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在现代建筑中使用自然通风是个好的策略吗?

建筑2030 建筑2030
2024-09-07

越来越多的商业办公建筑完全依赖机械通风和空气调节,可以开窗自然通风的建筑越来越少。因此用户必须依赖设备来获得清洁、新鲜和温度适宜的空气。这里出现了一个问题,建筑的机械通风真的比自然通风好吗?

 

英国Oxford Brookes大学建筑学院低碳建筑小组Rajat Gupta和Alastair Howard发表了一篇论文Comparative evaluation of the link between measured and perceivedindoor environmental conditions in naturally and mechanically ventilated officeenvironments,比较了在自然通风和机械通风的办公环境中,测量的室内环境参数与用户舒适度的联系。

 

研究对象

论文比较的两栋建筑位于英国的东南部。一栋位于伦敦的9层办公楼,实验选取了第7层作为研究对象,建筑主要采用自然通风,在冬季和夏季使用风机盘管调节空气的温度。另一栋是位于英国南部的现代办公楼,研究了建筑的第二层和第三层建筑完全采用机械通风和空调系统,窗户是不能打开的。

 

项目跟踪了这两个项目的19个月的室内外空气状况,包括温度、相对湿度、二氧化碳浓度等,并且也持续调查了用户对于室内环境的满意度。

 

室内环境数据与用户满意度

机械通风的建筑对于室内温度的控制更稳定,全年的温度主要控制在23-24摄氏度间,自然通风建筑的室内温度相对不稳定,在全年的一些时段达到25-26摄氏度。


两栋建筑的温度与二氧化碳浓度监测数据

来源: Comparative evaluation of the link between measured and perceivedindoor environmental conditions in naturally and mechanically ventilated officeenvironments


两栋建筑的相对湿度基本相同。机械通风的建筑在大多数时间内二氧化碳的浓度低于1200ppm。自然通风的建筑在非供暖季的二氧化碳的浓度与机械通风基本相同,但是在供暖季节平均二氧化碳平均浓度较高。

 

问卷调查也询问了用户对于室内环境的控制度,机械通风的用户觉得他们对于室内环境的控制度很低。两栋建筑用户对于室内温度的冷暖感受较为类似。但差异是在非供暖季,机械通风建筑的用户感觉室内温度偏暖,尽管自然通风建筑比机械通风建筑的平均温度高0.5摄氏度。


在供暖季,用户对温度的感受以及与温度的关系

源: Comparative evaluation of the link between measured and perceivedindoor environmental conditions in naturally and mechanically ventilated officeenvironments

 

将用户的热舒适度调查与室内环境参数联系起来,可以看出自然通风建筑中的用户具有更高的容忍度,特别是对于较高的温度,用户觉得比较舒适的温度范围是24摄氏度;而机械通风建筑的用户觉得比较舒适的温度是22-23摄氏度。24摄氏度在机械通风的建筑中被认为是太热了。

 

机械通风建筑在非供暖季节,明显觉得空气较闷,有可能来源于他们无法打开建筑的窗户通风,对建筑缺乏控制感产生的。

 

研究结论

 

自然通风的建筑用户对于室内温度的低值和高值有更大的容忍度,而机械通风的建筑用户会觉得不舒适。更高的容忍程度也许来源于对炎热夏季的记忆(似乎呼应了中国的俗语“春捂秋冻”),对于建筑的控制感也很可能增强了满意度。

 

在供暖季节,由于二氧化碳浓度高,自然通风的建筑用户对于室内空气质量不太满意;但是在非供暖季节,他们对空气质量的满意度要高于机械通风的建筑用户

 

思考

这一篇论文只研究了两栋建筑,样本数量少不能给人全面的结论。但是却揭示出室内环境的舒适是个比较复杂的问题。人们通常认为的23-26摄氏度,30-70%的相对湿度从工程学的角度看是合理的。但是人体的舒适度与很多因素相关,例如风的自然流动、身体的记忆、对于建筑的控制感、人体的衣着和从事的活动以及人体自身的适应能力等。


苹果总部项目采用了热压通风设计

来源:Arne Müseler


Bloomberg伦敦总部采用了自然通风

来源:Bloomberg


现在不少研究都表明在过渡季节,自然通风比机械通风能获得类似的或者更高的满意度,并且能够减少机械通风的能耗。近年来西方的建筑实践开始回归自然通风策略。考虑到全球气候变化的大背景,完全采用机械通风和空气调节意味着我们被动的依赖能源来实现室内环境的舒适度;如果我们在过渡季节采用自然通风,主动的利用人体的适应性,将在满足舒适度的同时也减少了建筑运营能耗,这也能为应对气候变化做出一点贡献,也为我们应对特殊情况(例如呼吸道传染病、机械通风空调失效)提供了措施



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