综合体建筑双层玻璃幕墙自然通风探析

    综合体建筑的外围护结构包括外墙、窗、玻璃幕墙、遮阳及屋顶等部分，是保证建筑物室内热舒适度、空气质量的主要构建，对其进行合理的设计，是提高综合体自然通风性能的主要措施。从长远来看，综合体建筑的外围护结构应当向生态化、智能化发展，如同人的皮肤一样，综合体的外围护结构能对室内外变化灵敏地做出反应，这就要求高度的创造性和革新性。我国大多数综合体的围护结构只注重外观效果，很少考虑对立面用材和立面结构进行生态设计，造成室内环境较差。殊不知，外围护结构是提高室内环境的重要环节，没有良好的围护结构，自然通风设计就无从谈起。因此，在综合体设计中必须探索如何提高外围护结构的灵活性，才能为综合体的自然通风奠定基础。

    1.1 窗户与通风的关系

    窗横向位置与通风的关系。在相对两墙上各有一个窗户的房间，若通风窗正对风向，则主要气流由通风口笔直流向出风口，除在出风口那边两个墙角会起到局部紊流外，对室内其他地点影响很小。

    “穿越式通风”指利用开口把某室内空间与室外的正压区及负压区联系起来。而当所有的开口都面向同样的气压区时室内的气流很小，特别是当风与进风窗垂直时，室内的平均气流速度相当低。当有穿越通风时，尽管开口的总面积未增大，而平均气流速度及最大流速均超过前者两倍以上。

    由室内自然通风模拟可看出窗台高度为0.9m时，在室内1m～1.3m高度处获得最大风速，即人体活动范围以内的空气流动较好，但室内0.9m以下区域，自然通风效果较差；随着窗台高度降低，自然通风所影响室内区域面积增大，室内风速减缓，速度值较为均衡。在综合体建筑设计中，加大窗口水平或竖向距离，可增加进、出口风压差，利于室内通风；若将窗台高度适当降低，控制在0.9m～0.3m之间，可形成良好的室内通风状况。

    外窗选型及开启方式对室内自然通风效果也会产生影响。单侧向外开启的平开窗，可引导室外风进入室内；外推旋转窗可改变进入室内风的方向，同时对风速也有一定的影响；推拉窗的引风、导风效果不明显，但可控制进入室内的风量。因此，尽量选用具有良好导风性能的窗如平开窗、上悬窗等，改善室内通风效果。

    1.2 综合体建筑空间类型对通风的影响

    要合理运用自然通风原理对综合体进行门窗设计，以期提高自然通风效能，首先，我们必须了解综合体建筑空间类型及这些类型的特点。

    外廊式综合体形体多为简单板式造型，以开敞外廊或位于建筑物一侧的封闭走道组织各单元房间。该类建筑体形系数大，采用自然采光通风，一般不采用集中的空调和采暖设备，易于实现设备的分区控制。

    内廊板式综合体体形系数较大，多数采用自然采光和通风形式。在设备使用上，大空间房间的建筑常采用集中空调和采暖形式，不利于进行小范围的控制；单元房间常采用小型分体空调进行制冷或采暖，但近年常见一些原无空调设备的综合体改造为中央空调建筑。

    中央核心筒式综合体以中央核心筒作为管线集中设置的空间和交通枢纽，围绕核心设置尺度较大的空间，或利用轻质隔断进行自由分割。该类综合体体形系数相对较小，建筑物内设备复杂，多采用集中系统进行通风或制冷采暖。由于空间进深较大，多为自然通风和机械通风相结合。由于建筑物体量和高度较大，建筑物表皮外空气流动相对较为剧烈。

    围绕开敞内院组织空间的综合体内部组织开敞院落，进行景观和绿化布置，一方面使得人们“在庭院里活动”，创造宜人的视觉环境；另一方面，庭院中的亭台水榭、绿化植物，可以在很大程度上调节活动空间附近的外部微气候，缓和室内外的气候过渡，对于目前倡导的“健康建筑”“节能建筑”来说，都是一种有利的空间布置形式。

    以中庭为核心空间的综合体。以往人们向往大自然，却为冬日的寒风、夏季的暴雨而却步，而中庭给人们创造了一个有着绿茵流水、没有夏季酷暑和冬季严寒的空间，人们可以随意交往、娱乐、休闲……但是，要创造真正宜人和舒适的中庭空间，则是建筑师和其他技术人员应该充分考虑的问题。中庭空间的物理环境和审美环境，是该类建筑成功与否的基础。

    2.1 双层玻璃幕墙组成

    双层玻璃幕墙由三部分组成：内幕墙、外幕墙及双层幕墙间形成的空腔，空腔内设有遮阳百叶。在外层玻璃幕墙上设有进风口与出风口，一般采用隐框、明框和点式玻璃幕墙等形式；内层玻璃幕墙由许多可开启的玻璃窗组成，一般采用明框幕墙或铝合金门窗等形式。

    2.2 双层玻璃幕墙的特点

    双层玻璃幕墙能够很好地满足自然采光、太阳能的主动或被动利用、防止过度热辐射、减少室内热损失。许多研究表明，双层外墙系统有很好的热学性能。双层幕墙间形成的空腔，具有很好的隔热性，而且还可以让空气流动以加强通风。其原理就是在热压作用下，把废气和太阳辐射热从空腔中带走，这种效果在太阳充足的情况下就越明显。

    2.3 双层玻璃幕墙对自然通风的影响

    根据双层玻璃幕墙的构造形式和通风方式的不同可以划分成以下几种类型：

    1) 箱式双层玻璃幕墙。

    箱式双层玻璃幕墙是一种常见的双层玻璃幕墙的形式。这种双层玻璃幕墙由幕墙框架划分成一个个的单元，每一个单元可被看作独立的通风系统。幕墙框架的划分，在水平方向上，一般依据建筑轴线或以房间为单元分隔，在垂直方向上，一般按层划分。在每一个单元的外层幕墙上，玻璃下部设有进风口，上部设有出风口。在夏季，新鲜空气从进风口进入到幕墙空腔内，出风口打开，空气的流动促进了自然通风。

    2) 井箱式双层玻璃幕墙。

    井箱式双层玻璃幕墙是箱式玻璃幕墙的一种特殊构造。它包括一组箱式单元系统和一个贯通几层的竖井，这样，就在双层玻璃幕墙之间形成了网状通风系统。由于竖井的高度很大，会导致竖井上下的压差很大，这样，竖井起到的烟囱效应很明显，使气流速度较箱式双层玻璃幕墙的气流速度要快很多，从而提高了双层玻璃幕墙的通风效率。

    3) 走廊式双层玻璃幕墙。

    玻璃幕墙单元就是走廊。外层幕墙的进气口与排风口设置于每层的楼板与天花部位，分别由通风调节盖板控制其开启。上下层进排气口交错布置以防止从下层刚排出的空气又进入上层的通风间层，否则，下层走廊的部分排气又成了上层走廊的进气，这无论对空气质量还是幕墙温度缓冲效果都会产生负面影响。走廊式双层幕墙的每一个独立通风间层一般会与几个房间相邻，因此，走廊式幕墙有可能导致房间之间的声音干扰。

    4) 多层式双层玻璃幕墙。

    在多层式之中，通风间层不但在水平方向上与若干个房间相邻，而且在竖直方向上覆盖几个楼层，甚至在一些极端情况下，幕墙之间的空间既不做水平分隔，也不做竖向分隔。通过底层和屋顶处的开口，空气进出形成通风。在供暖期，外层立面的开口关闭，以利用通风间层温室效应形成，由于这种双层皮结构不是每层都有开口，所以特别适合外部噪声较大的环境。

    5) 可开启式玻璃幕墙。

    与以上四种不同的是，此种双层玻璃幕墙的外层幕墙可以完全开启，没有明确的进风口、出风口，双层幕墙之间难以利用烟囱效应形成自然通风。夏季，当外层玻璃完全打开时，可以作为遮阳装置调节日光照射，同时降低内层幕墙受到的太阳辐射；冬季，外层幕墙关闭，形成空气缓冲层，可以加强建筑的保温性能。而且外层幕墙可以对内部形成有利的庇护，使建筑即使在不利的气候条件下也可以实现自然通风。

    3. 合理进行玻璃幕墙设计，提高自然通风效能

    3.1合理进行屋顶设计，加强其导风作用

    屋顶部位往往是综合体建筑体量中最高的部位，这使其在建筑通风设计中具有很明显的优势。首先，屋顶部分一般来说受到的遮挡较少，能够比较容易利用自然风；再者，由于其高度的原因，建筑内部的热气流往往在屋顶部位汇集，因此能够较容易把室内热空气组织起来排出室外，从而减少空调制冷能耗。关于屋顶部位热压效应的利用在前一章分析自然通风设计原理时已经做了详细的介绍，这里将着重就导流采风的一些特殊构造措施进行讨论。

    空气动力学原理已经广泛用于指导飞机及汽车制造业，现在也同样出现在综合体建筑设计的通风考虑中。相对而言我们无需掌握太多复杂深奥的数据和公式，一些简单的原理和法则就能对屋顶构造设计产生很有益的影响。例如：当风在球体表面流动时，会在球体顶部达到风速的最大值，加之此处高度最大，因此对于球形或弧形顶部的综合体建筑，将通风换气口设置在最顶部能够更有效的吸引排出室内污浊空气；而对于反曲线型屋面来说，则有另一方面的优点，那就是可以使建筑物的重量适当减轻，从而减小建筑基础。另外，对于普通形式的坡屋顶来说，屋檐出挑除了遮阳遮雨的作用之外还可以起到导风作用，这一点也是可以加以利用的。

    3.2 合理进行阳台设计，完善其导风作用

    对于商住综合体和办公综合体，很多时候主楼要设计阳台，对阳台的自然通风处理也是综合体设计的一个不可缺少的环节，主要注意以下几个方面：

    把阳台作为温度阻尼区。为保证主要房间的室内热环境，可在温度要求较高的室内空间和温度很低的室外空间之间，结合实际情况，设置过渡区，在国外又称温度阻尼区(BufferZone)。这些阻尼区像一道热闸，不仅可使房间的传热损失减少40%～50%，而且大大减少了房间的冷风渗透，从而减少了室内的渗透热损失，南向的阻尼区在白天还可以作为附加阳光间使用，是节省冬季耗能改善室内热环境的有效措施。封闭阳台作为一种建筑形式，在商住综合体和办公综合体中常常被采用，其主要目的是为了增加一些使用面积和空间，也是为了安全或防止风沙。一方面增加了使用面积，另一方面，由于北方地区室外浮尘较多，封闭阳台有利于降低室内的灰尘浓度，提高室内空气品质。

    3.3 注重遮阳设计，完善其导风作用

    由于遮阳板的存在，综合体建筑周围的局部风压也会出现较大幅度的变化，对房间通风有一定的阻挡作用，使室内风速有所降低。实测表明，在有遮阳的房间，室内风速约减弱22%～47%，风速的减弱程度和风向都与遮阳的设置方式有很大的关系。需要根据当地的夏季主导风向特点，利用遮阳板作为引风装置，增加建筑进风口的风压，对通风量进行调节，以达到自然通风散热目的。