Tesis sobre Dialéctica de la Naturaleza, Universidad de Beihang
Hoy en día, es inevitable que todo el mundo entre en contacto con el papel o lo utilice. Una tesis es un artículo racional que realiza investigaciones en diversos campos académicos y describe los resultados de la investigación académica. Entonces la pregunta es, ¿cómo escribir un artículo excelente? El siguiente es mi artículo sobre Dialéctica Natural de Beihang, cuidadosamente compilado. Espero que sea útil para todos.
[Resumen]
Este artículo presenta primero los principios de la tecnología de ventilación natural en edificios, señala los beneficios económicos y ambientales de la ventilación natural y luego demuestra cómo implementar la ventilación natural en diseño del edificio, propuso que la tecnología tradicional de ventilación natural debería adaptarse a la geografía física y las características climáticas del área donde se ubica el edificio, y analizó la combinación perfecta de ventilación natural y clima regional con ejemplos. Su objetivo es llamar la atención de la gente sobre la tecnología tradicional apropiada de ventilación natural en el diseño arquitectónico regional.
[Palabras clave:]
Ventilación natural; principios; arquitectura regional; diseño
Con el desarrollo continuo de la tecnología de aire acondicionado, la gente puede cada vez más Controlar activamente el ambiente interior y crear requisitos climáticos interiores confortables sin precedentes, de modo que las personas debiliten gradualmente la aplicación de la ventilación natural como tecnología de idoneidad climática. Sin embargo, hoy en día, con la escasez de energía global, la creciente presión para ahorrar energía, el deterioro de la calidad del aire (IAO) y el síndrome de la construcción (SBS), la gente tiene que reexaminar las tecnologías tradicionales de idoneidad climática, la ventilación natural, una tecnología antigua y eficaz, ha recibido un beneficio sin precedentes. Atención hoy. La aparición del aire acondicionado ha permitido a las personas controlar activamente su entorno de vida en lugar de adaptarse pasivamente a la naturaleza como antes; el uso extensivo del aire acondicionado ha hecho que la gente gradualmente minimice la aplicación de la ventilación natural. Hoy en día, con la popularización de la tecnología del aire acondicionado, los científicos de varios países tienen que reexaminar la tecnología tradicional de ventilación natural bajo la doble presión de ahorrar energía y mantener una buena calidad del aire interior. En este contexto, es más importante que nunca reintroducir en la arquitectura moderna la ventilación natural, una tecnología ecológica de construcción tradicional.
1. Principios de la tecnología de ventilación natural
En términos generales, la ventilación natural se refiere al flujo de aire a través de aberturas específicas. Este flujo se ve directamente afectado por la distribución de presiones en la superficie exterior del edificio y las características de las diferentes aperturas. La distribución de la presión es la fuerza impulsora y las características de cada abertura determinan la resistencia al flujo. En términos de ventilación natural, existen dos razones principales para el movimiento del aire en un edificio: la presión del viento y la diferencia de densidad del aire entre el interior y el exterior. Estos dos factores pueden funcionar de forma independiente o juntos.
1. Ventilación natural bajo presión del viento
El viento se forma por la diferencia de presión atmosférica. Si el viento encuentra obstáculos, como árboles o edificios, se produce una conversión de energía. La presión dinámica cambia a presión estática, por lo que se genera presión positiva en el lado de barlovento (aproximadamente 0,5 a 0,8 veces la presión dinámica de la velocidad del viento) y se genera presión negativa en el lado de sotavento (aproximadamente 0,3 a 0,4 veces la presión dinámica de la velocidad del viento). ). La diferencia de presión generada en todo el edificio hace que el aire fluya hacia la habitación a través de espacios como ventanas en el lado de barlovento, mientras que el aire interior se descarga desde el lado de sotavento, formando una ventilación natural integral con presión del viento. La presión del viento alrededor de un edificio está relacionada con la geometría del edificio, la orientación del edificio en relación con la dirección del viento, la velocidad del viento y el terreno natural que rodea el edificio.
2. Ventilación natural bajo la acción de la presión térmica
La presión térmica se produce por la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior, lo que se denomina "efecto chimenea". Debido a la existencia de una diferencia de temperatura, existe una diferencia de densidad entre el interior y el exterior, y aparece un gradiente de presión a lo largo de la dirección vertical de la pared del edificio. Si la temperatura interior es superior a la exterior, la presión será mayor en la parte superior del edificio y menor en la parte inferior. Cuando hay agujeros en estos lugares, el aire entra por la abertura inferior y sale por la parte superior. Si la temperatura interior es inferior a la temperatura exterior, la dirección del flujo de aire es opuesta. El tamaño de la presión térmica depende de la diferencia de altura entre las dos aberturas y de la diferencia de densidad del aire entre las zonas interior y exterior. En la práctica, los arquitectos suelen utilizar chimeneas, torres de ventilación, patios, atrios, etc. para proporcionar condiciones favorables para el uso de la ventilación natural, de modo que el edificio tenga buenos efectos de ventilación.
3. Ventilación natural bajo la acción de la presión del viento y la presión del calor.
La ventilación natural en los edificios reales es el resultado del efecto combinado de la presión del viento y la presión térmica, pero sus efectos respectivos son fuertes o débiles. Debido a que la presión del viento se ve afectada por el clima, la dirección del viento exterior, la forma del edificio, el entorno circundante y otros factores, la presión del viento y la presión térmica no son una simple superposición lineal. Por lo tanto, los arquitectos deben considerar completamente varios factores para que la presión del viento y la presión térmica se complementen y trabajen estrechamente para lograr una ventilación natural efectiva del edificio.
4. Ventilación natural asistida mecánicamente
En algunos edificios grandes, debido a los largos recorridos de ventilación y la gran resistencia al flujo, a menudo no es suficiente depender únicamente de la presión natural del viento y la presión térmica. para lograr una ventilación natural. En las ciudades con una contaminación atmosférica y acústica grave, la ventilación natural directa también generará aire exterior sucio y ruido interior, lo que no es bueno para la salud humana. En este caso se suelen utilizar sistemas de ventilación natural asistidos mecánicamente. El sistema cuenta con un canal de circulación de aire completo, complementado con métodos ecológicos de tratamiento del aire (como preenfriamiento del suelo, precalentamiento, intercambio de calor con agua de pozo profundo, etc.), y se utilizan ciertos medios mecánicos para acelerar la ventilación interior.
2. Ventajas de la tecnología de ventilación natural
La ventilación natural es una tecnología muy utilizada para mejorar el ambiente térmico de los edificios y ahorrar consumo energético de climatización. El objetivo fundamental del uso de la ventilación natural es sustituir (o sustituir parcialmente) los sistemas de aire acondicionado y refrigeración. Este proceso de sustitución tiene dos significados importantes: en primer lugar, se consigue una refrigeración pasiva eficaz. Cuando la temperatura y la humedad del aire exterior son bajas, la ventilación natural puede reducir la temperatura interior sin consumir energía no renovable, eliminar los gases húmedos y lograr el confort térmico humano. Incluso si la temperatura y la humedad del aire exterior superan la zona de confort, es necesario consumir energía para enfriar y humidificar. El aire fresco tratado puede transportarse a través de ventilación natural, sin consumo de energía del ventilador ni ruido. Esto favorece la reducción del consumo de energía y la contaminación, y está en consonancia con la idea de desarrollo sostenible. En segundo lugar, puede proporcionar aire natural fresco y limpio (aire fresco), lo que es beneficioso para la salud física y mental de las personas. La mala calidad del aire interior se debe en gran medida a la falta de aire fresco adecuado. La temperatura ambiente constante provocada por el aire acondicionado también reduce la resistencia del cuerpo y provoca diversas "enfermedades del aire acondicionado". La ventilación natural puede eliminar el aire sucio del interior y también ayudar a satisfacer las necesidades psicológicas de las personas de comunicarse con la naturaleza.
En tercer lugar, limitaciones en el diseño de sistemas de ventilación natural
Como tecnología gratuita, la tecnología de ventilación natural está obligada a estar restringida por el medio ambiente. Para zonas con temperaturas exteriores y humedad suaves (como el Reino Unido), la aplicación de esta tecnología ya está muy madura. Con base en su experiencia de aplicación, se introducen las limitaciones de la aplicación de la tecnología de ventilación natural.
(A) Límite térmico interior
La premisa para aplicar ventilación natural es que la temperatura del aire exterior sea inferior a la temperatura del aire interior. A través de la ventilación del aire interior, se introduce aire exterior en la habitación y se reduce la temperatura del aire interior. Evidentemente, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior, mejor será el efecto de ventilación y refrigeración. Para los edificios que generalmente dependen de sistemas de aire acondicionado para enfriar, la aplicación de sistemas de ventilación natural puede reducir la carga operativa del aire acondicionado en los momentos apropiados, como el funcionamiento con aire fresco del sistema de aire acondicionado en las temporadas de transición. En el caso de los edificios que dependen exclusivamente de sistemas de ventilación natural para su refrigeración, su eficacia depende de una variedad de factores, y la ganancia de calor del edificio es uno de los factores importantes. Cuanto mayor sea la ganancia de calor, es menos probable que se cumplan los requisitos de confort interior mediante la refrigeración. Los resultados de las investigaciones actuales muestran que la ganancia de calor interior en edificios que dependen exclusivamente de la ventilación natural para su refrigeración no debe exceder los 40 W/m2.
(2) Requisitos para el entorno del edificio
Después de la aplicación de medidas de ventilación y refrigeración naturales, el entorno interior del edificio depende en gran medida del entorno exterior. Además de los parámetros de temperatura y humedad del aire, el ambiente exterior también puede dañar la calidad del aire interior y el control del ruido. Según algunas normas actuales, el ruido exterior de los edificios con ventilación natural no debe exceder los 70 dB, especialmente cuando se abren las ventanas; se debe garantizar que el ruido en el área alrededor de la habitación no supere los 55 dB. Al mismo tiempo, la calidad del aire exterior de las entradas de ventilación natural debe cumplir con los requisitos sanitarios pertinentes.
(3) Restricciones en las condiciones de construcción
Para edificios con ventilación natural, los dos requisitos anteriores deben tenerse en cuenta en el diseño arquitectónico para aprovechar al máximo las ventajas de la ventilación natural.
1. Ubicación del edificio
Si existen carreteras troncales, vías férreas, etc. En general, se cree que la fachada del edificio debe estar a 20 metros de la vía principal de tránsito para evitar la contaminación del aire o la interferencia acústica o, al diseñar el sistema de ventilación, el lugar cercano a la vía principal de tránsito debe usarse como el lado de escape; ventilación. La dirección y la velocidad del viento predominante regional determinan el diseño del sistema de ventilación natural en función de la dirección y la velocidad del viento predominante local, prestando especial atención a si el edificio está aguas abajo del aire contaminado circundante. Dado que el entorno urbano es diferente del entorno rural, el impacto del entorno circundante sobre el sistema de ventilación del edificio también es diferente. En particular, otros edificios u obstáculos alrededor del edificio afectarán la dirección del viento, la velocidad, la iluminación y el ruido alrededor del edificio. .
2. Forma arquitectónica
El ancho de la forma del edificio afecta directamente a la forma y efecto de la ventilación natural.
Los edificios con un ancho no superior a 10 metros pueden adoptar ventilación unilateral; los edificios con un ancho no superior a 15 metros pueden adoptar ventilación bilateral, de lo contrario, se requerirán otras medidas auxiliares, como estructuras de chimeneas o un modo mixto de ventilación mecánica; Ventilación natural. Orientación del edificio Para aprovechar al máximo la presión del viento, las entradas de aire del sistema deben orientarse hacia la dirección del viento predominante alrededor del edificio. Al mismo tiempo, la orientación del edificio también implica la selección de medidas para reducir la ganancia de calor. Se debe considerar la relación ventana-pared de la pared exterior en el lado de entrada de aire del sistema de área de ventana para controlar la iluminación natural y la ganancia de calor solar, generalmente entre 30% y 50%. Las estructuras de construcción se dividen en ligeras, medianas y pesadas. En edificios de tamaño medio o pesado, debido a su gran inercia térmica, se pueden combinar medidas técnicas como la ventilación nocturna para mejorar el efecto operativo del sistema de ventilación natural.
3. Diseño interior de edificios
Cuanto mayor sea la altura del suelo, mejor será la ventilación natural. La forma de las particiones interiores afecta directamente la organización y la cantidad del flujo de aire de ventilación. Los pasajes verticales o conductos de aire en los edificios pueden organizar eficazmente la ventilación natural utilizando el efecto chimenea producido por los pasajes verticales.
4. Personas en el interior
La influencia de la densidad del personal en el interior, el equipo y la ganancia de calor de la iluminación. Para edificios con una ganancia de calor superior a 40 W/m2, el tipo y la distribución de las fuentes de calor en el. Se puede determinar el edificio. Instalar sistemas de ventilación natural y sistemas de refrigeración mecánica en las áreas apropiadas. Horas de trabajo Las horas de trabajo pueden influir en la elección de otras tecnologías de asistencia (como los sistemas de ventilación nocturna).
(4) La influencia de la humedad del aire exterior
La aplicación de ventilación natural tiene un efecto significativo en la reducción de la temperatura del aire interior, pero tiene poco efecto en la regulación o control de la humedad del aire interior. . Por lo tanto, las medidas de ventilación natural generalmente no se pueden utilizar en zonas muy húmedas.
IV. Precauciones para la ventilación natural en edificios
En el proceso de utilización de tecnología de ventilación natural, es necesario combinar completamente las condiciones climáticas y ambientales locales y tomar las medidas técnicas adecuadas para garantizarlo. La ventilación natural puede lograr buenos beneficios ecológicos. Además de considerar la influencia de factores comunes como el clima, la orientación del edificio, la vegetación exterior y los detalles de la estructura de ventilación, la ventilación natural también considera cada vez más los dos factores siguientes:
① La energía solar mejora la ventilación natural. Los componentes del edificio para la ventilación natural mejorada con energía solar incluyen principalmente chimeneas solares en los tejados, paredes Trombe y colectores solares de aire instalados integralmente con el edificio. Para lograr mejores efectos de enfriamiento en verano, estas prácticas generalmente se combinan con otros componentes del edificio para formar un sistema de ventilación natural organizado;
②Simulación por computadora de ventilación natural. La tecnología de simulación por ordenador, especialmente la dinámica de sólidos computacional (CFD), desempeña un papel muy importante en el diseño de la autoventilación. Utiliza ecuaciones de control como ecuaciones de continuidad, ecuaciones de impulso y ecuaciones de energía para analizar fuerzas aerodinámicas, y luego utiliza software de computadora para realizar simulaciones por computadora, logrando efectos intuitivos e intuitivos y proporcionando una referencia importante para que los arquitectos diseñen un entorno eólico razonable para el edificio. Por lo tanto, con el desarrollo continuo de la tecnología de simulación por computadora, la simulación por computadora sin duda desempeñará un papel muy importante en la promoción del diseño de ventilación natural.
En definitiva, la tecnología de ventilación natural, como tecnología ecológica que se adapta al clima, debe combinarse con energía solar, materiales de construcción, iluminación natural, almacenamiento subterráneo de frío y calor, control automático y otras tecnologías, y utilizar tecnología de simulación por computadora para analizar las condiciones reales y realizar una investigación cuantitativa y en profundidad sobre el mismo. Creo que con el continuo desarrollo de conceptos ecológicos y de desarrollo sostenible, la ventilación natural, un método barato y saludable, se utilizará cada vez más.
；