¿Investigación sobre estrategias y tecnologías de ventilación natural para edificios de oficinas de gran altura?
Con el desarrollo de las ciudades y edificios modernos, la utilización de la ventilación natural es más compleja que en los edificios tradicionales. Esta complejidad se refleja en el hecho de que las funciones de los edificios son más complejas y las formas más diversas. Por otro lado, las personas tienen mayores exigencias en cuanto al ambiente térmico interior. Al mismo tiempo, determinar si diferentes condiciones climáticas y formas arquitectónicas pueden utilizar el viento natural requiere más investigación teórica y apoyo técnico. El concepto de diseño humanizado ha estado profundamente arraigado en los corazones de la gente, lo que requiere que los diseñadores estudien cada nuevo material y nueva tecnología que pueda beneficiar al edificio y a los usuarios, y los pongan en práctica de diseño después de la integración. Este artículo combinará ejemplos de ingeniería para centrarse en la viabilidad de "introducir tecnología de ventilación natural en edificios de oficinas de gran altura", esforzándose por promover la aplicación de tecnología de ventilación natural y el desarrollo sostenible de los edificios.
2 Acerca de la ventilación natural
La ventilación natural es un método de ventilación relativamente económico. No consume electricidad y puede obtener una gran cantidad de ventilación. Es simple, fácil de operar, ahorra energía y es beneficioso para la protección del medio ambiente. Ampliamente utilizado en construcción industrial y civil. Los conceptos o descripciones de la ventilación natural en el hogar y en el exterior son diferentes, pero en general, la llamada ventilación natural tiene las mismas características: depender de la presión del viento generada por el viento exterior y de la presión de calor generada por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. El aire exterior fluye, proporcionando así aire fresco interior que diluye los olores y contaminantes interiores y elimina el calor y la humedad residuales.
Se simuló la ventilación natural de un piso estándar de un edificio de oficinas en Shanghai y se compararon las temperaturas interiores con y sin ventanas en semanas típicas durante la temporada de transición. Los resultados muestran que la ventilación natural con ventanas en la temporada de transición puede satisfacer mejor los requisitos de temperatura interior y frecuencia de ventilación, reducir el tiempo de funcionamiento del aire acondicionado en 2001 h/año y reducir el consumo de energía en 30,61 kwh/(a·m2).
Los edificios de oficinas son en su mayoría edificios de gran altura. Dado que la calidad del aire exterior, la temperatura, la humedad, el viento y el sonido no siempre satisfacen las necesidades de la ventilación natural, las estrategias para la ventilación natural en los edificios de oficinas incluyen principalmente: uso mixto de ventilación natural y ventilación mecánica, ventilación natural intermitente y Uso de ventilación natural.
La estrategia de uso mixto de ventilación natural y ventilación mecánica se refiere principalmente a utilizar la ventilación natural tanto como sea posible cuando las condiciones lo permitan, y la ventilación mecánica solo sirve como medio auxiliar cuando sea necesario. En los edificios de gran altura, a medida que cambia la altura vertical, la diferencia de presión del viento entre los pisos interiores y exteriores es diferente. En el funcionamiento real, generalmente se consideran métodos de ventilación mixtos. Según las condiciones reales y las diferentes necesidades de cada parte del edificio, se utilizan diferentes métodos de ventilación, o se utiliza ventilación natural y ventilación mecánica al mismo tiempo, o se utiliza ventilación mecánica durante el día y ventilación natural durante la noche.
La ventilación natural intermitente se refiere a abrir ventanas o respiraderos cuando las condiciones exteriores son adecuadas, cerrar ventanas o respiraderos cuando no lo son y utilizar ventilación natural. La primavera y el otoño, cuando la temperatura es la adecuada, son las estaciones más adecuadas para utilizar la ventilación natural. En verano, según investigaciones sobre el confort térmico humano, cuando la temperatura ambiente supera los 34°C, la mayoría de las personas seguirán sintiendo calor incluso si sopla el viento. Por lo tanto, cuando la temperatura exterior es superior a 34°C, no es adecuado. abra las ventanas para ventilar. En la mayoría de los casos, las oficinas no necesitan estar ventiladas las 24 horas del día, siempre que se garantice un suficiente intercambio de aire. Esta estrategia de ventilación natural intermitente también se puede utilizar cuando el ruido es alto. Aprovechar al máximo la ventilación natural durante la noche también es un medio eficaz para lograr efectos confortables y de ahorro de energía. Siempre que se utilice adecuadamente la ventilación natural, la oficina puede utilizar aire acondicionado el 20% del tiempo al año, lo que reducirá en gran medida el consumo de energía del aire acondicionado.
La estrategia de utilizar ventilación natural se refiere a aprovechar al máximo la ventilación natural mediante un diseño arquitectónico razonable basado en las características arquitectónicas del edificio de oficinas. Actualmente, existen muchos problemas con la aplicación de ventilación natural en la mayoría de los diseños de edificios y la calidad del aire interior de los edificios de oficinas no es la ideal. La mayoría de los trabajadores de oficina se sentirán mareados e infelices después de trabajar en un ambiente de oficina cerrado y con aire acondicionado durante mucho tiempo.
Incluso en la temporada de transición (es decir, la temporada en la que el aire acondicionado no está encendido), muchos trabajadores de oficina todavía se sienten deprimidos. Este tipo de sensación ambiental de la oficina está estrechamente relacionada con el modo de diseño de la estructura del edificio de oficinas (es decir, un muro cortina totalmente de vidrio o un muro cortina con una gran proporción de área de vidrio), el modo de utilización de energía (es decir, ventilación y ventilación completamente cerradas). -sistema de acondicionamiento) y el modo de diseño del espacio (es decir, el modo de diseño "en capas"). A través del análisis, las razones de la situación actual y los problemas antes mencionados provienen de las restricciones en el uso de la ventilación natural causadas por la calidad del aire exterior y el ruido, el impacto del modo de operación de los sistemas de aire acondicionado en los edificios de oficinas, las restricciones en la uso de tecnología de ventilación natural, las restricciones en el uso de ventilación natural causadas por la velocidad del viento exterior y el impacto de la velocidad del viento exterior en el uso de ventilación natural, los riesgos de seguridad de las ventanas de fachada, las limitaciones del calor de los edificios de oficinas y la forma arquitectónica. sobre ventilación natural y las consideraciones para el diseño de ventilación natural en la mayoría de los edificios de oficinas.
Formas de ventilación natural en edificios de gran altura
En aplicaciones de ingeniería reales, las formas de ventilación natural comúnmente utilizadas en edificios de gran altura incluyen ventanas de muro cortina y muros cortina de ventilación de doble capa. Los métodos de apertura comunes para ventanas de muro cortina incluyen ventanas fijas, ventanas corredizas, ventanas abatibles, ventanas colgantes, ventanas corredizas, etc. Los muros cortina ventilados de doble capa se dividen en circulación interna, circulación externa (entera, pasillos, canales, cajas) y muros cortina abiertos de doble capa según el método de circulación de aire.
En una estructura de muro cortina de doble capa, se forma un espacio relativamente cerrado entre el muro cortina interior y el muro cortina exterior. El aire ingresa al espacio a través de la entrada de aire inferior y sale del espacio a través de la salida de aire superior. Este espacio se llama pasillo caliente. El aire en el pasillo caliente siempre está fluyendo, intercambiando calor constantemente con la superficie exterior del muro cortina interior, por lo que el muro cortina de doble capa también se llama muro cortina de pasillo caliente. Cambia la forma estructural del muro cortina tradicional. En términos de ahorro de energía, ahorra un 50% más de energía que el muro cortina tradicional y su rendimiento de aislamiento térmico alcanza el segundo nivel internacional. El vidrio sin recubrimiento se utiliza para lograr iluminación natural y ahorrar electricidad; tiene la doble función de preservar el calor en invierno y aislar el calor en verano, reduciendo efectivamente el uso de aires acondicionados y logrando efectos de ahorro de energía. La función a prueba de polvo y ventilación del muro cortina de doble capa evita que la ventilación de las ventanas se vea afectada por el mal tiempo (especialmente en zonas ventosas y arenosas) y mejora la calidad del aire interior. Al mismo tiempo, la estructura de muro cortina de doble capa permite ventilar naturalmente los muros cortina de edificios de gran altura, satisfaciendo así en la mayor medida las necesidades fisiológicas y psicológicas de los usuarios de ventilación natural.
Investigación sobre el diseño de ventilación natural del proyecto Sinosteel Tianjin Xiangluo Bay
Descripción general del proyecto
El proyecto Sinosteel Tianjin Xiangluo Bay está ubicado en el distrito comercial número 1 de la bahía Xiangluo , al norte y al este Está rodeado por el río Haihe, adyacente a la carretera principal del distrito comercial al oeste y conectado con el otro lado del río Haihe a través de un puente paisajístico al este (Figura 1). El concepto de diseño de este proyecto es unificar la forma arquitectónica, las fuerzas estructurales y los símbolos culturales en un prototipo hexagonal de "panal". Toda la fachada del edificio está compuesta por cinco ventanas hexagonales de diferentes tamaños, lo que también es un nuevo desarrollo e innovación de las clásicas “ventanas hexagonales” de la arquitectura clásica china (Figuras 2, 3, 4, 5). Todo el proyecto consta de dos torres y un podio. La primera torre es un hotel de cinco estrellas con una altura total de 102 m; la Torre 2 es un complejo hotelero de oficinas con una altura total de 358 m; el podio es el vestíbulo del hotel y las instalaciones comerciales y de restauración.
Exploración técnica de estrategias de ventilación natural
Investigación especial sobre diseño electromecánico
En el diseño electromecánico de este proyecto, nos esforzamos en crear una oficina inteligente y construir una Autopista de la información con tecnología avanzada de comunicaciones y redes informáticas, incluido cableado estructurado integrado y transmisión por cable óptico, red digital empresarial integrada, 10 Gigabit Ethernet, comunicaciones de conmutación controladas por programas digitales, etc. En términos de diseño del sistema de aire acondicionado, el aire acondicionado del hotel proporciona refrigeración y calefacción durante todo el año, y el edificio de oficinas utiliza un sistema de aire acondicionado de volumen de aire variable (AVA). Además de garantizar una excelente calidad del aire interior, también logra un funcionamiento que ahorra energía y proporciona a los inquilinos de oficinas un cómodo sistema de refrigeración las 24 horas. El aire fresco del sistema de aire acondicionado está equipado con un dispositivo de recuperación de calor para recuperar el aire frío y caliente del aire de escape. El calor residual de los gases de combustión de la caldera se recupera para precalentar el agua caliente sanitaria. Las unidades de refrigeración con alto índice de eficiencia energética están equipadas con inspección de grupo de sala de máquinas y sistema BMS. Todos los equipos se controlarán de manera óptima de acuerdo con los cambios en la carga de refrigeración total. El sistema de aire acondicionado y ventilación de todo el edificio adopta un sistema de control digital directo (DDC) para el control automático, logrando la digitalización de la gestión de operaciones y el funcionamiento de la computadora.
Se puede ver en la descripción general del diseño electromecánico anterior que el sistema de aire acondicionado electromecánico diseñado en este proyecto es un sistema de aire completo, y el aire fresco se envía al interior después de ser procesado por la unidad de aire fresco exterior. Por lo general, las unidades de aire fresco se utilizan para cumplir con los requisitos de higiene interior en lugar de soportar cargas interiores. La temperatura del aire de suministro, la humedad relativa y la concentración de dióxido de carbono (CO2) están controladas por la unidad de aire fresco.
El sistema de aire acondicionado de volumen de aire variable (AVA) instala un convertidor de frecuencia en el ventilador, analiza la temperatura a través de una sonda de inducción interior, cambia la frecuencia del convertidor de frecuencia a través de un controlador central y controla la temperatura interior cambiando la velocidad del ventilador. Los sistemas de aire acondicionado de volumen constante han mejorado en términos de ahorro de energía y confort del aire interior, pero los sistemas de aire acondicionado centrales todavía tienen muchas deficiencias.
Posibilidad de abrir las ventanas frontales
Este proyecto está ubicado en la Bahía de Luoxiang, ciudad de Tianjin, rodeado por el río Haihe, con buena calidad de aire y hermoso entorno circundante. Desde la perspectiva de la calidad del aire exterior y el ruido, está bien abrir ventanas en la fachada exterior. Desde la perspectiva del diseño de ahorro de energía mecánica y eléctrica, este proyecto adopta un sistema de aire acondicionado de volumen de aire variable (AVA). El aumento en el volumen de aire fresco cambiará la carga del sistema y el efecto de protección ambiental y ahorro de energía se puede lograr mediante el control del controlador.
A través de la recopilación de datos in situ, se estudió el impacto de la velocidad del viento exterior en la ventilación natural. La presión extrema proporcionada en el informe de prueba de presión del túnel de viento de Tianjin Sinosteel International Plaza (en adelante, el informe) ha tenido en cuenta el valor de presión interna de la estructura cerrada, por lo que los resultados proporcionados pueden usarse directamente como el valor estándar de Carga de viento para el diseño de la estructura envolvente. Según los resultados estadísticos, el valor de la presión del viento en la fachada de la torre es básicamente consistente con el valor estándar; la presión negativa en la esquina de la Torre T2 es muy alta (Figura 8). Por lo tanto, las ventanas de muro cortina deben evitar abrirse en la esquina de T2. En el informe se puede encontrar que el valor estándar máximo de presión del viento después de retirar las esquinas (por encima de 100 m) está en su mayoría entre -4 ~ 2,5. Con referencia a la "Clasificación y métodos de prueba para la estanqueidad al aire, la estanqueidad al agua y la resistencia a la presión del viento de puertas y ventanas exteriores de edificios", el nivel de resistencia a la presión del viento es el nivel 6 y las ventanas en la fachada exterior pueden cumplir con los requisitos.
Investigación sobre la seguridad al abrir ventanas en edificios de gran altura
Al aumentar la altura del piso interior debajo de la ventana y adoptar el diseño de ventanas altas, se puede cumplir con los requisitos de seguridad. requerimientos del personal interno y solucionar el problema de los puestos de trabajo cercanos a las ventanas, problemas que se ven muy afectados por la ventilación natural. Bajo la premisa de cumplir con varios indicadores estructurales, la apertura de la hoja de la ventana puede aumentar la aplicación de tecnología de seguridad, como los abridores de ventanas eléctricos inteligentes, que pueden vincularse con sistemas de aire acondicionado y sistemas de protección contra incendios para mejorar la seguridad y confiabilidad de las aperturas de ventanas en el camino. Fachadas de edificios de gran altura.
Investigación sobre diseño de fachadas, sistema de muro cortina y apertura de ventanas de fachada
El diseño de la fachada es una clásica "ventana hexagonal" en la arquitectura clásica china, con una ventana exterior de 300 metros de ancho. dejado en el diseño del alféizar de la ventana (Figura 9). Cuando se utiliza la ventana colgante, el muro cortina exterior de aluminio no sobresaldrá después de abrirse, para no dañar la forma general de la "ventana hexagonal" (Figura 10). La fachada exterior de este proyecto adopta un muro cortina unificado, lo que reduce las operaciones al aire libre y la construcción en el sitio a gran altura, garantiza la calidad del procesamiento de la fábrica y proporciona buenas condiciones para abrir ventanas. (Números 11, 12)
Etiqueta
Según las condiciones de diseño de este proyecto, así como el análisis de la ubicación geográfica, condiciones naturales, funciones del plano, características de fachada y cortina. estructura de la pared del proyecto. Durante la etapa de dibujo de construcción, propusimos al propietario estrategias mejoradas de ventilación interior, es decir, abriendo ventanas y adoptando un modo mixto de ventilación natural y ventilación mecánica para mejorar la comodidad de la oficina y reducir el consumo de energía del aire acondicionado.
En la actualidad, la tasa de ocupación habitual de los edificios de oficinas en Beijing es de alrededor del 65%. Algunos edificios de oficinas han experimentado un aumento en su tasa de ocupación debido a su hermoso diseño, espacio razonable y ambiente confortable. Diseñar y construir edificios de oficinas más confortables y que ahorren energía es responsabilidad social de todos. Las habilidades y los conceptos de diseño respetuosos con el medio ambiente seguirán impulsando la innovación en materiales y tecnologías, mientras que la transferencia de nuevos materiales y nuevas tecnologías impulsará el desarrollo de edificios en una dirección más eficiente desde el punto de vista energético y saludable.
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