某教学楼地道通风及诱导通风设计

某教学楼地道通风及诱导通风设计摘要：本文简要论述了在具体工程设计中，运用生态建筑中可采用的基本技术措施之一的诱导式自然通风和烟囱效应及太阳集热器，实现所谓的“生态建筑”。先进的欧美国家已有很多好的生态建筑作品早已问世，而我国还处于初期发展阶段。本文中所介绍的设计也是对生态建筑设计的一个探索和尝试。关键字：生态建筑诱导式自然通风地道通风降温空气品质生态建筑的设计理念在国际上已被建筑设计师们所广泛关注，并归纳总结了一些可采用的技术措施，并正在通过点点滴滴的工程实践，合理地运用到生态建筑中。在创造健康舒适的室内环境，满足人类对舒适环境需求的同时，最大限度地降低资源浪费和对自然环境的污染，保持和促进地球自然生态环境的平衡，提倡“人类建筑与环境共生”的设计新理念。本文结合工程设计实例，介绍了生态建筑中可采用的基本技术措施之一的诱导式构造技术。除此之外，技术措施还包括有绿化技术、太阳能利用、废物的回收循环利用、生态建材的开发利用等方面。这些技术措施都要靠目前的技术条件，并结合本国国情，才能得以运用和实施。1.工程概况：建筑面积：12000㎡；建筑高度：22m；建筑层数：地上5层/地下一层（设备层）。建筑分为主教学楼、南教学楼及宿舍三部分，地下设备层布置为通风机房、通风静压箱、消声砌体及库房，地上布置为教室、宿舍、餐厅、库房、多功能教室等，其中教室面积约为6000㎡。2003年完成施工图设计。本文主要介绍地道通风降温及诱导通风系统的设计。2.室内设计计算参数及负荷计算分析2.1室内设计参数：海房间名称画夏季空气温度哲冬季空气温度促换气次数剧教室辰≤字2墙9倍℃售1萍8引℃滴4~1模0童次窑/h2.2负荷计算分析首先需要分析北京地区的气候条件和学校建筑物的使用情况，利用逐时气象数据生成软件Medpha生成的北京地区的典型气温数据，根据教室的人员负荷和灯光、设备负荷特点及学校的标准作息时间，利用建筑热环境模拟软件DeST计算出各房间的冷负荷数值。计算结果发现，除宿舍楼外，其他建筑的房间高于29℃的时间比较一致：都出现在5月22日～9月6日（如图2-1）。考虑到暑假期间可不进行热环境控制，因此将实际需要进行夏季热环境控制的时间定在5月22日～7月10日。图2-1北大附小典型房间基础室温曲线冬季模拟时间：与集中供暖时间相同：11月15日～3月11日。2.3夏季运行模式的确定就主教学楼而言，虽然有不同使用功能、不同建筑位置的房间，但经过模拟发现，所有房间的负荷变化规律是一致的。供冷期间，房间逐时负荷从0～43W/m2之间不等，而冷负荷大于25W/m2的时间只占整个供冷时间的22％。如采用固定的控制模式，在78％的时间内都会出现严重的能源浪费。将负荷分为三个比较典型的负荷段：负荷大于25W/m2的占22％、负荷在10W/m2～25W/m2之间的占36％、负荷小于10W/m2的占42％。与负荷相对应，风机选用三档变速风机。采用人工控制的方法，根据当日气象预报数据或实际需要，选择相匹配的档位风机送风。这样一方面对初投资影响不大，另一方面可以大幅度地减少风机能耗。综上所述，对于主教学楼应采用变速风机＋人工控制的分阶段控制模式。3.地道通风降温系统及诱导式通风系统：为了充分利用土壤的蓄热（冷）能力，节省不可再生能源（人工制冷）的消耗，保护生态环境、减少空气污染，本设计力图尽可能地利用可再生的洁净自然能源（风、光、热）。由于夏季制冷能耗大于冬季供暖能耗，故为教室设计了地道通风降温及诱导式通风系统，以满足教室通风换气和降温，达到改善室内热环境及空气品质的要求，并使教室在不开窗时CO2浓度低于1.5‰，这是传统的人工制冷系统（空调器）所不能做到的。为了降低建筑物能耗，对围护结构热工设计进行优化，既建筑专业采取了隔热、保温、遮阳等节能措施。外墙的传热系数达到了0.60W/(㎡.K)。拴通过对本建筑扎物各方面进行梁的模拟分析，禾预测本建筑物胀全年冬季采暖币逐时热负荷和味夏季空调逐时穴冷负荷，确定粥出了合理的环赌境控制方案；碎预测室内温度广场和气流组织无状况；利用地戏道降温系统全筑年非稳态程序锣，根据冷负荷号曲线，预测计至算地道风提供创的冷量和逐时税的出口风温，烧保证地道提供臭的冷量曲线高既于建筑物的负姓荷曲线。继3.1括亭地道通风降温顽系统翻筑某教学楼采用喷地道通风降温汉系统作为主冷穗源，根据建筑顶物逐时动态负块荷确定地道几燃何尺寸，使地贡道通风能在供劲冷季提供建筑竞物所需冷量，音维持室内良好拘的热环境。锹壮颠地道设计方案哲根据北京地区困土壤温度随深吹度的变化情况丝，差4m莲深处土壤温度毁年波动幅度已景经比较小（波符幅绕3牢℃怠左右），因而沫上层预制混凝戚土埋管中心深浮度定为园4m浸，使用钢筋混亦凝土预制管，姜内径掩1.2m党，水平布置，片管道间中心间栋距虎2.4m虹。考虑到地道婆建成后的维护目，方便维修人剪员的进入，因运此选用内径为皂1.2m献的管道。倾在模拟计算中余，通过优化控州制方案，尽量众使计算地道冷疏源系统提供的豪总冷量曲线接岭近所有建筑物散需要的冷负荷明曲线，以求得猪满足冷量需求桐的最短地道长主度，最大限度捏地降低初投资矛。垦图局3-1留俱地道布置示意匪图发至蒙苗3-2光盛地道埋管布置层示意图临设计结果如下震：总计需要四昼根埋管，其中栏一根埋管供南礼教学楼，三根兔埋管供主教学硬楼，在主教学所楼和南教学楼错地下层分别设样置机房，为主交教学楼和南教荐学楼送风（如凭图托3-圈1哑）枝。置躲埋管布置方案魄为上下层各布毙置两根埋管（屈如永图咱3-鸦2远），地道长度市为咐29扭0皇米塘/怖根。裳撕产地道夏季运行冶模式缩如前所述，地婆道降温系统使奉用期定为瞎5休月膏2山1立日崇～捉7谣月健1肝0李日处，鼻共狮5缠1乎天。每天通风葵时间按照你早醒9沫：退0言0字～灰晚蛛1衡7扔：钞0蛇0榆考虑。讲根据建筑物所甚需冷负荷及新炮风量的要求，柄使用三档变转推数风机控制地择道内的通风量纯，实现分阶段陈控制方案。根历据室外的气象悄参数和地道出束口空气温度来顶确定风机的运互行工况。经计级算教室的最大敞冷负荷跳为明200K蔑W感，系统总设计盯风量为浙89000m崇3电/昆h稻，地道送风温介度为柄2捧0粥℃视。地道降温系受统选用的风机湖为三档变转数啊风机，可满底足仅90涛%净以上时间房间为温度控制在把2搭9盼℃镇以下。宅夕女地道冬季运行歇模式砍地道通风系统俱在冬季作为地末道预热系统：彩一方面将室外塌的低温空气引块入地道，使地葬道的温度降低亲以保证地道在恋夏季的冷却能就力；另一方面待通过地道预热帖室外新鲜空气芝，改善房间的佳空气质量。宫4m昏埋深下土壤温彩度桌在弃1败1割月墓～阁2副月均高于室外纵气温，所以滚在苏1纯1杏月袜～墨2瓣月可以通过地奴道通风或敞开趴地道口进行蓄抬冷以保证第二秀年的供冷效果灾不会降低。坡需猪机房布置面机房设于建筑宝物内的地下室竟。机房内设置狭风机，静压箱虎，消声砌体、夏初效过滤器等上。风机作减震婶处理。室外空例气经过埋管，姐经风机加压后旧送至静压箱，壤然后通过水平遇送风道送至送鹰风竖井，再送亩至各房间。惨3.2斩嘱诱导式通风系笼统塞兆主教学楼的南仍侧教室考虑采艇用诱导式排风渔系翼统辅—良—神通过烟囱效应顾和太阳集热器毫（涂成黑色的押坡屋顶）尽可影能吸收太阳辐指射热，加热流永过其中的空气店，扩大与室外福空气的温差，皱形成并强化热核压拔风作用，公进而对房间内口的空气产生有浊效的抽拔作用铲，从而保证教屯室内能形成稳西定的气流组织适形式。只由于诱导式通篇风系统较依赖曲于室外气象条滋件，并且提供企的拔风动力较金小，为了确保逃排风效果，同谨时安装机械排价风系统（如伶图挂3-钥3希）。共图硬3-3径可主教学楼通风砍系统示意图击时异机械送风系统闪设计近地道风通过送冠风竖井，送至糟各教室，为了纷确保机械送风梁系统能满足各骑个教室风量要烦求，在建筑投扇入正式使用前众，必须进行初纲调节，使各房麻间的风量分配乐满足使用要求植。是垃造机械排风系统疫设计炸房间内污浊空雨气通过排风口啄引至排风道内羽，经排风机排僚出室外。空心嫂夹层墙排风道偶在设计上需要倘兼顾诱导式通买风、建筑物采拖光和外立面外抖观的要求，经电计算校核，设狮计墙体空腔尺搜寸为旨600mm动×系500mm猪，每间教室对愈应三个空心夹于层墙排风道。生当采用诱导式蜓自然排风时，篇地道送风系统蜘处于低档运行容，此时开启排雄风电动百叶窗饶，并关闭排风劲机。南向教室立在设计诱导式润自然排风系统厘的同时还并联插设计机械排风除系统，当太阳防辐射较弱或地宣道送风系统处嘴于中、高档运滋行时，开启排禾风机，并关闭泡排风电动百叶痕窗。北向教室裕的排风直接通庸过排风机排出摸室外。机4柔.披室内气流组织挺设计杰由于教室里人屯员的位置固定雷，而且又是小壤学生，因此房乏间气流组织的返设计尤其重要俯。而合理的风遇口设计可以实妥现良好的房间策气流组织。房玉间的风口设计倚是根据房间的贞气流组织设计逐而决定的。左经多方案比较卫并利用流体力唇学烧PHOENI倡C栽S芦模拟软件，预骗测室内温度场堤和气流组织状涝况（如纤图蚊4-镜1似），上送上排焦通风形式能形惹成良好的室内搂气流组织分布纤。新鲜冷空气道从上部送出后伪，下沉至房间校底部，在下沉脑的过程中气流蜡扩散掺混，风迹速衰减，温度作上升至学生活滋动区域时，温中度在祥2鬼4粘℃夸左右，风速在锹0.港2助米稻/肆秒左右，达到河人体热舒适的放标准。下沉的烤空气遇到热源凤时，靠室内发匪热源的热力作诞用又以自然的反形式使室内的怖余热和污浊空怕气向上漫漫浮觉起，移至房间倚上方，通过排艘风口排出教室断。这种通风方眉式为由热压驱剥动引起的自然稠对流，仍是一劈种置换通风方跌式。最需要注意的是少，该送风方式脏，有可能出现爹当送风风速过括小时（风机运坊行在低中档）炕，冷气流下坠湾过快，出现部怪分区域低温度牲高风速的情况塑，使该区域舒这适度不满足要森求。因此在送膀风口设可调节龙角度的水平百勿叶，以便当送敲风速度变化时情相应进行调节今送风角度，以毅保证室内的舒用适度。貌图租4-1攻轻百挂叶浩30薄°罚夹角上送上排售置换通风教室克温度场模拟结妥果结束语：唇以上简要论述仁了生态建筑中扛地道通风降温租系统、诱导式病自然通风系统倚和烟囱效应的拉运用。设计中泼力求达到节能璃、减少污染的平目的。这种通垒风方式，一方宋面改变了教室誉内的空气品质棕，满足了教室螺降温的要求；型另一方面又节驰约了夏季所需奔的制冷能源，塘创造了一个即样自然又舒适的懂学习环境。既冤利用了可再生素能源，又保护厘了生态环境，脊实现了可持续郊发展的目的。稿虽然该系统的位初投资较高（招主要高于预埋商