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第15章 校园室内环境与碳排放(3)

(4)利用建筑物中庭,将昼光引入建筑物内区。

(5)利用光导纤维将光能引入内区,而将热能摒弃在室外。

(6)最简单易行而又有效的方法是设建筑外遮阳板,也可将外遮阳板与太阳能电池(即光伏电池)相结合,不但能降低空调负荷,而且还能为室内照明提供补充能源。

上述措施都能很好地控制太阳辐射,解决昼光照明与空调负荷之间的矛盾。

2)有组织的自然通风

自然通风也有两重性,其优点很多,是当今生态建筑中广泛采用的一项技术措施,在绿色建筑技术中占有重要地位。自然通风具有如下一些应用特点:

在室外气象条件良好时,加强自然通风可以提高室内人员的热舒适感,而且有助于健康。事实上,即使在炎热的夏季,也常常存在凉爽的时间段,在凉爽的时间段加强自然通风不仅可以提高热舒适程度,而且还有助于缩短房间空调设备的运行时间,降低空调能耗。

另外,现代建筑室内的装修材料和家具常常会散发出一些不利于健康的气味和物质,彻底根除这种现象常常不太容易,而加强自然通风则有助于冲淡不良气味和控制有害物质浓度,保证居住者的健康。

对校园建筑而言,能否获取足够的自然通风,与通风开口面积的大小密切相关。一般情况下,当通风口面积与地板最小面积之比不小于1/20时,房间可以获得比较好的自然通风。在我国南方的夏热冬暖地区和中部的夏热冬冷地区,人们更习惯强调自然通风,因此这两个地区居住建筑的通风开口面积与地板最小面积之比应该更大一些。

事实上,房间能否获得良好的自然通风,除了通风开口面积与地板面积比之外,还与开口之间的相对位置以及相对开口之间是否有障碍物等因素密切相关。显然,开在同一面外墙上的两个窗的自然通风效果不如开在相对的两面外墙上的同样大小的窗好。相对开着的窗户之间如果没有隔墙或其他遮挡,很容易形成穿堂风。但是建筑的平面布置灵活多变,很少有规律可循,对自然通风的影响也非常复杂,无法提出简单的要求。只能在实际设计和建造的过程中,注意具体的开口朝向,多个开口间的相对位置以及空气在它们之间流动的顺畅程度。

在建筑的实际使用过程中,自然通风效果的好坏是很重要的,除了关注最小通风开口面积、开口之间的相对位置以及它们之间的连通情况外,必要时应用软件对室内的自然通风效果进行模拟,并根据模拟的结果对设计进行调整。

一方面在空气非常潮湿的情况下短时间的结露非常难以避免;另一方面空气非常潮湿的状态不会维持很长的时间,短时间的表面结露还不至于滋生霉菌,不至于给室内环境带来很严重的影响。因此规定是在“室内温、湿度设计条件下”不应出现结露。“室内温、湿度设计条件下”就是一般正常情况,不是像南方的梅雨季节那样非常潮湿的情况。

一般来说,住宅外围护结构的内表面大面积结露的可能性不大,结露大都出现在金属窗框、窗玻璃表面、墙角和墙面上的热桥部位等处。在建筑设计和建造过程中,应注意核算在设计状态下可能结露部位的内表面温度是否高于露点温度,采取措施防止在室内温、湿度设计条件下产生结露现象。

4.室内热环境控制的主动式方法

当今的建筑由于其规模和内部使用情况的复杂性,在多数气候区不可能完全靠被动式方法保持良好的室内环境品质,需要采用机械和电气的手段,即主动式的方法,在高能效的前提下,按“以人为本”的原则,改善室内热湿环境。

根据室内环境质量的不同要求,分别应用供暖、通风或空气调节技术来消除各种干扰,进而在建筑物内建立并维持一种具有特定使用功能且能按需控制的“人工环境”。在供暖、通风或空气调节技术的应用中,一般总是借助相应的系统来实现对建筑环境的控制。所谓“系统”,指的是若干设备、构件按一定功能、序列集合而成的总体。下面分别阐述供暖、通风、空气调节系统及其应用的基本概念。

(1)供暖

供暖(亦称“采暖”)系统一般应由热源、散热设备和输热管道几个主要部分组成。供暖技术一般用于冬季寒冷地区,服务对象包括民用建筑和部分工业建筑。当建筑物室外温度低于室内温度时,房间通过围护结构及通风孔道会造成热量损失,供暖系统的职能则是将热源产生的具有较高温度的热媒经由输热管道送至用户,通过补偿这些热损失达到室内温度参数维持在要求的范围内。

供暖系统有多种分类方法。按系统紧凑程度分为局部供暖和集中供暖;按热媒种类分为热水供暖、蒸汽供暖和热风供暖;按介质驱动方式分为自然循环与机械循环;按输热配管数目分为单管制和双管制等。热源可以选用各种锅炉、热泵、热交换器或各种取暖器具。散热设备包括各种结构、材质的散热器(暖气片)、空调末端装置以及各种取暖器具。用能形式则包括耗电、燃煤、燃油、燃气或建筑废热与太阳能、地热能等可再生能源的利用。

(2)空气调节

空气调节与供暖、通风一样负担建筑环境保障的职能,但它对室内空气环境品质的调控更为全面,层次更高。在室内空气环境品质中,空气的温度、湿度、气流速度和洁净度(俗称“四度”)通常被视为空调的基本要求。空调技术主要用于满足建筑物内有关工艺过程的要求或满足人体舒适的需要,往往会对空气环境提出某些特殊要求。空调系统的基本组成包括空气处理设备、冷热介质输配系统(包括风机、水泵、风道、风口与水管等)和空调末端装置。

完整的空调系统还应包括冷热源、自动控制系统以及空调房间。空调的过程是在分析特定建筑空间环境质量影响因素的基础上,采用各种设备对空调介质按需进行加热、加湿、冷却、去湿、过滤和消声等处理,使之具有适宜的参数与品质,再借助介质传输系统和末端装置向受控环境空间进行能量、质量的传递与交换,从而实现对该空间空气温湿度及其他环境参数加以控制,以满足人们生活、工作、生产与科学实验等活动对环境品质的特定需求。

四、教室内空气品质与低碳化

人一生大部分时间(90%左右)是在室内度过的,室内空气品质的好坏是影响人们生理及心理健康的重要因素之一,室内空气品质对居住者、使用者的身体健康有着非常重大的影响,任何人都无法在一个有害物质浓度很高的房间内长期生活、工作而同时保持健康,学校教室内的空气品质尤其重要。

1.室内空气污染

近年来,国内外在建筑环境及预防医学等领域,对室内空气环境方面的研究一直是个热点。在国外,室内空气污染问题早在20世纪70年代就引起了广泛关注,世界范围的能源危机使得节能效果好的高气密性建筑得到推广,但由此带来的负面影响却是,人们发现封闭结构的建筑室内空气质量差,易使人出现“病态建筑综合征”,其症状包括头疼,眼、鼻、喉部疼痒和咳嗽、免疫力下降等。美国国家环保局甚至将空气品质问题列为当今五大环境健康威胁之一。因此,在充分了解建筑室内环境现状及其对人体健康影响的基础上,探讨相关措施以改善室内空气品质,维持良好的建筑空气环境,是绿色建筑的基本要求,也是绿色室内空气品质要研究的问题。

(1)建筑装饰装修材料及家具的污染。建筑装修材料及家具是目前住宅空气的主要污染源。据测试,现代居室内具有挥发性的有机物(VOC)达5000多种,其中危害人体健康甚至致癌(或可疑致癌)的就有20多种,如甲醛、苯及苯系物、氡等。现代家庭装修使用大量合成材料,如人造板等,几乎所有的人造板材如大芯板、榉木板、水曲柳等各种贴面板、密度板均含甲醛,甚至包括复合地板也含有甲醛。

(2)建筑施工过程带来的污染。在我国北方地区的冬季施工,施工单位为了加快混凝土的凝固速度和防冻,往往在混凝土中加入高碱混凝土膨胀剂和含尿素的混凝土防冻剂等添加剂。建筑物投入使用后,随着环境因素的变化,特别是夏季气温的升高,氨会从墙体中缓慢释放出来,造成室内空气中氨浓度严重超标,况且氨的释放过程需要持续多少年目前尚难确定。氨对人的皮肤有刺激作用。人在短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、胸闷、呼吸困难等症状,严重者可发生肺气肿、呼吸窘迫综合征等。

(3)人的活动带来的空气污染。据中国环境科学学会的检测表明,办公室的空气上午优于室外,下午各项污染指标高于室外空气。人停留时间越长,室内的空气污染越严重,室内空气污染指标常达室外的5~10倍。住宅是人员活动最为集中的建筑,人在住宅内通过呼吸、皮肤、汗腺排出自身新陈代谢的产物,如二氧化碳、病菌及多种化学物。另外,家用清洁剂、除臭剂的使用会产生大量挥发性有机化学污染物;吸烟烟雾中含有上千种化学物质;家用空调器开启时,门窗紧闭,室内空气污染物浓度加大而得不到稀释。据国内五个城市的调查,空调房间负离子浓度平均为29.2个/cm3,而普通房间的负离子浓度平均为332个/ m3;清洁地区室外空气中负离子浓度则可高出3~5倍。

应该说,上述许多有害物质、污染物质在室内空气中的浓度通常是很低的,但室内条件对于室外而言,污染物的含量更容易积累,不容易散发,因此,它们必然会对人体健康造成危害。特别是室内通风条件不好时,这些有害污染物质逐渐积累形成一种积聚效应,使有些人出现不同程度的头疼、呼吸道感染、恶心、过敏、皮炎等诸多症状。世界卫生组织(WHO)将上述症候群统称为“致病性建筑物综合征”。此外,还有“建筑物关联征”(如军团病)、“多元化学物质过敏征”等各种形式的空调病,也都是和室内空气质量的下降密切相关的。

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