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写字楼自然通风设计:误区与创新

         在春风摇曳、夏风将至的时候,长久工作于写字楼的人们,也许已经熟悉了写字楼里中央空调的冷暖自知,但他们更会羡慕沐浴于大自然中的美好感觉。“有时候我真想打开窗子,狠狠地吸几口室外的空气。虽然在其中呆了很多年,但我讨厌这种沉闷的感觉。”在西直门某写字楼里上了四年班的贾先生感慨地说。对于长期工作于写字楼中的人们来说,自然通风意味着什么?如何判断一栋写字楼的通风状况?目前的建筑设计中存在哪些问题,如何解决?写字楼里埋伏的隐形杀手 
           根据北京市建筑设计研究院郑实先生的观点,建筑的通风要满足人对新鲜空气的基本要求。开启门窗时保证室内外空气顺利流通,特别是在炎热的夏季要有“穿堂风”。同时要求能排除房间内部的异味,包括利用门窗、通风井、天井及机械装置通风。 
          近年来,城市里出现了大量全封闭的、完全靠空调和人工照明来维持室内环境的建筑。它们与自然界隔绝,不但耗费矿物燃料能源(目前在美国,建筑能耗已经占到总能耗的40%),还导致了室内空气品质的劣化,使工作效率降低和出现各种如“病态建筑综合症[SBS]”“大楼并发症[BRI]”和多种化学物过敏症等等“现代病”。长期工作和生活在该种环境下的人们会出现头痛、胸闷、易疲劳、烦躁、皮肤过敏反应等。 
        在国外,如一幢建筑中有30%的人都有近似的不适感,就可判断为病态建筑。病态建筑的诱因主要为污染和空调系统两个方面。其污染源主要包括由人体呼出的二氧化碳废气和散发的体臭,人体携带的微尘、细菌、病毒,建筑装饰材料的化学污染物成分,香烟烟雾,炊事,卫生间,空气清新剂等化学制剂以及复印机等电器使用带来的污染物成分。主要是一氧化碳、二氧化碳、氨、甲醛、苯、氡及其他细菌病毒等。造成“病态建筑综合症”的根本原因就是通风不足导致室内空气品质变差。 
         尤其对于大多采用中央空调系统的写字楼来说,通风和空气质量问题更应该引起足够的关注。由于一些写字楼为了减少室外带尘空气的侵入和提高空调效能,在建筑中采取密闭式的结构,忽略了自然通风系统,使得污染物进入室内后很难排出,甚至还可能造成累积,更加重了写字楼中的重复污染。其所采用的中央空调系统一般采用相对封闭的内循环模式,回风经过简单的过滤之后在楼宇内各单元之间反复循环利用而新风补充不足,室内空气的质量很难保证。就像在一个盆里洗手,虽然手在一遍又一遍地洗,但水却没有更换或只加入部分新水。这对于人员密集的办公室来说,无疑是非常不利于健康的。
自然通风——写字楼中的一把双刃剑
          研究表明,自然风与机械风在频谱、湍流度等物理特性上有很大差别,因此,给人带来的舒适感也不同。经过漫长风道、空气处理装置、风口进入室内的新风,其新鲜度也不如从窗户直接进入的自然风。 
           按一般的科学划分,室内空气质量要求可分为四个层次。首先,是满足人们的生存的基本层次,然后是达到空气无毒、含氧量等的健康层次,第三是舒适层次,在健康的基础上考虑温度和湿度适宜,第四是效率层次,在前三者基础上,提供最适于工作环境、提高工作效率的空气质量。 
          通风是改善室内空气环境的最重要手段。它是把室内污浊的空气排至室外,补充新鲜空气,从而保持室内空气环境符合卫生标准需要的过程。 
          通风方式可分为自然和机械两种方式。自然通风就是依靠室内外空气所产生的热压和风压作用促使空气流动而进行的通风。风压作用下的自然通风,是利用室外空气流动(风力)的一种作用压力造成的室内外空气交换。在它的作用下,室外空气通过建筑物迎风面上的门、窗口进入室内,室内空气则通过背风面上的门、窗口排出。热压作用下的自然通风,是利用室内外空气温度的不同而造成室内外空气交换。当室内空气的温度高于室外时,室外空气的容重较大,便从房屋下部的门、窗、孔口进入室内,室内空气则从上部窗口排出。 
         自然通风不消耗电能,建筑造价经济,使用管理也比较简单,是应优先采用的通风方式。 
         尽管自然通风有种种优点,但也存在先天的局限,从而使得空调通风也具有存在的理由。 
        比如在炎热夏季,当太阳辐射、围护结构传入热量和室内人员、灯光、设备的发热量很大时,完全依靠室外空气来降温就非常困难,通风就起不到调节室温的作用,还需空调系统解决。而夏季如果将高湿度空气引入室内,也会造成不舒适感或反而加大空调负荷。记者在采访过程中发现,天恒大厦所采用的分层分户商务办公中央空调系统就能很好地解决上述问题,具有健康、节能、舒适、高效的特点,技术含量十分先进。 
        另外,从建筑特点来看,现代大型建筑,进深很大,个别房间无外窗,造成组织自然通风困难。而且超高层建筑在高处开窗会有一定限制,不合理的过大开窗会造成紊流和强烈气旋。 
       再者,由于以煤为主的能源结构、汽车尾气未得到彻底治理、建筑工地以及部分地区频繁出现的沙尘暴等污染原因,室外空气质量等级有时达不到要求。因此自然通风还要充分考虑到空气、尘土的过滤问题。在没有人员活动的房间如设备间、书库等,就不必特别强调开窗通风。有些房间有洁净或恒温恒湿要求的如实验室等,开窗通风会使室内空气洁净度下降、空气参数不符合要求,可能造成仪器设备、善本书籍、文物等损坏。对此,贾先生深有体会:“自然风吹在脸上的感觉的确爽!可是我们的楼太高了,24层,有窗也没法开。这两天风稍微大点,我坐在窗边,就听见屋外呼呼的风响,像小时候听墨水瓶子的感觉。”
自然通风——“舒适建筑”时代的认识误区 
       遗憾的是,自从人类建筑进入“舒适建筑”阶段之后,自然通风却似乎成了低档建筑的代名词。特别是在高层写字楼建筑中,房间的密闭性、窗的不可开启或极少开启成为通行做法。过分依赖人工空调的作用从而产生了种种认识误区:
一是以为使用空调是建筑标准高档的象征。所以经常可见喜欢反季节穿衣人士,冬天衬衣、长裙,夏天西服领带,以示工作、居住、出行均在空调房间的“白领”感觉。
二是以为密闭房间的洁净度高。实际上无灰尘并不意味无病菌,再好的空调也不如自然的新风。
三是由于使用空调而觉得不必设或极少设开启窗。实际上,集中空调新风量往往不足,而分体空调只是进行调温而没有新风输入。 
四是认为高技派建筑与自然观建筑观点对立。其实前者的一个重要特征便是生态化趋向,设计充分重视对阳光、空气、水及自然风的组织利用。保持建设区和建筑对大自然的亲和性,体现人与自然和谐、融洽的生态原则。 
        而这些认识的误区最终产生的结果就是不少高档写字楼都存在办公室因安装封闭式窗户而不能自然通风的状况。在北京部分高档写字楼内,很多办公室的窗户已经失去了传统的开窗换气功能。建筑设计常常重立面形式而忽略功能需要。如立面实体无窗或只开小窗,设置全封闭的固定窗,通风全靠中央空调;幕墙未设计足够的开启扇;虽有窗但未考虑自然对流(“穿堂风”);未考虑开启窗高低位置对进排风效率的影响;因厨、厕有外窗而不设通风道,未考虑冬季或空调运行导致窗不便开启等。 
       据一位在中关村上班的刘先生介绍,单位在4层,办公室西北朝向,采用的大落地玻璃,中间休息的时候,他喜欢站在窗前看楼前出入的各色人等和远方大片绿地,视野很好,他可以从中找到不少灵感。比较遗憾的就是窗户不能开启,自己在家办公时享受自然风吹拂的舒适感觉便从此消失了。 
       另外,在塔楼设计中片面追求使用面积效率导致房间进深过大(如办公间达15米以上),或为提高容积率,过分压低建筑层高等对自然通风都会造成一定的影响。还有部分建筑在建造中或使用时通过设计或自行变更使用功能,如商场改为办公等,经过分隔造成无自然通风。 
       而比较尴尬的现实是,除《民用建筑设计通则》中有很不完全的简单规定外,许多专项的建筑设计规范中只有窗采光面积大小的指标而没有各类房间可开启窗通风面积的指标。现实中开启窗的比例经常达不到要求,除了设计的因素外,另一重要原因是,由于外窗安装前须由生产厂商绘制加工图,而厂商在报价限制的前提下,为了降低成本,大量削减开启窗比例;建筑师在审核图纸时由于没有收取费用,常未尽责任、敷衍了事。
写字楼自然通风设计新思维 
       落实在设计上,郑实认为应提倡建立这样的观点:在有人工空调和通风的建筑里,在条件允许的情况下,要充分考虑自然通风的可能。 
        建筑利用自然通风的程度,要视地区、季节、建筑位置、建筑特点、主导风向、周围环境等因素限制而具体确定。当受开窗条件限制自然通风达不到要求时,要保证建筑物内的空气环境质量,就必须应用空调通风系统,即采用机械通风或自然与机械的联合通风。在开启空调系统时也要打开门窗使空气对流,但从节能意义上是不合理的,不能作为长期的技术法规和标准。只有气候条件较好的季节(春、秋过渡季)的时候才应以自然通风为主。 
        对于大堂、大型展厅等高大空间因采用点式玻璃幕墙或其他技术原因而难以开启的部位或者超高层建筑的超高层以上的部位等不宜或难以满足开启窗面积要求的建筑或部位,开启窗面积可酌量减少直至取消,但应会同专业的设计人员设置必要的机械通风,满足新风量要求。 
        对于采用直接自然通风者,生活、休息、工作等各类用房及浴室、厕所等的通风开口面积不应小于该房间地板面积的1/20;中小学校教室外墙设小气窗时,其面积不应小于房间面积的1/60,走道开小气窗时,其面积不应小于房间面积的1/30;自然通风道的位置应设于窗户或进风口相对的一面。单朝向住宅应采取户门上方通风窗、下方通风百叶或机械通风装置等有效措施。
        卫生间除自身使用功能外,一般还担负着全楼层空调排风的功能。这是建筑师易忽视的地方。因此要求设百叶门或门下留缝(住宅规范在这方面有规定,但公建没有)。考虑到在寒冷地区冬季因开窗困难或夏季使用空调制冷时的节能要求,无机械排风的卫生间虽有外窗也应设通气道,否则会造成空气不流通;并注意防串味和挡风防倒灌的措施。根据建筑标准不同,可加机械排风。 
        写字楼的中庭须解决好进排风路线(如底层架空或设进气口,顶层有出风口),作为共享空间,引入室外新鲜空气、阳光和绿色植物,利用烟囱效应引入自然通风对空气流通是有益的。 
       在实际的操作中,一些新技术与新产品如电动开启百叶窗、呼吸玻璃幕墙等也会起到良好的作用。
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