高層建筑通風(fēng)工程評(píng)估與設(shè)計(jì)策略

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，地球人口劇烈膨脹。城市化速度加快，隨之而來的是城市人口激增，城市用地緊缺和城市擴(kuò)張之間產(chǎn)生了不可調(diào)和的矛盾。而解決這一矛盾的最好辦法就是城市用地的豎向發(fā)展。高層建筑在城市中越來越普遍。但高層建筑的風(fēng)環(huán)境問題也日漸突出。研究通風(fēng)理論就是要最大限度的利用自然風(fēng)從而起到節(jié)約能源的目的。用風(fēng)和防風(fēng)兩者是辯證統(tǒng)一的，設(shè)計(jì)者和建筑師需要根據(jù)特定的區(qū)域和地理環(huán)境，因地制宜，分析當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件做出合理設(shè)計(jì)，達(dá)到改善建筑微環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞：高層建筑；工程評(píng)估；設(shè)計(jì)策略

正是因?yàn)橛辛顺鞘羞@個(gè)概念，才派生出城市規(guī)劃這個(gè)概念，才產(chǎn)生了系統(tǒng)的城市規(guī)劃理論。而這一理論的作用就是為城市居民服務(wù)，為城市居民提供一個(gè)良好的居住，生活環(huán)境。中國自古以來 就很注重人與環(huán)境的和諧共處。古人在選擇住址時(shí)就有一種傳統(tǒng)的樸素唯物主義思想。他們會(huì)充分考慮地理位置和環(huán)境因素。傳統(tǒng)風(fēng)水理論就是早期建筑理論的結(jié)晶。其中的一些思想至今人有實(shí)際價(jià)值，用今天的眼光來看風(fēng)水中所謂的氣論與場論都可以用建筑環(huán)境學(xué)進(jìn)行解釋。

高層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變了原有的環(huán)境特征。對(duì)周邊的日照和通風(fēng)都產(chǎn)生了一定影響；另外，高層建筑所形成的消極城市空間，以及因建筑間的互相遮擋導(dǎo)致的空氣渦流或湍流區(qū)域進(jìn)一步惡化了室外的自然風(fēng)環(huán)境。極有可能對(duì)街道行人，地面及城市生活帶來損害；隨著建筑外墻封閉技術(shù)的發(fā)展，高封閉性的建筑對(duì)居住者的健康，以及維持建筑本身運(yùn)行所需的能耗帶來了一系列的問題。

首先我們要明確造成室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境問題的原因。對(duì)于室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境來說，問題有二：第一，城市高度梯度風(fēng)效應(yīng)。在一定的高度范圍內(nèi)，隨建筑高度的上升，作用在建筑外表皮的室外風(fēng)速和風(fēng)壓也隨之增大。如果進(jìn)行開窗直接通風(fēng)將導(dǎo)致室內(nèi)氣流過大的問題。第二，建筑封閉性越來越強(qiáng)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，建筑外墻技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，使得建筑表皮與外界面徹底分離成為可能。伴隨著空調(diào)的使用，建筑完全可以依靠自身機(jī)械系統(tǒng)來滿足室內(nèi)居住者的要求，但這種無視外環(huán)境的做法將導(dǎo)致高能耗的嚴(yán)重問題。對(duì)于室外的通風(fēng)環(huán)境來說，建筑高度和體量造成了建筑風(fēng)影。運(yùn)用流體力學(xué)分析，下風(fēng)向的建筑將受到很大影響。上層氣流的下行又將造成近地面風(fēng)環(huán)境的復(fù)雜和不確定。群體建筑中還會(huì)出現(xiàn)文丘里效應(yīng)，影響行人活動(dòng)。

要做到高層建筑的節(jié)能，就應(yīng)因地制宜，從設(shè)計(jì)上考慮最佳的適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的方案。通常從以下三個(gè)方面考慮：外墻設(shè)計(jì)，空間設(shè)計(jì)，平面布局。前兩個(gè)是針對(duì)單體建筑的，最后一個(gè)既針對(duì)單體建筑也針對(duì)群體建筑。對(duì)于外墻設(shè)計(jì)，首先要認(rèn)識(shí)到墻體是分割室內(nèi)和室外的界限，是一個(gè)緩沖區(qū)，墻體技術(shù)直接關(guān)系到建筑節(jié)能的有效率。一般有單層的外圍護(hù)表面和復(fù)合而成的雙層外圍護(hù)表面。對(duì)于單層的外圍護(hù)表面，通過使用不同的開創(chuàng)方式適應(yīng)環(huán)境，可以達(dá)到進(jìn)風(fēng)量個(gè)需求量的平衡，將室內(nèi)的通風(fēng)率維持在健康的狀態(tài)。對(duì)于雙層外圍護(hù)表面，典型的例子就是附加溫室，它結(jié)合了單層外墻高效通風(fēng)和熱交換同時(shí)也考慮到了通風(fēng)和熱交換的穩(wěn)定性，是比較成功的雙層外墻設(shè)計(jì)。

空間設(shè)計(jì)是通過對(duì)建筑的整體外形的設(shè)計(jì)及局部位置的修改，使之達(dá)到于當(dāng)?shù)仫L(fēng)環(huán)境相適應(yīng)的，從而減少空調(diào)能耗的目的。整體設(shè)計(jì)因地制宜，各不相同。這里介紹兩個(gè)典型的例子。第一，開口立面處理。比如福斯特設(shè)計(jì)的瑞士再保險(xiǎn)大樓，樓體被設(shè)計(jì)成螺旋塔狀，他充分考慮了倫敦當(dāng)?shù)丨h(huán)境，螺旋線化解了高層建筑上部風(fēng)速過大對(duì)樓梯的影響，也有效減弱了下行風(fēng)到達(dá)地面的速度。有效的修正了建筑為微環(huán)境。第二，形體退臺(tái)。如日本電信大廈的形體設(shè)計(jì)經(jīng)過反復(fù)計(jì)算設(shè)計(jì)，很好的控制了建筑周圍的風(fēng)環(huán)境。

平面布局包含單體建筑的平面布局以及群體建筑的平面布局。對(duì)于一個(gè)建筑，合理的流線組織將有利于建筑的室內(nèi)氣流暢通，比如，為了滿足夏季自然通風(fēng)和冬季防風(fēng)的要求，建筑周邊開敞相對(duì)與周邊封閉的布局模式更有利于流場運(yùn)行。在冬季，北朝向的房間的小尺度劃分，以及南朝向的房間的大空間劃分將有利于保持室內(nèi)熱舒適度。對(duì)于高層建筑，在相同基地面積的前提下，平面呈圓形與呈方形相比，對(duì)風(fēng)環(huán)境的圓形要小得多，凹口設(shè)計(jì)比凸口設(shè)計(jì)更容易形成上行或下行強(qiáng)氣流。群體建筑的平面布局則更為復(fù)雜，建筑物與建筑物之間會(huì)相互影響產(chǎn)生干擾，但現(xiàn)代技術(shù)允許我們使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)群體建筑進(jìn)行流場的模擬，以幫助建筑師和設(shè)計(jì)者合理布局達(dá)到效益最大化。一般的，建筑迎風(fēng)處，越靠近建筑表皮處，風(fēng)速越小，在建筑背面風(fēng)影區(qū)，靠近建筑表皮處風(fēng)速變化最大。而兩棟建筑之間的距離越近，由文丘里效應(yīng)可知風(fēng)道越小風(fēng)速越大。

高層建筑的分析，不僅要綜合考慮墻體設(shè)計(jì)，整體與局部的設(shè)計(jì)與修正以及建筑布局，還要分析建筑對(duì)周圍風(fēng)環(huán)境所造成的影響。在設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特征選擇合理的通風(fēng)方式，在保持夏季通風(fēng)量的同時(shí)也要考慮維持冬季最小室內(nèi)換氣量。

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作者簡介：姜赟程（1993- ），男，江蘇太倉人，西南交通大學(xué)，本科，研究方向：機(jī)械。