淺析建筑通風設計在幼兒建筑中的應用

(沈陽建筑大學 遼寧 沈陽 110168)

空調技術的發明,使建筑空間內產生一個獨立的微氣候。即使在夏天或冬天一個封閉的空間，也能保持相對舒適的室內溫度和濕度。但是對于空調這種機械調溫通風的方式的依賴，往往對人的身體會造成持久的損傷。幼兒的抵抗力較低下，幼兒類建筑長時間維持空調低溫或者高溫，使得幼兒容易罹患空調病，出現過敏性鼻炎，結膜炎等病癥。機械通風在面對這種特殊人群的情況下，就沒有自然通風的顯著優勢。以兒童的健康成長為首要任務實現可持續發展，從幼兒建筑做起，在幼兒教育中普及建筑節能空間的概念以及使用感受。以幼兒建筑公共空間為例，結合建筑的中庭空間設計以及建筑節能中的風筒排風，降低建筑能耗同時保證幼兒健康。

一、幼兒建筑風能環境的因地和制宜

綠色建筑評價應遵循因地制宜的原則，結合建筑所在地域的氣候、環境、資源、經濟及文化等特點。①幼兒這一特殊的群體，其長時間集中逗留的場所，應在保證室內環境功能人性化設計的同時注意某些特定的建筑舒適度是否達到最高標準，如室內公共空間的溫度是否適合玩耍，室內游戲場地是否具有足夠的日照通風來營造最舒適的貼近自然的活動條件。幼兒的感官體驗，心理素質，通常更容易被周圍的環境因素所影響，所以為幼兒提供最優的舒適環境是全社會的責任。目前國內為了達到優質的幼兒建筑室內環境，發達地區通常是通過建筑建成后期機械輔助，如空調、風機等設備，來保證維持室內的保育環境，而欠發達以及落后地區則往往達不到優質或者良好的幼兒建筑環境。

2016年我國修訂了《托兒所、幼兒園建筑設計規范》，將建筑節能這一設計標準加進新規范里。規范從基地選擇、平面功能設置、室內環境、供暖通風和空氣調節四個部分進行節能要求的修改。②一，為幼兒建筑的選址，應在日照充足、干燥、環境優美等條件的基礎之上，除了區位優勢，更應該考慮自然環境條件良好的地理位置，來實現利用當地氣候條件，為室內建筑調節舒適溫度的同時可以節約能耗。二，在平面功能布置上，室外活動場地滿足日照，但是我國的現階段空氣質量問題嚴峻，更應考慮特殊天氣情況時，室內活動場地的日照條件以及采光情況。三、室內環境從采光及空氣質量兩方面進行規定，各類房間采光系數最低值和窗地面積比以及通風口面積與室內建筑面積比。四、供暖通風和空氣調節方面，公共廚房、公共淋浴室、無外窗衛生間等，宜設置有防回流構造的排氣通風豎井，并安裝機械排風裝置，對于溫度較高地區室內空調以及風扇的設置進行了規定。

幼兒建筑如何在嚴寒和寒冷地區冬季室內保熱以及在夏季炎熱的地區室內保冷，對于面積較小或者功能較為簡單的房間，溫度調節簡單易控，對于幼兒園兒童醫院幼兒商場兒童樂園等幼兒建筑，其中大空間的活動空間的溫度調節，是較難解決的問題。單獨加厚這部分的建筑墻體，加保溫層等等，這些屬于施工做法，關于設計做法，則是通過建筑空間的形狀，空間擺放的位置，空間的室內景觀設置，來達到空間良好的通風降溫，減少熱交換來存蓄熱量保溫。

幼兒的活動量大，其舒適空間也對溫度通風等要求高。北方地區幼兒建筑通常布置為集中式，而室內的大活動空間宜設置在建筑平面的中心，應有方向性地開窗來引導夏季季風降溫，同時避免冬季季風正壓該大空間的開窗面，宜設置天窗，中庭的天窗在保證日超面積和采光量滿足要求的情況下，盡可能地對能源進行回收利用。南方地區幼兒園通常布置為分散開敞式，其活動空間宜設置在當地夏季季風的迎風處，做到引風入室，滿足該地區開窗通風降溫的需求。

二、幼兒建筑室內的通風設計

幼兒建筑的自然通風與幼兒健康有很大關系。現代幼兒建筑設計往往過于依賴機械通風而忽略自然通風，所以造成很多建筑空間自然通風條件差，能耗較高。良好的通風設計，可以使建筑舒適達到一勞永逸的效果。自然通風具有以下幾點功能：一，有助于人體散熱。二，室內污濁空氣與新鮮空氣交換。三，當室內氣溫高于室外的氣溫時，使建筑構件降溫。這三種功能保證建筑使用時不再主要依賴機械通風就能獲得熱舒適。自然通風的形成原理主要有采用風壓、熱壓、風壓與熱壓相結合、機械輔助通風等幾種形式。

建筑內部空氣的流通就是通過建筑的迎風面與背風面之間的壓力差來實現。風壓通風原理的過程產生能量轉換，這是動態的壓力改變為靜態壓力。在建筑物的上風處形成了積極的壓力側，大約是風速的0.5到0.8倍動態壓力，負壓力形成于建筑的側面和背面，大約是0.3到0.4倍，就像風速的動態壓力一樣。[5]壓差使得氣流進入建筑內部，大小取決于風向投射角、建筑幾何形狀、建筑物四周的自然地形。當建筑的正立面有風垂直吹過時,在屋脊、屋角處負壓最大，而迎風面中心處正壓最大。

根據伯努利流體原理，流動空氣的壓力隨其速度的增加而減小,從而形成低壓區。可以在建筑中局部留出橫向的通風通道,當風從通道吹過時,會在通道中形成負壓區,從而帶動周圍空氣的流動,這就是管式建筑的通風原理。通風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方向。此種方式可在大進深的建筑空間中達到較好通風效果(例如天井和中庭)。另外適宜中庭使用的熱壓通風，也就是“煙囪效應”，利用熱交換對流的原理,在建筑物上部設排風口可將污濁的熱空氣從室內排出,從建筑底部吸入室外新鮮的冷空氣，達到自然通風的目的。熱壓作用與進、出風口的高差和室內外的溫差有關,室內外溫差和進、出風口的高差越大,則熱壓作用越明顯。此種設計可應用于幼兒建筑的自然通風設計。

幼兒建筑的建筑室內功能較為多樣化，而走道式布置平面可以讓每個房間都能做到與回廊形成南北通透從而達到通風目的，同時回廊貫穿建筑的功能區的每個房間，使得功能房間與公共交通空間的空氣流動形成良好的互動，增大空氣流動的面積從而達到更好的通風效果。所以根據風洞正負壓排風原理，將大活動空間如活動室或者中庭結合通風設計，在南方的幼兒建筑中，將通風單元布置在積極迎風向，建筑多以單元形式存在，全部活動空間宜呈十字交叉布置來引導季風通過，且進風口面積要比出風口低百分之十左右，以形成通風兩端由小到大的梯形風筒形狀。且分散式的建筑形式結合以活動室為重心來進行熱能排放，使整個建筑在夏季溫度得以階梯式調節，避免室內外溫差過大造成的能耗損失。在北方則將活動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洞，即上文提到的“煙囪”熱壓通風，利用活動空間的層高較高的優勢，夏季結合避冬季季風向的小懸窗進行整體的建筑換新風通風。貫流通風、單側通風以及熱壓驅動的自然通風方式,夏季優先選擇側懸式窗戶，冬季優先選擇底懸式窗戶。保證冬季室內活動的大空間溫度無需空調或暖氣來支撐全部的供暖壓力，做到樓中樓的設計格局，增加保溫帶。總體來說，壓力通風設計方法應用于幼兒建筑設計，南方夏季主要以橫向通風為主輔以豎向通風，而北方則是冬季以豎向通風為主輔以橫向通風，夏季橫豎向結合通風。

【注釋】

①綠色建筑評價技術細則,2015年7月1.0.3

②托兒所、幼兒園建筑設計規范,JGJ39-2016