重庆市设计院有限公司
摘要：通风系统是建筑工程中的重要组成部分，有机械通风和自然通风两种形式。与自然通风相比，机械通风的初投资、后期运行管理费用更高且会产生二氧化碳等其他污染物的释放，加剧全球气候变暖及环境污染。捕风器被动式通风系统作为自然通风技术的一种，是零能耗被动式绿色建筑技术。这种介于自然通风过程和被动制冷的持续性绿色通风措施，可以在满足建筑通风需要同时，降低建筑能耗。本文就捕风器节能技术展开分析，灵活运用到实处，以求降低建筑能耗。
关键词：节能技术；捕风器；自然通风系统；机械通风系统
在可持续发展背景下，绿色建筑逐渐成为建筑行业主流发展趋势。捕风器被动式通风系统作为自然通风技术的一种，是零能耗被动式绿色建筑技术。通过运用捕风器，可以满足建筑物自然通风和被动制冷的需求。对于一些常年高温、湿热的地区，如果长时间集中使用空调系统，不仅会加剧建筑能耗，还会排放大量的温室气体。而采用作为绿色建筑构件的捕风器可以有效解决此类问题。相较于传统机械通风形式，捕风器被动式通风系统不仅是一种创新型技术，且避免了机械通风系统的能耗、噪声、维护等问题，可以有效减少建筑能耗，推动绿色建筑发展。本文阐述了捕风器的历史发展及工作特性，分析研究捕风器的优化设计，并结合工程实例，围绕捕风器的节能技术的实践应用展开探究。
1捕风器的发展历史
捕风器是一种可以实现建筑物自然通风、被动制冷的绿色构件，构件诞生初期多应用在中等干旱、炎热区域。在早期，捕风器多是由砖混石块构成，且与建筑物结合形成为有机整体，一般表现为在墙壁顶端设置多个小的开口，可以将污染后的热风排除[1]。传统建筑设计中的捕风器，多以捕风塔的形式设置于建筑屋顶，高度大概为10m～15m。传统捕风器有很多缺陷，如开口较少，只能满足主导风向地区通风需要；缺少风量调节功能，在冬季会灌入冷风，不仅降低室内热舒适度且浪费大量热量；加之缺少合适的防尘、防昆虫的措施，支撑不牢固，种种因素容易影响到捕风器运行效率。
现在，捕风器经过多年的研究和创新，技术方面得到了很大的改善，形式逐渐多元化，尤其是以英国Monodraught公司为代表的捕风器自然通风系统，在原本的技术基础上有了很多创新改进。如将捕风器同光导管整合在一起，可以同时提供通风、光照功能，满足绿色建筑节能要求[2]。
2捕风器的工作特性
2.1捕风器的工作原理
目前以Monodraught公司为代表的捕风器自然通风系统，在绿色建筑通风系统中应用较为广泛。本文以其代表产品为例分析捕风器的工作原理。首先，捕风器为四面开口且开口处均设置了可调节百叶以便于多角度来捕捉自然风，并且风口处设置有细密铁丝网，可以避免老鼠、昆虫等小型动物进入其中。捕风器内部采用纵向的通风结构，利用风压和热压的综合作用加强通风效果，形成较强的对流，在捕捉新风导入室内的同时，将室内污浊空气排到室外。设置于捕风器底部的风量控制阀，可以用于调整进入室内的气流大小，满足绿色建筑调节室温需要[3]。基于控制阀，可以完全阻隔寒冷季节室外冷风的进入，避免了室内温度下降。值得注意的是，带风量控制阀的捕风器，不受外界环境风力强度的影响，相较于传统的机械通风方式而言，遏制噪音的效果更优。
2.2影响捕风器运行的因素
影响捕风器运行的因素多样，对这些因素的重视程度高低，直接影响到捕风器的运行效率。一般而言，当地的风向及风速是影响捕风器运行效率的主要因素。随着风速增加，通风量也将随之增加，捕风器也处于高效率运行状态。但是，通风量和风向之间的关系复杂多变，风速不超过3m/s时，风向角度增加，室内通风量反向减少，风向为15°，通风量将会显著增加[5]。
同时，温度也是影响捕风器运行效率的主要因素之一，当室内存在稳定热源时，当风速不超过2m/s，室内热压作用下产生的烟囱效应是捕风器室内外通风的主导作用；当风速超过2m/s，风压随即成为保证捕风器正常运行的主要动力。
3捕风器的优化设计
3.1Solar-Boost太阳能自然通风系统
建筑行业蓬勃发展，社会上的建筑类型逐渐多样，而建筑行业是能耗较大的行业之一，推动捕风器节能设计，是减少建筑能耗的有效措施之一。在传统设计基础上，合理引用太阳能优化设计，推行Solar-Boost太阳能自然通风系统。在捕风器顶部设置朝向为南的PV板，将太阳能转化为电能，用于支持系统运行。通过此种方式，捕风器通风量可以大大增加，风速较低的状态下，捕风器工作效率也将随之增加，用于满足室内外高效通风需要。PV板的太阳辐射，直接决定了风扇输出功率，晴朗天气下，太阳能充足，转化为电能，可以满足风扇高效运转需要，获得更大的通风量、
3.2Suncatcher日光通风系统
Suncatcher日光通风系统同样是一种节能型通风系统，将捕风器和光导管系统有机结合，用于调节室内的通风量和光照强度。在捕风器中央位置设置导光器，可以起到自然光反射、增强的作用，更适合应用在大型商业建筑中，减少能耗，提升通风效率[6]。另外，对于一些规模较小的Suncatcher日光通风系统，在别墅和住宅建筑内部厨卫空间同样有所应用，大大增强室内通风量。
优化改良后的新一代捕风器凭借其绿色、节能、环保的独特优势，在很多西方国家和地区皆有实际工程的应用，如办公室、学校、医院和体院馆等。在我国也不乏工程实例中的具体应用或项目设计中的构思及考量，西双版纳地处热带北部边缘，属热带季雨林气候，当地气候终年温暖湿润，无四季之分。中云健康城项目位于西双版纳州景洪工业园区境内嘎栋片区，占地面积40.48亩，是中国生态医养小镇的一期工程。该项目对自然通风需求较高，且有大进深的地下功能房间，故在设计中拟尝试把传统捕风器与太阳能光伏电池结合，并在捕风器的进风段增设风量调节阀，根据热压的大小自动调节风量调节阀的开度，从而满足不同时段的通风要求。
结论
综上所述，在可持续发展背景下，绿色建筑成为主流发展趋势，引进节能降耗的技术手段十分必要。捕风器被动式通风系统作为绿色建筑中的重要组成部分，充分能发挥节能技术优势应用到实处，可以满足不同风向捕捉和导入室内需要，将室内污浊空气排出到室外，在调节室内通风环境的同时，还可以调节室内温度、湿度，创设更加舒适的室内环境，对于现代建筑行业持续发展意义深远。
参考文献
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[2]邓子明.关于高层建筑通风空调及防排烟系统的联动控制思考[J].河北农机,2019，23(12):46.
[3]王锡琴,余东洋.基于CFD数值模拟的绿色建筑通风设计可行性研究[J].技术与市场,2019,26(12):21-23.
[4]汤小亮,邹松,金碧辉,邱雅凡.基于节能和绿建标准的建筑通风系统节能设计探讨[J].制冷与空调,2019,19(10):15-18.
[5]徐潇潇.基于低碳理念的建筑通风系统设计与改造策略研究[J].城市建筑,2019,16(28):115-117.
[6]朱明伟.绿色发展背景下民用建筑通风空调安装质量控制研究[J].决策探索(中),2019(08):46.