淺析建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)在幼兒建筑中的應(yīng)用

(沈陽建筑大學(xué) 遼寧 沈陽 110168)

空調(diào)技術(shù)的發(fā)明,使建筑空間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的微氣候。即使在夏天或冬天一個(gè)封閉的空間，也能保持相對(duì)舒適的室內(nèi)溫度和濕度。但是對(duì)于空調(diào)這種機(jī)械調(diào)溫通風(fēng)的方式的依賴，往往對(duì)人的身體會(huì)造成持久的損傷。幼兒的抵抗力較低下，幼兒類建筑長時(shí)間維持空調(diào)低溫或者高溫，使得幼兒容易罹患空調(diào)病，出現(xiàn)過敏性鼻炎，結(jié)膜炎等病癥。機(jī)械通風(fēng)在面對(duì)這種特殊人群的情況下，就沒有自然通風(fēng)的顯著優(yōu)勢。以兒童的健康成長為首要任務(wù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，從幼兒建筑做起，在幼兒教育中普及建筑節(jié)能空間的概念以及使用感受。以幼兒建筑公共空間為例，結(jié)合建筑的中庭空間設(shè)計(jì)以及建筑節(jié)能中的風(fēng)筒排風(fēng)，降低建筑能耗同時(shí)保證幼兒健康。

一、幼兒建筑風(fēng)能環(huán)境的因地和制宜

綠色建筑評(píng)價(jià)應(yīng)遵循因地制宜的原則，結(jié)合建筑所在地域的氣候、環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)及文化等特點(diǎn)。①幼兒這一特殊的群體，其長時(shí)間集中逗留的場所，應(yīng)在保證室內(nèi)環(huán)境功能人性化設(shè)計(jì)的同時(shí)注意某些特定的建筑舒適度是否達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)，如室內(nèi)公共空間的溫度是否適合玩耍，室內(nèi)游戲場地是否具有足夠的日照通風(fēng)來營造最舒適的貼近自然的活動(dòng)條件。幼兒的感官體驗(yàn)，心理素質(zhì)，通常更容易被周圍的環(huán)境因素所影響，所以為幼兒提供最優(yōu)的舒適環(huán)境是全社會(huì)的責(zé)任。目前國內(nèi)為了達(dá)到優(yōu)質(zhì)的幼兒建筑室內(nèi)環(huán)境，發(fā)達(dá)地區(qū)通常是通過建筑建成后期機(jī)械輔助，如空調(diào)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，來保證維持室內(nèi)的保育環(huán)境，而欠發(fā)達(dá)以及落后地區(qū)則往往達(dá)不到優(yōu)質(zhì)或者良好的幼兒建筑環(huán)境。

2016年我國修訂了《托兒所、幼兒園建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，將建筑節(jié)能這一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加進(jìn)新規(guī)范里。規(guī)范從基地選擇、平面功能設(shè)置、室內(nèi)環(huán)境、供暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)四個(gè)部分進(jìn)行節(jié)能要求的修改。②一，為幼兒建筑的選址，應(yīng)在日照充足、干燥、環(huán)境優(yōu)美等條件的基礎(chǔ)之上，除了區(qū)位優(yōu)勢，更應(yīng)該考慮自然環(huán)境條件良好的地理位置，來實(shí)現(xiàn)利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件，為室內(nèi)建筑調(diào)節(jié)舒適溫度的同時(shí)可以節(jié)約能耗。二，在平面功能布置上，室外活動(dòng)場地滿足日照，但是我國的現(xiàn)階段空氣質(zhì)量問題嚴(yán)峻，更應(yīng)考慮特殊天氣情況時(shí)，室內(nèi)活動(dòng)場地的日照條件以及采光情況。三、室內(nèi)環(huán)境從采光及空氣質(zhì)量兩方面進(jìn)行規(guī)定，各類房間采光系數(shù)最低值和窗地面積比以及通風(fēng)口面積與室內(nèi)建筑面積比。四、供暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)方面，公共廚房、公共淋浴室、無外窗衛(wèi)生間等，宜設(shè)置有防回流構(gòu)造的排氣通風(fēng)豎井，并安裝機(jī)械排風(fēng)裝置，對(duì)于溫度較高地區(qū)室內(nèi)空調(diào)以及風(fēng)扇的設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定。

幼兒建筑如何在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季室內(nèi)保熱以及在夏季炎熱的地區(qū)室內(nèi)保冷，對(duì)于面積較小或者功能較為簡單的房間，溫度調(diào)節(jié)簡單易控，對(duì)于幼兒園兒童醫(yī)院幼兒商場兒童樂園等幼兒建筑，其中大空間的活動(dòng)空間的溫度調(diào)節(jié)，是較難解決的問題。單獨(dú)加厚這部分的建筑墻體，加保溫層等等，這些屬于施工做法，關(guān)于設(shè)計(jì)做法，則是通過建筑空間的形狀，空間擺放的位置，空間的室內(nèi)景觀設(shè)置，來達(dá)到空間良好的通風(fēng)降溫，減少熱交換來存蓄熱量保溫。

幼兒的活動(dòng)量大，其舒適空間也對(duì)溫度通風(fēng)等要求高。北方地區(qū)幼兒建筑通常布置為集中式，而室內(nèi)的大活動(dòng)空間宜設(shè)置在建筑平面的中心，應(yīng)有方向性地開窗來引導(dǎo)夏季季風(fēng)降溫，同時(shí)避免冬季季風(fēng)正壓該大空間的開窗面，宜設(shè)置天窗，中庭的天窗在保證日超面積和采光量滿足要求的情況下，盡可能地對(duì)能源進(jìn)行回收利用。南方地區(qū)幼兒園通常布置為分散開敞式，其活動(dòng)空間宜設(shè)置在當(dāng)?shù)叵募炯撅L(fēng)的迎風(fēng)處，做到引風(fēng)入室，滿足該地區(qū)開窗通風(fēng)降溫的需求。

二、幼兒建筑室內(nèi)的通風(fēng)設(shè)計(jì)

幼兒建筑的自然通風(fēng)與幼兒健康有很大關(guān)系。現(xiàn)代幼兒建筑設(shè)計(jì)往往過于依賴機(jī)械通風(fēng)而忽略自然通風(fēng)，所以造成很多建筑空間自然通風(fēng)條件差，能耗較高。良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)，可以使建筑舒適達(dá)到一勞永逸的效果。自然通風(fēng)具有以下幾點(diǎn)功能：一，有助于人體散熱。二，室內(nèi)污濁空氣與新鮮空氣交換。三，當(dāng)室內(nèi)氣溫高于室外的氣溫時(shí)，使建筑構(gòu)件降溫。這三種功能保證建筑使用時(shí)不再主要依賴機(jī)械通風(fēng)就能獲得熱舒適。自然通風(fēng)的形成原理主要有采用風(fēng)壓、熱壓、風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合、機(jī)械輔助通風(fēng)等幾種形式。

建筑內(nèi)部空氣的流通就是通過建筑的迎風(fēng)面與背風(fēng)面之間的壓力差來實(shí)現(xiàn)。風(fēng)壓通風(fēng)原理的過程產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，這是動(dòng)態(tài)的壓力改變?yōu)殪o態(tài)壓力。在建筑物的上風(fēng)處形成了積極的壓力側(cè)，大約是風(fēng)速的0.5到0.8倍動(dòng)態(tài)壓力，負(fù)壓力形成于建筑的側(cè)面和背面，大約是0.3到0.4倍，就像風(fēng)速的動(dòng)態(tài)壓力一樣。[5]壓差使得氣流進(jìn)入建筑內(nèi)部，大小取決于風(fēng)向投射角、建筑幾何形狀、建筑物四周的自然地形。當(dāng)建筑的正立面有風(fēng)垂直吹過時(shí),在屋脊、屋角處負(fù)壓最大，而迎風(fēng)面中心處正壓最大。

根據(jù)伯努利流體原理，流動(dòng)空氣的壓力隨其速度的增加而減小,從而形成低壓區(qū)。可以在建筑中局部留出橫向的通風(fēng)通道,當(dāng)風(fēng)從通道吹過時(shí),會(huì)在通道中形成負(fù)壓區(qū),從而帶動(dòng)周圍空氣的流動(dòng),這就是管式建筑的通風(fēng)原理。通風(fēng)的管式通道要在一定方向上封閉,而在其他方向開敞,從而形成明確的通風(fēng)方向。此種方式可在大進(jìn)深的建筑空間中達(dá)到較好通風(fēng)效果(例如天井和中庭)。另外適宜中庭使用的熱壓通風(fēng)，也就是“煙囪效應(yīng)”，利用熱交換對(duì)流的原理,在建筑物上部設(shè)排風(fēng)口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出,從建筑底部吸入室外新鮮的冷空氣，達(dá)到自然通風(fēng)的目的。熱壓作用與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān),室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大,則熱壓作用越明顯。此種設(shè)計(jì)可應(yīng)用于幼兒建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)。

幼兒建筑的建筑室內(nèi)功能較為多樣化，而走道式布置平面可以讓每個(gè)房間都能做到與回廊形成南北通透從而達(dá)到通風(fēng)目的，同時(shí)回廊貫穿建筑的功能區(qū)的每個(gè)房間，使得功能房間與公共交通空間的空氣流動(dòng)形成良好的互動(dòng)，增大空氣流動(dòng)的面積從而達(dá)到更好的通風(fēng)效果。所以根據(jù)風(fēng)洞正負(fù)壓排風(fēng)原理，將大活動(dòng)空間如活動(dòng)室或者中庭結(jié)合通風(fēng)設(shè)計(jì)，在南方的幼兒建筑中，將通風(fēng)單元布置在積極迎風(fēng)向，建筑多以單元形式存在，全部活動(dòng)空間宜呈十字交叉布置來引導(dǎo)季風(fēng)通過，且進(jìn)風(fēng)口面積要比出風(fēng)口低百分之十左右，以形成通風(fēng)兩端由小到大的梯形風(fēng)筒形狀。且分散式的建筑形式結(jié)合以活動(dòng)室為重心來進(jìn)行熱能排放，使整個(gè)建筑在夏季溫度得以階梯式調(diào)節(jié)，避免室內(nèi)外溫差過大造成的能耗損失。在北方則將活動(dòng)空間包圍在功能房間的中央，形成游戲中庭，通過豎向的天窗形成天井式的風(fēng)洞，即上文提到的“煙囪”熱壓通風(fēng)，利用活動(dòng)空間的層高較高的優(yōu)勢，夏季結(jié)合避冬季季風(fēng)向的小懸窗進(jìn)行整體的建筑換新風(fēng)通風(fēng)。貫流通風(fēng)、單側(cè)通風(fēng)以及熱壓驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)方式,夏季優(yōu)先選擇側(cè)懸式窗戶，冬季優(yōu)先選擇底懸式窗戶。保證冬季室內(nèi)活動(dòng)的大空間溫度無需空調(diào)或暖氣來支撐全部的供暖壓力，做到樓中樓的設(shè)計(jì)格局，增加保溫帶?？傮w來說，壓力通風(fēng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于幼兒建筑設(shè)計(jì)，南方夏季主要以橫向通風(fēng)為主輔以豎向通風(fēng)，而北方則是冬季以豎向通風(fēng)為主輔以橫向通風(fēng)，夏季橫豎向結(jié)合通風(fēng)。

【注釋】

①綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則,2015年7月1.0.3

②托兒所、幼兒園建筑設(shè)計(jì)規(guī)范,JGJ39-2016