高層辦公建築自然通風策略技術探究？
現代城市和建築的發展，使得自然通風的利用比傳統建築更加復雜，這種復雜性壹方面表現在建築功能更加復雜、形式更加多樣，另壹方面表現在人們對室內熱環境的要求更高。同時，不同的氣候條件與建築形式能否利用自然風需要更多的理論研究和技術支持。在設計中體現人性化設計的理念已深入人心，更要求設計師努力研究每壹項能使建築物和使用者受益的新材料和新工藝，並整合後落實到設計實踐中。本文將結合壹個工程實例重點探討“高層辦公建築自然通風引入技術”的可行性方案，致力推動自然通風技術的應用，推動建築的可持續發展。
2關於自然通風
自然通風（NaturalVentnation）是壹種比較經濟的通風方式。它不消耗動力，也可獲得較大的通風換氣量，簡單易行，節約能源，有利於環境保護，被廣泛應用於工業和民用建築中。國內外對自然通風的概念或描述不盡相同，但總體來說，所謂自然通風，其***同的特點是：依靠室外風力造成的風壓和室內外空氣溫度差造成的熱壓使空氣流動，以達到提供給室內新鮮空氣，稀釋室內氣味和汙染物，除去余熱和佘濕的目的。
以上海壹棟辦公建築標準層的自然通風進行模擬，對過渡季節典型周內開窗與不開窗條件下的室內溫度進行比較，過渡季節開窗自然通風可以較好地滿足室內溫度及換氣次數需求，並降低空調運行時間2001h/a和能耗30.61kWh/（a·m2）。
辦公建築多為高層建築，由於室外空氣質量、溫度、濕度、風環境和聲環境並不能總是滿足自然通風的需求，因而辦公建築自然通風的策略主要包括：自然通風與機械通風混合使用策略、間歇性自然通風策略、利用自然通風策略等。
自然通風與機械通風混合使用策略主要是指在條件允許的情況下盡量采用自然通風，機械通風只是在需要的時候作為輔助的手段。在高層建築中，隨著豎向高度的變化，樓層的內外部氣壓差是不同的，因此在實際操作中通常會考慮混合通風模式。根據建築內各部分的實際條件和不同需求采用不同的通風方式，或自然通風與機械通風同時使用，或白天使用機械通風夜晚使用自然通風。
間歇性自然通風是指在室外條件適宜的時候打開窗戶或通風口利用自然通風，不適宜的時候關閉窗戶或通風口。溫度適宜的春秋兩季是最適合利用自然通風的時節。而在夏季，根據對人體熱舒適感研究可知，當環境溫度超過34℃時，即使有風吹過，大部分人仍會感到炎熱，因此當室外氣溫高於34℃時，就不適宜開窗通風。在多數情況下，辦公室並不需要24小時通風，只要保證充足的換氣率即可，在噪音較大時亦可采用這種間歇性自然通風策略，充分利用夜間自然通風降溫（Nishtcooling）也是獲得舒適和節能效果的有效手段。只要利用自然通風得當，辦公室全年使用空調的時間可以壓縮至20%，這將很大程度的減少空調能耗。
利用自然通風策略是指根據辦公建築自身的建築特征，通過合理的建築設計，充分利用自然通風。目前的大多數建築設計中，自然通風應用存在較多問題，辦公建築室內空氣品質不理想，大多數辦公人員長時間工作在封閉空調的辦公環境中會感覺到氣流小頭暈悶氣。即使在過渡季節（即不開啟空調的季節），許多辦公人員仍然還會感覺悶氣。這種辦公室內的環境感受與辦公建築外殼設計模式（即采用全玻璃幕墻或玻璃面積比例過大的幕墻）、能量利用模式（即采用全封閉的通風和空調系統）、空間設計模式（即采用“層積式”的設計模式）等有關。經過分析，以上現狀與問題的產生原因來源於室外空氣質量與噪聲使自然通風使用受到限制、辦公建築空調系統運行模式的影響、自然通風技術的采用受到限制、室外風速限制自然通風的運用、立面開窗的安全隱患、辦公建築的熱量與建築體型對自然通風的限制以及大部分辦公建築在設計上就考慮自然通風設計等。
高層建築的自然通風形式
在實際工程應用中，常使用的高層建築自然通風形式有幕墻開窗及雙層通風幕墻。幕墻窗的開啟方式常見的有固定窗、推拉窗、平開窗、外開上懸窗、平行外推窗等。雙層通風幕墻按空氣循環方式分為內循環、外循環（整體式、廊道式、通道式、箱體式）、開放式雙層幕墻。
在雙層幕墻結構中，內層幕墻與外層幕墻之間形成壹個相對封閉的空間，空氣通過下部的進風口進入此空間，又從上部排風口離開此空間，這個空間稱為熱通道，熱通道內的空氣壹直處於流動狀態，並與內層幕墻的外表面不斷地進行熱量交換，因此雙層幕墻又稱為熱通道幕墻。它改變了傳統幕墻的結構形式，在節能方面，比傳統幕墻節能達50%，保溫性能達國際Ⅱ級；采用無鍍膜玻璃，實現自然光照明，節省電力；具有冬季保溫和夏季隔熱的雙重功能，有效地減少空調的使用，達到節能效果。雙層幕墻的防塵通風功能使其在惡劣天氣（特別是沙塵暴發生地區）也不影響開窗換氣，提高了室內空氣質量，同時雙層幕墻結構使得超高層建築幕墻擁有自然通風的可能，從而最大限度地滿足了使用者對於自然通風在生理與心理上的需求。
中鋼天津響螺灣項目自然通風設計研究
項目概況
中鋼天津響螺灣項目位於響螺灣商務區壹號地，北側與東側被海河環繞，西側毗鄰商務區主幹道，東側通過景觀橋橫跨海河與對岸相連接（圖1）。本項目的設計概念是將建築形態、結構受力以及文化符號統壹為“蜂巢”狀的六邊形原型。整個建築的外立面由五種不同尺寸的六邊形窗構成，這也是對中國古典建築中經典“六棱窗”的壹種全新發展與創新（圖2、3、4、5）。整個項目由兩棟塔樓及裙房組成，壹號塔樓為五星級酒店，總高102m；二號塔樓為辦公酒店綜合體，總高358m；裙房為酒店大堂及配套商業、餐飲等設施。
自然通風策略的技術探究
對於機電設計專項的研究
在本項目機電設計中，力求創建智能化辦公，搭建先進的通訊與計算機網絡技術信息高速公路，其中包括結構化綜合布線與光纖電纜傳輸、綜合業務數字網、萬兆以太網、數字程控交換機通訊等。對於空調系統設計，酒店空調全年同時供冷供熱，辦公樓采用變風量空調（AVA）系統。在保證室內優良的空氣品質的同時，實現運行節能，為辦公樓的租戶提供便利的24小時供冷系統。空調系統的新風設置熱回收裝置，回收排風中的冷、熱氣，並將鍋爐煙氣進行余熱回收用於預熱生活熱水。采用高能效比的制冷機組，配備機房群檢及BMS系統，所有設備將根據總冷負荷變化進行優化的運行控制。全樓的空調、通風系統采用直接數字控制（DDC）系統進行自控，實現運行管理的數字化和計算機操作。
從以上機電設計概況可以看出此項目設計機電空調系統屬於全空氣系統，新風由室外經新風機組處理後送入室內，通常該新風機組是以滿足室內衛生要求而不是負擔室內負荷未使用的。送風溫度、相對濕度、二氧化碳（C02）濃度等都受控於新風機組。變風量空調（AVA）系統在風機上安裝變頻器，通過室內的感應探頭對溫度進行分析，通過中央控制器改變變頻器的頻率，從而達到改變風機的轉速來控制室內溫度。較定風量空調系統在節能與室內空氣舒適度上已有提高，但仍然存在著中央空調系統的多項弊端。
立面開窗的可能性
本項目位於天津響螺灣，海河環繞，空氣質量好，地段周邊環境優美，從室外空氣質量與噪聲的角度具備立面開窗的可能性。從機電節能設計的角度分析，項目采用變風量空調（AVA）系統，新風量增加會改變系統負荷，通過控制器的調控可以達到環保節能的效果。
通過現地數據采集研究室外風速對自然通風的影響，《天津中鋼國際廣場風洞測壓試驗報告》（以下簡稱《報告》）給出的極值壓力已經考慮了封閉結構的內壓值，因此給出的結果可直接作為風荷載標準值用於圍護結構設計。從統計結果可知塔樓立面風壓值與規範值基本相當；T2塔樓邊角的負壓很高（圖8）。因此在T2的轉角位置應避開幕墻窗開啟，其余部位外墻風壓標準值從《報告》中可以查到除去轉角後最大風壓標準值（100m以上部位）多在-4-2.5之間，參考《建築外門窗氣密＼水密＼抗風壓性能分級和檢測方法》，選擇抗風壓性能等級6級，立面開窗可滿足要求。
高層開窗安全性研究
通過提高窗下口據室內地面的高度，采用高窗的設計以滿足內部人員的安全要求，同時也可解決臨近窗口的工位受自然通風影響過大的問題。開啟窗扇在滿足各項結構指標的前提下，增加安全技術的應用，例如智能電動開窗器，可與空調系統、消防系統聯動，加強高層建築立面外開窗的安全可靠性。
立面設計和幕墻體系與立面開窗的研究
立面外形設計為中國古典建築中經典“六棱窗”，在設計中留有300寬外窗臺（圖9），當采用上懸外開窗時，開啟後不會突出外鋁板幕墻，避免破壞“六棱窗”的整體造型（圖10）。本項目立面采用單元式幕墻，減少高空室外作業和現場施工，工廠加工質量更有保證，同時為開窗提供了很好的條件。（圖11、12）
結語
針對本項目，綜合初設時的設計條件，以及對本項目地理位置、自然條件、平面功能、立面特性、幕墻構造等的分析，在施工圖階段向業主提出了改進的室內通風策略措施，即通過開窗，利用自然通風與機械通風的混合模式，提高辦公室內舒適度，減少空調能耗。
現在北京辦公樓通常的出租率約65%左右，個別辦公樓因設計造型美觀、空間合理、環境舒適，辦公出租率得以提高。設計和建造更舒適節能的辦公建築是每個參與人的社會責任。技能環保的設計理念會不斷推動材料與技術的革新，同時新材料與技術轉向推動建築走向更加節能和健康。
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