高层建筑通风工程评估与设计策略.doc

高层建筑通风工程评估与设计策略摘 要：进入21世纪以来，地球人口剧烈膨胀。城市化速度加快，随之而来的是城市人口激增，城市用地紧缺和城市扩张之间产生了不可调和的矛盾。而解决这一矛盾的最好办法就是城市用地的竖向发展。高层建筑在城市中越来越普遍。但高层建筑的风环境问题也日渐突出。研究通风理论就是要最大限度的利用自然风从而起到节约能源的目的。用风和防风两者是辩证统一的，设计者和建筑师需要根据特定的区域和地理环境，因地制宜，分析当地环境条件做出合理设计，达到改善建筑微环境的目的。 关键词：高层建筑；工程评估；设计策略 正是因为有了城市这个概念，才派生出城市规划这个概念，才产生了系统的城市规划理论。而这一理论的作用就是为城市居民服务，为城市居民提供一个良好的居住，生活环境。中国自古以来 就很注重人与环境的和谐共处。古人在选择住址时就有一种传统的朴素唯物主义思想。他们会充分考虑地理位置和环境因素。传统风水理论就是早期建筑理论的结晶。其中的一些思想至今人有实际价值，用今天的眼光来看风水中所谓的气论与场论都可以用建筑环境学进行解释。 高层建筑在城市中的普遍一方面有效增加了土地利用率，但也在很大程度上改变了原有的环境特征。对周边的日照和通风都产生了一定影响；另外，高层建筑所形成的消极城市空间，以及因建筑间的互相遮挡导致的空气涡流或湍流区域进一步恶化了室外的自然风环境。极有可能对街道行人，地面及城市生活带来损害；随着建筑外墙封闭技术的发展，高封闭性的建筑对居住者的健康，以及维持建筑本身运行所需的能耗带来了一系列的问题。 首先我们要明确造成室内外风环境问题的原因。对于室内通风环境来说，问题有二：第一，城市高度梯度风效应。在一定的高度范围内，随建筑高度的上升，作用在建筑外表皮的室外风速和风压也随之增大。如果进行开窗直接通风将导致室内气流过大的问题。第二，建筑封闭性越来越强。随着现代技术的发展，建筑外墙技术越来越发达，使得建筑表皮与外界面彻底分离成为可能。伴随着空调的使用，建筑完全可以依靠自身机械系统来满足室内居住者的要求，但这种无视外环境的做法将导致高能耗的严重问题。对于室外的通风环境来说，建筑高度和体量造成了建筑风影。运用流体力学分析，下风向的建筑将受到很大影响。上层气流的下行又将造成近地面风环境的复杂和不确定。群体建筑中还会出现文丘里效应，影响行人活动。 要做到高层建筑的节能，就应因地制宜，从设计上考虑最佳的适应当地条件的方案。通常从以下三个方面考虑：外墙设计，空间设计，平面布局。前两个是针对单体建筑的，最后一个既针对单体建筑也针对群体建筑。对于外墙设计，首先要认识到墙体是分割室内和室外的界限，是一个缓冲区，墙体技术直接关系到建筑节能的有效率。一般有单层的外围护表面和复合而成的双层外围护表面。对于单层的外围护表面，通过使用不同的开创方式适应环境，可以达到进风量个需求量的平衡，将室内的通风率维持在健康的状态。对于双层外围护表面，典型的例子就是附加温室，它结合了单层外墙高效通风和热交换同时也考虑到了通风和热交换的稳定性，是比较成功的双层外墙设计。 空间设计是通过对建筑的整体外形的设计及局部位置的修改，使之达到于当地风环境相适应的，从而减少空调能耗的目的。整体设计因地制宜，各不相同。这里介绍两个典型的例子。第一，开口立面处理。比如福斯特设计的瑞士再保险大楼，楼体被设计成螺旋塔状，他充分考虑了伦敦当地环境，螺旋线化解了高层建筑上部风速过大对楼梯的影响，也有效减弱了下行风到达地面的速度。有效的修正了建筑为微环境。第二，形体退台。如日本电信大厦的形体设计经过反复计算设计，很好的控制了建筑周围的风环境。 平面布局包含单体建筑的平面布局以及群体建筑的平面布局。对于一个建筑，合理的流线组织将有利于建筑的室内气流畅通，比如，为了满足夏季自然通风和冬季防风的要求，建筑周边开敞相对与周边封闭的布局模式更有利于流场运行。在冬季，北朝向的房间的小尺度划分，以及南朝向的房间的大空间划分将有利于保持室内热舒适度。对于高层建筑，在相同基地面积的前提下，平面呈圆形与呈方形相比，对风环境的圆形要小得多，凹口设计比凸口设计更容易形成上行或下行强气流。群体建筑的平面布局则更为复杂，建筑物与建筑物之间会相互影响产生干扰，但现代技术允许我们使用计算机软件对群体建筑进行流场的模拟，以帮助建筑师和设计者合理布局达到效益最大化。一般的，建筑迎风处，越靠近建筑表皮处，风速越小，在建筑背面风影区，靠近建筑表皮处风速变化最大。而两栋建筑之间的距离越近，由文丘里效应可知风道越小风速越大。 高层建筑的分析，不仅要综合考虑墙体设计，整体与局部的设计与修正以及建筑布局，还要分析建筑对周围风环境所造成的影响。在设计过程中要根据当地环境特征选择合理的通风方式，在保持夏季通风量的同时也要考虑维持冬季最小室内换气量。 参考文献 1 陈飞.建筑风环境夏热冬冷气候区风环境研究与建筑节能设计M.北京：中国建筑工业出版社，2009. 2 江亿等.住宅节能M.北京：中国建筑工业出版社，2006. 3 关滨蓉等.建筑设计与风环境M.建筑学报，1995. 3