層空氣也隨之形成了一個低速渦旋,改善走廊的通風(fēng)效果,并且不會對內(nèi)部的行人造成任何不適(圖10、11。通過上述模擬實驗,我們對不同高度層面的空氣速度場和空氣齡分布狀況進(jìn)行了定量的直觀模擬,對改造后的文遠(yuǎn)樓自然通風(fēng)原理有了一個全面且更直觀的認(rèn)識。在室外溫度適宜的春秋或者初夏時節(jié),利用大樓自身的自然通風(fēng),可以有效的降低室內(nèi)溫度,提高熱舒適性,并改善空氣品質(zhì)9,降低空調(diào)的能耗,最終達(dá)到節(jié)能的目的。圖12為文遠(yuǎn)樓一年中各月份空調(diào)使用情況表,在某些特殊的時段如5月

9、下旬和10月上旬,即圖中橫陰影線表達(dá)的區(qū)域,在未充分利用自然通風(fēng)情況下需要開啟空調(diào)來保持舒適度,而如果充分利用自然通風(fēng),則可以在該時段減少空調(diào)的使用10。圖12中橫陰影線表達(dá)區(qū)域的面積除以總的面積即為利用自然通風(fēng)可能達(dá)到的節(jié)能效果,大概為9%左右。3結(jié)論本文通過采用自然通風(fēng)來進(jìn)行直觀定量的節(jié)能分析方式,為建筑節(jié)能探索出一條有效的技術(shù)方案。在以后的設(shè)計中我們可以利用計算流體力學(xué)軟件FluentAir-Pak 模擬分析以優(yōu)化設(shè)計,使其達(dá)到理想的功效。選擇自然通風(fēng)系統(tǒng),需要把建筑看成是有生命的有機(jī)體,與氣候和諧共處,與建筑使用者的要求相適應(yīng)。雖然與一些發(fā)達(dá)國家相比,綠色建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)在我國還處于起

10、步階段,但隨著節(jié)能需求的日益迫切,生態(tài)、綠色概念的深入人心以及從“以人為本”到“以環(huán)境為中心”的認(rèn)識思想的轉(zhuǎn)變11,利用自然通風(fēng)系統(tǒng)的綠色建筑勢必會如雨后春筍般地涌現(xiàn)出來。參考文獻(xiàn)1錢峰,朱亮.文遠(yuǎn)樓歷史建筑保護(hù)及再利用J.建筑學(xué)報,2008(3:76-79.2錢峰,魏巍,曲翠松.同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓改選工程J.時代建筑,2008(3:56-61.3曲翠松.歷史保護(hù)建筑的生態(tài)節(jié)能更新同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓改造工程J.城市建筑,2007(8:16-17.4鄒德儂.文化底蘊(yùn),流傳久遠(yuǎn)再讀“文遠(yuǎn)樓”J.時代建筑,1999(1:59-61.5韓松,郭斌.建筑自然通風(fēng)之溫度效應(yīng)J.建筑節(jié)能,2008(9:18-22.

11、6張金萍,李安桂.自然通風(fēng)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀與問題探討J.暖通空調(diào),2005(8:32-38.7閔劍青,徐梓斌.多元通風(fēng)的室內(nèi)溫度場和空氣品質(zhì)的數(shù)值分析J.流體機(jī)械,2006(12:29-33.8張志強(qiáng),王昭俊,廉樂明.住宅建筑室內(nèi)熱環(huán)境的數(shù)值模擬研究J.建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2004(5:88-92.9FredBauman,TomWebster.OutlookforundernoorairdistributionJ.ASHRAEJournal,2001(6:18-27.10MatsunawaK,1izukaH,TanabeS,Developmentandapplicationofanunderfloorair-conditioningsystemwithimprovedoutletsfor “smart”buildinginTokyoJ.ASHRAETransactions,1995(2:887-901.11GLADSTONEC,WOODSAW.Onbuoyancy