太陽(yáng)能在建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳代京

太陽(yáng)能在建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳代京

摘 要：本文首先分析研究了自然通風(fēng)在建筑物節(jié)能方面的影響以及在建筑設(shè)計(jì)中如何合理應(yīng)用自然通風(fēng)，太陽(yáng)能不僅可以用來(lái)增加房?jī)?nèi)空氣的溫度，而且還可用于自然通風(fēng)，最后系統(tǒng)分析了利用太陽(yáng)能減少建筑的能耗，使設(shè)計(jì)節(jié)能的建筑通風(fēng)成為現(xiàn)實(shí)。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)；太陽(yáng)能；自然通風(fēng)

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑師不僅要考慮建筑物的美觀實(shí)用，還要考慮如何使建筑更節(jié)能環(huán)保，而太陽(yáng)能無(wú)疑是最佳的選擇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)同氣候條件下建筑物單位能耗明顯高于發(fā)達(dá)國(guó)家，大約是發(fā)達(dá)國(guó)家的2～5倍，而多層住宅的空調(diào)能耗比普通住宅的能耗高出5～6倍。所以，開(kāi)發(fā)利用自然能源，減少不可再生能源的使用量，加強(qiáng)建筑節(jié)能的宣傳和認(rèn)識(shí)，同樣在建筑行業(yè)內(nèi)響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建立綠色建筑理念。建筑中的通風(fēng)換氣以及提高屋內(nèi)空氣溫度，都可以使用太陽(yáng)能，這將大大地減少建筑的能耗，避免使用空調(diào)引起的各種空調(diào)疾病。尤其是在我國(guó)的北方，冬季干燥少雨，日照充足，充分地利用太陽(yáng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑中的通風(fēng)換氣以及提高屋內(nèi)空氣溫度會(huì)節(jié)約大量的能源。為了實(shí)踐使用太陽(yáng)能這種清潔能源來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑中的通風(fēng)換氣以及提高屋內(nèi)空氣溫度，本文通過(guò)精心設(shè)計(jì)，提出可以讓太陽(yáng)能透過(guò)建筑的窗戶(hù)，進(jìn)而強(qiáng)制提高室內(nèi)的溫度，迫使屋內(nèi)空氣與室外進(jìn)行交換，節(jié)能環(huán)保。

1 建筑自然通風(fēng)成因和作用

眾所周知空氣的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生風(fēng)，而造成空氣流動(dòng)的原因是壓力差，壓力差包括風(fēng)壓和熱壓，風(fēng)壓和熱壓分別來(lái)自空氣壓力梯度和溫度梯度。建筑的通風(fēng)對(duì)居民的居住舒適和健康有著重要的關(guān)系，通風(fēng)環(huán)境好的建筑居住更加適宜、舒服。自然通風(fēng)不僅可以降低室內(nèi)空氣的溫度，增加人居住的舒適度，而且還可以增加建筑與室外的熱交換。自然通風(fēng)還能夠把屋內(nèi)污濁的空氣與室外新鮮的空氣流動(dòng)交換，保持屋內(nèi)空氣清新，保證居民的健康。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑的窗戶(hù)一般包括窗口和窗扇兩部分，用于建筑物室內(nèi)與室外通風(fēng)換氣以及采光。可是一般的窗戶(hù)是不能強(qiáng)制增加室內(nèi)空氣的溫度及迫使屋內(nèi)空氣和室外空氣進(jìn)行交換的，這是因?yàn)橥高^(guò)普通窗戶(hù)的太陽(yáng)輻射能大部分都會(huì)白白浪費(fèi)掉，得不到充分的利用，還要就是因?yàn)榇皯?hù)使用有色玻璃。而本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)窗戶(hù)的總結(jié)研究，以及結(jié)合物理學(xué)上空氣動(dòng)力學(xué)與能量輻射原理，在此基礎(chǔ)上提出了一種別具一格的窗戶(hù)形式，即采用雙層窗戶(hù)形式。采用這種窗戶(hù)，通過(guò)提高雙層窗戶(hù)之間的空氣溫度，空氣就會(huì)發(fā)生對(duì)流，迫使屋內(nèi)空氣質(zhì)量增加，進(jìn)而達(dá)到換氣通風(fēng)的目的。這種設(shè)計(jì)在冬季時(shí)可以利用充足的光照，吸收太陽(yáng)輻射的熱量迫使屋內(nèi)空氣溫度增加；夏季時(shí)又可以與室外空氣交換。

雙層窗戶(hù)的物理設(shè)計(jì)形式大致如下：雙層窗戶(hù)安置在建筑物的窗口處，需密封性良好，使用無(wú)色透明的玻璃，兩層玻璃之間大約相距15cm，靠里一層窗戶(hù)的兩角各留一個(gè)能夠打開(kāi)或關(guān)閉的小窗口，兩角在窗戶(hù)的對(duì)角線(xiàn)上，分別是左上角與右下角，而外層窗戶(hù)只在左上角留一個(gè)能夠開(kāi)關(guān)自如的小窗口。

設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)非常巧妙，建筑既要有充足的采光率，又可以輕易地增加室內(nèi)空氣的溫度以及實(shí)現(xiàn)與室外空氣的流動(dòng)交換，充分利用光照，使太陽(yáng)透過(guò)無(wú)色玻璃，雙層窗戶(hù)吸收太陽(yáng)能，增加溫度，通過(guò)不同的組合來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉里外兩個(gè)窗戶(hù)上留有的三個(gè)小窗戶(hù)，從而實(shí)現(xiàn)增加屋內(nèi)空氣溫度和屋內(nèi)空氣與外面的通風(fēng)流動(dòng)。

3 空氣溫度增加和通風(fēng)流動(dòng)原理

雙層窗戶(hù)的工作原理：

（1）增加室內(nèi)空氣的溫度

外層窗戶(hù)上的小窗戶(hù)關(guān)閉，同時(shí)打開(kāi)里層窗戶(hù)上的兩個(gè)小窗戶(hù)。雙層窗戶(hù)玻璃間的空氣在太陽(yáng)的照射下，不斷吸收太陽(yáng)輻射能，溫度增加，體積增大，密度減小，根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)可知，此時(shí)空氣因密度較小會(huì)向上流動(dòng)，進(jìn)而從里層窗戶(hù)的左上角流向屋內(nèi)，而室內(nèi)的空氣溫度低于雙層窗戶(hù)間空氣的溫度，將從里層窗戶(hù)的右下角進(jìn)入雙層玻璃，補(bǔ)充向上流走的空氣，這種空氣流動(dòng)周而復(fù)始，不斷循環(huán)，進(jìn)而達(dá)到屋內(nèi)空氣吸收太陽(yáng)輻射能增加室內(nèi)空氣的溫度的作用。

（2）屋內(nèi)空氣與室外的流動(dòng)交換

里層窗戶(hù)左上角的小窗戶(hù)關(guān)閉，同時(shí)打開(kāi)里層窗戶(hù)的右下角小窗戶(hù)與外層窗戶(hù)上的小窗戶(hù)。此時(shí)雙層窗戶(hù)玻璃間的空氣在太陽(yáng)的照射下，吸收太陽(yáng)輻射能，溫度增加，體積增大，密度減小，向上流動(dòng)，從外面一層玻璃左上角的小窗口流到屋外，而屋內(nèi)的空氣低于雙層窗戶(hù)間空氣的溫度，從里層窗戶(hù)的右下角進(jìn)入雙層玻璃中，補(bǔ)充向上流走的空氣，進(jìn)而又吸收太陽(yáng)能，溫度增加上升流到室外，這樣不斷循環(huán)，屋內(nèi)的濁氣會(huì)排到外面，從而迫使了屋內(nèi)空氣與外面的空氣流動(dòng)交換。

這種設(shè)計(jì)的獨(dú)到之處是在保證建筑足量的采光率的同時(shí)，可以充分的利用光照，使太陽(yáng)透過(guò)無(wú)色玻璃，雙層窗戶(hù)間空氣吸收太陽(yáng)能，溫度增加，通過(guò)里外兩個(gè)窗戶(hù)上留有的三個(gè)小窗戶(hù)打開(kāi)或關(guān)閉的各種組合，實(shí)現(xiàn)增加屋內(nèi)空氣溫度和屋內(nèi)空氣與外面通風(fēng)流動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

結(jié)合以上的介紹，可以知道通過(guò)對(duì)建筑物的某部分進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在建筑自然通風(fēng)中應(yīng)用太陽(yáng)能，雙層窗戶(hù)的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且操作性強(qiáng)，價(jià)格便宜，其中里外兩個(gè)窗戶(hù)上的三個(gè)小窗戶(hù)通過(guò)各種巧妙的配合，增加了屋內(nèi)空氣溫度，屋內(nèi)空氣也能夠與外面進(jìn)行通風(fēng)換氣，建筑的采光率也可以得到滿(mǎn)足，光照充分得到利用。這種利用太陽(yáng)能強(qiáng)化建筑的自然通風(fēng)，節(jié)能環(huán)保，可以減少夏季居民的空調(diào)使用時(shí)間，節(jié)約大量的電能。在北方，特別是冬季，通過(guò)使用這種窗戶(hù)構(gòu)造來(lái)增加屋內(nèi)空氣的溫度，可以推遲冬季的開(kāi)始使用暖氣時(shí)間，大大減少煤炭的使用量，不僅節(jié)約了資源，而且減少了二氧化碳的排放量和污染氣體的排放。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：TU24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：陳代京，女，1986年03月07日出生，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，建筑環(huán)境與設(shè)備工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事暖通設(shè)計(jì)工作。