地下建筑自然采光通風(fēng)設(shè)計初探

【關(guān)鍵詞】地下建筑；自然采光；通風(fēng)；建筑設(shè)計

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化速度加快，建筑用地日益緊張，已成為制約城市進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。在這種情況下人們的眼光逐漸由地上轉(zhuǎn)向地下，以尋求一個更加廣闊的發(fā)展空問。

　　建筑是人類文明的固化載體。不斷升級的人類欲望與不可再生的土地資源直接對撞，使得地下建筑得以開發(fā)，同時，地下建筑也架構(gòu)起人類地上地下新的立體生存空問。既節(jié)約了耕地，又能滿足人類生活的多樣性、豐富性，且符合綠色低碳的理念。迄今為止，這還是一個尚未被充分認(rèn)識與開發(fā)的廣闊領(lǐng)域。地下建筑是指建造在巖層或土層中的建筑。它是現(xiàn)代城市高速發(fā)展的產(chǎn)物，起到緩解城市居所緊張的作用，地下建筑還為人類開拓出新的生活方式。在積極探討人類面臨或即將面臨的困難時，更應(yīng)對人與自然的和諧共處、建筑的本質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)肅思考。從這一意義來講，地下建筑設(shè)計理念的探討是非常有價值、有必要的。

　　地下建筑與地上建筑的環(huán)境因素比較。任何建筑物體都置身于具體的自然環(huán)境之中，因地域不同、季節(jié)不同呈現(xiàn)出不同的環(huán)境特色。在一般情形下，地下建筑與地上建筑分別表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。

　　地下建筑與地上建筑的環(huán)境因素比較

　　環(huán)境因素

　　建筑類別 地上建筑 地下建筑

　　自然采光 較好 差

　　隔音 差 好

　　保溫隔熱 受地域、季節(jié)影響大，溫差大 效果好

　　自然通風(fēng) 較好 較差

　　給排水 需配給排水設(shè)備 需配給排水設(shè)備

　　通過比較可以看出，地下建筑除采光、通風(fēng)有些局限外，其他項目內(nèi)容甚至優(yōu)于地上建筑。所以，采光、通風(fēng)設(shè)計的優(yōu)劣，是評價一個地下建筑設(shè)計成功與否的重要因素之一。

　　建筑的采光一般分為自然采光與人工照明兩種。在地下建筑中，通常采用人工照明的手法，雖然解決了照明問題，不過費(fèi)用較高，還難以達(dá)到自然光帶給人的良好感受。如果能通過建筑設(shè)計和采光技術(shù)手段，將自然光引入地下建筑，不但可以節(jié)約一大筆人工照明費(fèi)，而且還能創(chuàng)造出舒適的自然環(huán)境，如同置身于地上建筑中。常見的地下建筑自然采光方式，主要分為直接式采光與間接式采光兩大類。直接式采光是指將自然光直接引入地下的設(shè)計方法，主要應(yīng)用于淺層的地下建筑中。直接式采光通常是在建筑大廳或中庭的頂棚處，設(shè)置與地面直接連通的天窗。直接式采光所營造的空間氛圍在地下建筑中也是最接近自然的。對于層數(shù)少、平面體量相對較大的地下建筑，需要一個開敞空間來改善地下建筑方位感。著名的法國盧浮宮的玻璃金字塔，設(shè)計師貝聿銘大膽構(gòu)思，采用古老的金字塔形式，將透明玻璃金字塔和周圍三個小玻璃金字塔作為地下建筑的采光天窗。即使在1 h內(nèi)有15 000名參觀者進(jìn)入自然采光的大廳與回廊中，仍然可以盡情地享受地下宮殿的迷人藝術(shù)，毫無不適之感。該設(shè)計近乎完美地運(yùn)用了自然光，創(chuàng)造性地解決了地下建筑的自然采光難題。

　　間接式采光是利用一些輔助設(shè)備將自然光輸送到地下建筑中，常在深一些的地下建筑中采用。常用的方法有鏡面反射、光導(dǎo)纖維等幾種方式。鏡面反射采光是利用平面鏡、曲面鏡和透鏡等，將自然光通過一次或多次反射到地下建筑中，從而解決了地下建筑采光的問題。如美國明尼蘇達(dá)州立大學(xué)的土木采礦工程大樓，這棟建筑95％的部分處于地面以下，為了能將陽光引入其中，設(shè)計師采用潛望鏡的原理，將自然光傳送到地下33．5 m處。光導(dǎo)纖維采光是利用光纖維傳到地下建筑的一種采光方式。它充分利用光的全反射原理，光線幾乎全部在纖芯里傳播，基本上沒有任何損耗。清華大學(xué)的超低耗樓就使用了一種被稱為“向Et葵”的光纖維采光技術(shù)，在對地下室進(jìn)行采光時，取得了很好的效果。光導(dǎo)纖維雖然價格較高，但由于其采光效率高，占用空間小，且能靈活彎曲，因此，在一些光環(huán)境要求較高的地下建筑中被廣泛采用。

　　在封閉性強(qiáng)、空氣質(zhì)量差的建筑物中，人們會出現(xiàn)不適的癥狀。為了改善地下建筑室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量，目前大多采用機(jī)械通風(fēng)的方式，稀釋空氣污染物，以保持室內(nèi)空氣潔凈。不過，這導(dǎo)致地下建筑在通風(fēng)時，必須耗費(fèi)大量的能量。如1座兩層6500多m的人防工程，其中地下1層經(jīng)常使用，其通風(fēng)除濕機(jī)械的功率約為150 kW，僅此一項，1個月就消耗電費(fèi)上萬元。過高的使用成本限制了人們對地下建筑的利用。在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，地下建筑如何通過自然通風(fēng)的方式來節(jié)能，也是一個亟需研究、解決的問題。自然通風(fēng)是指在風(fēng)壓和熱壓作用下的空氣運(yùn)動，根據(jù)自然通風(fēng)的形成原理，設(shè)計時需要考慮設(shè)置直通到頂?shù)闹型�、天井、煙囪及進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)口，來促進(jìn)并控制建筑物內(nèi)部的自然通風(fēng)。對于大進(jìn)深的地下建筑，為其設(shè)計自然通風(fēng)時，從建筑的一端到另一端傳統(tǒng)的穿堂風(fēng)設(shè)計，往往無法實現(xiàn)自然通風(fēng)的效果。例如，英國考文垂大學(xué)的圖書館就分別設(shè)計了4個通風(fēng)天井進(jìn)行送風(fēng)，廢氣則通過中庭和分設(shè)在建筑四周的排氣煙囪排出，這是一個靠熱力驅(qū)動的置換式的通風(fēng)設(shè)計。設(shè)計中，通過減少進(jìn)氣口與出氣口之間的距離，加之良好的通風(fēng)細(xì)節(jié)設(shè)計，從而實現(xiàn)了無需機(jī)械通風(fēng)的可持續(xù)性自然通風(fēng)。

　　地下建筑具有良好的熱穩(wěn)定性，與地面形成一定的溫度差，即夏季比外界溫度低，冬季比室外溫度高，它們之間的溫度差能夠促使地下建筑的熱空氣上升，冷空氣下沉，形成自然通風(fēng)。掌握自然通風(fēng)的規(guī)律，可以有效地控制自然通風(fēng)，以達(dá)到自然通風(fēng)與節(jié)能的目的。對不允許興建高聳通風(fēng)煙囪的建筑，為了達(dá)到通風(fēng)的效果，可利用機(jī)械設(shè)備輔助實現(xiàn)自然通風(fēng)，如美國芝加哥圖書館就采用了這兩種通風(fēng)形式相結(jié)合的方式。實踐證明，地下建筑采用可調(diào)控的混合式機(jī)械裝置與自然通風(fēng)相結(jié)合的系統(tǒng)，節(jié)能效果非常好。

　　拓展生存空間，回歸生態(tài)建筑，使人類更加貼近自然。當(dāng)改善環(huán)境、保護(hù)環(huán)境成為全球共同的聲音，可持續(xù)發(fā)展成為所有領(lǐng)域的主旋律時，作為建筑業(yè)界人士，對占世界總耗能三分之一的建筑產(chǎn)業(yè)，更應(yīng)積極探討節(jié)能、綠色、低碳、可持續(xù)性的建筑設(shè)計方法。

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