绿色建筑自然通风设计探讨 本文关键词：通风，探讨，自然，建筑，设计
绿色建筑自然通风设计探讨 本文简介：摘要:体育馆作为城市空间的一个完整个体，就建筑自然通风的要求方面而言是特殊的能耗类型，在城市发展过程中越来越受到关注．从地域、周边环境及可开敞关闭陕西体育馆建筑屋顶形式等因素出发，采用绿色设计的首要原则研究体育馆对于气候的适应性，通过对绿色建筑自然通风技术的探究，同时利用CFD和airpak并结合热
绿色建筑自然通风设计探讨 本文内容：
摘要:体育馆作为城市空间的一个完整个体，就建筑自然通风的要求方面而言是特殊的能耗类型，在城市发展过程中越来越受到关注．从地域、周边环境及可开敞关闭陕西体育馆建筑屋顶形式等因素出发，采用绿色设计的首要原则研究体育馆对于气候的适应性，通过对绿色建筑自然通风技术的探究，同时利用CFD和airpak并结合热舒适度和体感温度来分析能否节能环保．研究表明，室内环境与陕西体育馆建筑屋顶开启关闭的状态有直接关系，陕西体育馆建筑屋顶开启或关闭时，流通的风速、风量和热舒适度随屋顶状态变化而变化．
关键词:绿色;建筑;节能;体育馆;陕西
1绿色节能设计
1.1建筑概况
陕西省体育馆位于西安市南门外广场东南角，建筑面积为16000多平方米．基础采用预制桩基，桩断面为350×350mm，桩长有13.5m及9m两种．承重结构采用全框架式，八角形柱两部分44根柱子为预制框架．体育馆采用屋面与立面一体化设计，并配备可滑动式开敞关闭陕西体育馆建筑屋顶，由于设计条件的限制，馆内张弦梁结构与导光管结合引进自然采光及通风这种被动的技术．
1.2热舒适程度指数与体感温度
热舒适程度指数是指温度较高并且相对湿度增加，人体自身所真实体会到的温度偏大［3］．体感温度因为湿度和太阳辐射等影响往往与实际气温存在差值［4－5］．按照大气边界层理论，通风和空气质量有着正相关性，而且空气对热的吸收会受到一些要素的直接影响，例如相对湿度及密度，而人体能够接触的空气的成分(如可吸入颗粒物)与含量又受风速的影响．表1表示各个温度与修正关系及相关性．人体能够接触的空气的成分与含量的多少与风速成正比，这就是理论上定义的“风寒指数”［6－7］．表2表示温度与相对湿度的联系．
2舒适性分析
若某建筑的室内环境为封闭的状态，此时室内空气环境会较差，处于室内环境的人体会感觉到不同程度的不适．因此要稀释空气污染物，保持室内空气洁净，最常规的方法就是保持自然通风［9］．自然通风方面的建筑设计内容直接关系着人体的新城代谢变化而最终影响人体的舒适性，因为人体对温度的感觉有着最大程度的关系，所以运动人体在体育馆内分别位于运动状态和静止状态时，人体的热舒适性其实是有着本质差别的．同时，运动人体在运动时速度的大小直接产生着不同的作用，最主要的作用表现在空气在热环境中的流动能够加速空气的流通，同时能够为建筑室内的人体不断提供相对来说比较新鲜的空气，达到冷却空气的效果，较快的空气流通速度会加快人体的相对流通和蒸发散热，使人体达到热舒适［10－12］．体感温度与人体的感觉之间也有一定的对应关系，如表3所示．
3开敞关闭陕西体育馆建筑屋顶体育馆的节能特征
对于建筑物的气流交换等内容而言，通风与空气质量密切联系，气流组织设计分为侧送风、上下送风及综合运用．本文通过对陕西体育馆屋顶开启与关闭的数值模拟分析，对其不同状态下的速度，热舒适性方面进行分析与对比．
3.1夏季初始条件
本次研究的室内的负荷主要来源于照明负荷(体育馆内为分区动静控制，通过光效调节照度来控制人工照明)，由于体育馆特殊的建筑性质，其外窗和幕墙玻璃选用可见光透比高的材料．与此同时，本次研究拟定每个灯管就是一个热源，由于体育馆室内的热源热交换涉及到两个过程，第一个过程为通过热源向室内空气的辐射热交换，第二个过程为建筑的室内空气对流交换．默认风向为南向，室外温度、风速、太阳辐射强度、室内温度及壁面温度、相对湿度等相关的参数是由当地气象数据的资料提供．
3.2模型建立
综合考虑建筑的朝向方位以及门窗开启的程度，并结合之前的研究模拟实验结果，本次研究利用CFD和airpak，设定为陕西体育馆的屋顶在开启和关闭状态下的送风通道都为南北立面上的这些通风窗(窗户按照实际构建和配件的尺寸来计算)，部分为穿堂风．为了达到良好的模拟效果，假定废气从排气烟囱排出，同时，负压时可以排出部分空气并且设定空气的热物状态是相同的．为了缩短此次模拟实验所用的时间，当陕西体育馆建筑屋顶开启时，假定为玻璃建筑材料部分不起围护的作用，因此无需赋予材质．
4结果分析
4.1热舒适度评分分析
表3为体感温度及相应人体感觉的对应关系，可以看出当温度在4℃以下时，人体对外界的环境感受为很冷，此时对应的生理应激水平程度为极端冷，即顶级的状态，最不理想的状态之一，人体无舒适度可言;当温度在4℃～9℃时，人体对外界的环境感受为冷，此时对应的生理应激水平程度为强烈冷，稍缓一度;当温度在9℃～13℃时，人体对外界的环境感受为凉，此时对应的生理应激水平程度为中等冷，又缓一度;当温度在13℃～18℃时，人体对外界的环境感受为轻微凉，此时对应的生理应激水平程度为轻微冷，再缓一度;当温度在18℃～23℃时，人体对外界的环境感受为舒适，即最佳的人体感受程度之一，此时对应的生理应激水平程度为无热，即最佳的人体生理应激水平;当温度在23℃～29℃时，人体对外界的环境感受为温暖，即最佳的人体感受程度之一，此时对应的生理应激水平程度为轻微热，即好的人体生理应激水平;当温度在29℃～35℃时，人体对外界的环境感受为暖，即最佳的人体感受程度之一，此时对应的生理应激水平程度为中等热，即较好的人体生理应激水平;当温度在35℃～41℃时，人体对外界的环境感受为热，此时对应的生理应激水平程度为强烈热，此时已不在最佳状态范围内;当温度大于41℃时，人体对外界的环境感受为很热，此时对应的生理应激水平程度为极端热，最不理想的状态，人体无舒适度可言．本研究中，PMV指标(－0.5～+0.5)则是当忽略不计人体外部做功消耗的热量时的相应实验数据得的，本次研究的PMV指标前提条件是衣服热阻比较小的同时人体不处于运动状态．换句话说，除本次研究以外的PMV(衣服热阻大的同时人体处于运动状态)值不在此次模拟范围内，因此本文选择体感温度作为主要的评价标准，同时PMV作为辅助衡量标准．多项数据综合比较而言，风速和温度这两个变化元素在陕西体育馆屋顶开启和关闭的状态都有不同程度的感应，并最终影响着热舒适度．具体表现为:最大风速和最小风速相差值为6倍，最高温度和最低温度相差值为10%．表4PMV与热感觉对应的变化关系，可以看出当PMV为3，对应的热感觉为热;当PMV为2，对应的热感觉为暖;当PMV为1，对应的热感觉为微暖;当PMV为0，对应的热感觉为适中，即最佳的人体感受程度，人体舒适度为最佳;当PMV为－1，对应的热感觉为微凉;当PMV为－2，对应的热感觉为凉;当PMV为－3，对应的热感觉为冷，最不理想的状态，人体无舒适度可言.当陕西体育馆建筑屋顶关闭时，体感温度增加了8.19%，室内PMV值在0.063到0.250之间(微暖)，人体感觉热舒适度为可接受的状态;陕西体育馆建筑屋顶开启时，风速风量温度湿度等参数条件得到了优化，模拟得出的体感温度为23.87℃，人体感觉热舒适度为最优，如图1所示的数据。
4.2速度分析
陕西体育馆建筑屋顶关闭时，在进风口与出风口还见设置了热交换器，这样的情况下侧边的窗户对流使得体育馆室内风速小于1.5m/s，陕西体育馆建筑屋顶打开时，整个体育馆成为半室外开放空间，风速为1.5～2.8m/s．可知陕西体育馆建筑屋顶开启和关闭时，对室内风速的影响有显著的相关性．同时，通过模拟和计算可知，该建筑室内一年四季的平均风速为0.2m/s左右，这就说明该建筑满足体育馆这类建筑性质对于比赛的使用要求．建立X=120，Y=1，Z=170在a、b、c、d不同位置的流速(参见图2和图3)．可以看到，体育馆内的流线随着屋顶的关闭而变得平稳、随屋顶的开启而变化，a、b、c、d共4条曲线所对应的风速值相比于原来的曲线都有所增加提高，但加大通风量与增加风速的同时，可以防止风对建筑的室内环境形成滞留效应，同时对人体的最佳舒适度并无破坏．图2X=120－150，Y=1，Z=170流速表(陕西体育馆建筑屋顶关闭时)图3X=120－150，Y=1，Z=170流速表(陕西体育馆建筑屋顶打开时)可知体育馆内的流线随着屋顶的关闭而变得平稳、随屋顶的开启而变化．通风量与风速增加的同时，对人体的最佳舒适度并无破坏的影响．
5结论
本研究通过将温度、人体感受及生理应激水平分为9个种类，分析了体感温度及相应人体感觉的对应关系，并通过将PMV与热感觉分为7种程度，分析了PMV与热感觉对应的变化关系，得到如下一些结论:(1)风速和温度这两个变化元素在陕西体育馆屋顶开启和关闭的状态都有不同程度的感应，最终影响着热舒适度，最大风速和最小风速相差值为6倍，最高温度和最低温度相差值为10%．(2)陕西体育馆屋顶开启和关闭的状态对应的体感温度都有不同程度的感应，体育馆内的流线随着屋顶的关闭而变得平稳、随屋顶的开启而变化，且通风量与风速增加的同时，对人体的最佳舒适度并无破坏的影响。
作者：吕越 葛娟 单位：绍兴文理学院 土木工程学院
绿色建筑自然通风设计探讨 来源：网络整理
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