CN110541663A - 建筑新风营造法 - Google Patents

Abstract

建筑新风营造法。即，建筑外围护体系及新风系统营造方法。创立：1，建筑学专业建筑外围护体系营造方法；2，暖通专业新风系统营造方法。对于前述1项而言，关键是对传统观念的突破。即，将传统意义上集通风、采光于一体的窗，将其通风、采光两种功能彻底分拆、分立，通风归通风，采光归采光，各自由与之相对应的构造方式实现。通风功能由风口来实现，采光功能由光栅来实现；建筑外围护体系的其余实体部分沿袭传统构造方式，包涵墙和屋面。对于前述2项而言，关键是，在各类民用建筑中，彻底摒弃机械正压管道输送新风的营造方式，精简系统，以机械负压（管道）排风系统取代。前述1项的方法，为此提供了设置于建筑外围护体系周边上的充分而必要的风口。

Description

建筑新风营造法

技术领域

建筑新风营造法，即建筑外围护体系及新风系统营造方法，是系统性、革新性的建筑设计、工程营造方法。

背景技术

突破传统观念

人类文明演化于地表大气空间中，面对变化多端的大自然，为了维护自身安全和生存福祉，以“墙”和“屋面”从大自然中围合出一方空间，用来遮风避雨，抵御各种自然侵害；同时，又必须在墙或屋面上开“窗”，以通风换气，满足生理需求。在人类进入工业化社会之前，“开窗”往往也是满足室内采光和视线要求所必需采取的技术手段。

千百年来，人类就地取材，创造了丰富多彩的建筑形态。“墙”和“屋面”通常为坚固实体，在其上开“窗”，以通风换气，乃至满足视线要求，历经久远的工程实践，逐渐固化成了我们的文化观念。即墙体、屋面是不动、非透明的坚固实体，通常只能以“开窗”来满足通风换气、采光视线要求。然而，自人类工业革命以来，新的材料和构造方法层出不穷。“墙体”如玻璃幕墙，“屋面”如玻璃顶棚，也是可以采光，满足视线要求的。这类墙和屋面的基本构造形式都是：边框 + 玻璃板块。这样，传统意义上“窗”的通风采光功能，“采光”一项就不是必须的了。

跨越专业壁垒

建筑外围护体系区隔出的室内空间，与外界的通风换气却永远是必须的。工业革命以来，专业分工日益细致，建筑物的通风换气由二个专业来处理。建筑师设计的建筑外围护体系，通常在外墙开窗，以玻璃窗扇的启闭，来自然通风；或者，在各类幕墙上，设置可开启的透明玻璃板块，以形成室内外自然通风。而在没有自然通风的条件下，或者需要进行室内全空气调节的情况下，暖通机械工程师则在建筑外围护体系上开出采风口，以管道机械送风的方式向室内输送新风。这样，合两个专业之力，新风系统设计、营造似乎完美解决。

然而，随着室外大气污染日趋严重，开启窗扇自然通风，污染物随之而来；况且，如室外为静稳天气状态，也就无法自然通风。那么，工程上常规使用的集中采风、净化的管道机械送风方式，在建筑物投入使用的初始阶段，是可以的。随着时间的推移，输送新风的管道内壁积聚起越来越多的污染物，造成新风系统的二次污染，这种现象被称为管道送风系统的“癌症”。工程技术上，目前是无解的。且管道送风系统对有效建筑空间的占用往往也是各机电系统中最多的。

从机械工程师的角度看，管道送新风到达任意地点，是简明而直接的办法；从建筑师的角度看，在无法自然通风的情况下，问题交给暖通机械工程师解决；如此，都可以对新风系统存在的致命问题视而不见。

本发明，正是针对这一跨专业问题，提出的系统性解决方案。跨越专业壁垒，整体系统地提出适合建筑师和暖通机械工程师的设计、营造方法，旨在从设计的源头上解决建筑室内新风系统存在的问题。

发明内容

建筑新风营造法，即建筑外围护体系及新风系统营造方法。

创立：1，建筑学专业的建筑外围护体系营造方法

2，暖通专业的新风系统营造方法

对于任意建筑物，撇开其形式上的千变万化，以及内部使用功能的纷繁多样；就围合出内部空间的建筑外围护体系而言，总可以解析成三种基本构成要素，即实体单元、采光单元和通风模块。之所以称“通风模块”而不称为“通风单元”，是言之相对“实体单元”和“采光单元”,在绝大多数情况下面积较小。

定义：W ------ 建筑外围护体系，涵盖墙体、屋面、门窗洞口

T ------ 通风模块，简称“风口”，性能具备阻雨透风、净化、风量调节。构造上通常有三层，即阻雨透风百叶、空气净化板、风量调节措施

U ------ 采光单元，简称“光栅”，性能具备采光、视线、光量调节。构造上为无框三层（或双层）中空玻璃，内置、外置或中置光量调节百叶或帘幕

V ------ 实体单元，对应墙体、屋面的不透明实体部分，性能具备坚固、耐久、保温、隔热。构造上有传统的砖石砌体，钢筋混凝土现浇，各种复合墙体和屋面。

则：W = T + U + V

或：F(W) = F(T) + F(U) + F(V)

作为出入口的各类“门”，在通风意义上，可以理解为实体部分的可启闭构造，若为常闭门，则强化其气密性设计；若为常开门，则通过设置自动门、门斗，附加风幕机等技术措施隔离室内外空气交流。

这将带来建筑学专业，对建筑外围护体系的革新性的营造方法。自然导致：彻底淘汰仅以透明玻璃窗扇的启闭作为通风手段的技术方法。

T，U，V可以任意组合，如：

T + U，就构成传统意义上的“窗”，但也根本区别于传统意义上的“窗”。因为T---风口、U---光栅，是彻底分立之后的自由组合，详见图8，图9，图11，图12，图16，图17，图20，图21；而传统意义上的“窗”是：框+玻璃，以附加窗扇的启闭，来进行通风。

T + V，“风口”可以和任意竖向墙体组合，与采光单元完全分开。详见图16。

U + V，构成各类玻璃幕墙，采光天顶；或者固定在各种实体墙上。详见图25，图26，图27，图28。

T，U，V适配任意几何形式，因而不会影响建筑师的任何形式创意。

本发明特征在于，将“窗”的采光、通风功能彻底分离，以无框玻璃单元来采光，独立风口通风，精简集约了用材，大幅减少传统的“窗”与“墙体”构造上的接缝，因而，也就在设计的源头上强化了建筑外围护体系的“气密性”。为建筑物使用过程中的节能创造了前提条件。

本发明的特征还在于，聚焦于“风口”设计的系列构造措施，以及“风口”与采光单元和实体单元的组合方式，详见图1，图2，图3，图4，图5，图6，图8，图9，图11，图12，图16，图17，图20，图21。

本发明的特征还在于，建筑物室内的新风气流组织。由于风口的构造具备透风阻雨、净化功能，只要室外具有风压差，就可以进行自然通风；即便是台风雨、沙尘暴，或严重污染状态，也照常自然通风。若室外为静稳天气状态，或者室内外温差大，室内空气调节需控制通风量，而采用机械通风，则通过管道负压排风方式，由建筑外围护体系周边上设置的风口进风，组织单向气流，通过竖向管井排出室外，或是与进风口相隔适当距离，直接排向室外。详见图7，图10，图15，图18，图19，图22，图23，图24。

本发明的特征还在于，彻底摒弃当今建筑工程上常用的正压管道送风方式，不仅彻底消除管道本身使用日久，污染物积聚带来的二次污染，而且单向排风管道对建筑有效空间的占用，也比送风管道大幅减少，因而也就相应增加了有效的室内使用空间，提高了建筑工程的经济性。

本发明的特征还在于，精简光栅的框料用材，精简通风管道系统，提高建筑空间的有效利用率。由分布于建筑外围护体系上的风口进风，组织单向气流，在绝大多数情况下，与人员在建筑室内空间的分布相匹配；人具有向光性，通常总是位于沿建筑物周边的光亮处。与现行工程做法比较，在一定程度上降低工程造价的情况下，实现建筑使用性能的大幅提升。

本发明基于当今现有成熟的工业技术，特别是透明平板玻璃和电力驱动的风机的广泛使用，以及被动过滤的空气净化技术。其新颖性在于对纷繁多样的技术手段的精简、集成，和系统优化。

本发明的实用意义在于，既可以用于新建建筑，也可以用于对现有建筑的改造。使得在室外任意多变的大气状态下，建筑室内外均可自然通风或机械通风；并且，无论是自然通风或机械通风，都可以是净化通风；因而，将从根本上解决室外大气污染对室内空气质量的影响，彻底解决建筑使用过程中的新风问题，室内舒适度大幅增加。同时，由于强制机械通风的通风量可控，以及建筑外围护体系气密性的加强，将显著降低建筑使用过程中的能耗，造就超级节能建筑。与可再生能源，如太阳能、风能发电系统等相结合，最终实现建筑使用过程中能量消耗与生产的平衡。

本发明适用于所有类型需要进行内部空气调节的，供人员使用的民用建筑，诸如住宅、宿舍、教育、医疗、办公、养老、旅馆酒店、体育、交通、商业、餐饮、剧院、会堂等；也适用于有大量人员的，需要进行空气调节的工业建筑。特别是对教育和医疗建筑这样人员密集的场所，本发明将以被动防护的方式，根本解决室外大气污染对大、中、小学生身心健康的影响；单向直排式气流组织也最大限度地减少医院的病毒交叉传播。由于本发明的新风气流组织是单向直排室外的，因此，不适用于手术室、洁净室等对室内空气进行管道回流再利用的场合。

本发明对走向可持续的建筑，是根本性的系统性的技术方法，是全面优化的极其实用的技术支撑。无论是对新建建筑，还是现有建筑改造，本发明的价值都是：简明、实效、立竿见影的。

本发明对全球建筑工程界具有通用价值，是中国建筑师原创，世界首创的建筑新风系统营造方法。

附图说明

图1------风口剖视图一

图2------风口剖视图二

图3------风口剖视图三

图4------风口剖视图四

图5------风口剖视图五

图6------风口剖面图六

图7------一个房间平面图

图8------正立面图

图9------立面风口与光栅组合一

图10------剖面图

图11------立面风口与光栅组合二

图12------立面风口与光栅组合三

图13------风口与光栅平面构造详图

图14------风口与光栅剖面构造详图

图15------一个典型的住宅单元平面图

图16------住宅单元正立面图

图17------住宅单元背立面图

图18------住宅单元剖面图

图19------一个典型的教室平面图

图20------教室正立面图

图21------教室背立面图

图22------教室剖面图

图23------一个典型的医院病区单元平面图

图24------一个典型的医院门诊单元平面图

图25------装配式幕墙单元剖切示意图，嵌入条形风口

图26------装配式幕墙单元剖切示意图，板块、风口组合一

图27------装配式幕墙单元剖切示意图，板块、风口组合二

图28------单元式幕墙，幕墙单元、风口拼接示意图

索引注释：

1，通风模块，简称“风口”

2，采光单元，简称“光栅”

3，实体单元，实体非透明墙体或屋面

10，金属叶片

11， 金属板冲压、折叠成的透风阻雨构造

11a，穿孔

11b，条形冲压口

12，空气净化板

12a，净化板压条

13，风量、风向调节叶片

14，木材或塑料边框

15，金属型材边框

16，透风阻雨金属格栅

17，防蚊虫不锈钢丝网

18，金属穿孔板，兼防蚊虫网

19，实体材料穿孔板

21，三层中空玻璃

22，防腐木方

30，嵌入式条形风口

31，金属横向支撑构件

32，金属竖向支撑构件

41，排风管

42，排风机

43，排风口

44，竖向排风道

下面结合附图对本发明作进一步说明。

对于构成任意建筑外围护体系的实体单元3、采光单元2和通风模块1而言，当今的工程实践对实体单元3，如墙体和屋面的构造都已相当成熟；同时，由于平板玻璃的大规模广泛应用，采光单元2应用双层玻璃中空构造，或三层玻璃中空构造，也已十分成熟。通风模块作为建筑外围护体系的独立的构造单元，是本发明最显著的特征。故本发明聚焦通风模块，即风口1的具体构造措施。图1至图6给出了风口的几种最基本的构造方式，特别是针对风口最外侧的透风阻雨构造。

其中，图1，风口构造厚度等同相应墙体厚度，外侧的透风阻雨构造11为金属板折叠而成，最外层穿孔11a，初步阻挡雨水；内侧冲压出条形缺口11b，彻底阻挡雨滴，同时，气流可以通过；可以与墙体固定连接，也可以附加金属框，以便必要时可以开启；称之为风口的“外扇”。内侧木框14镶嵌净化板12，和风量、风向调节叶片13，木框整体可开启，称之为风口的“内扇”；当开启时，可以自然通风，当关闭时，可以净化通风。图2，外侧透风阻雨构造为金属片格栅16，内侧附加防蚊虫网17，其余同图1。图3，外侧透风阻雨构造为金属穿孔板18，叠加实体材料穿孔板19，其余同图1。图4，外侧透风阻雨构造为实体材料穿孔板19，内侧附加防蚊虫网17，其余同图1。图5，外侧透风阻雨构造为金属百叶，内侧附加防蚊虫网，其余同图1。图6，一体化透风阻雨、净化、风量调节构造，三重功能镶嵌在金属型材框内，内扇可以启闭，外扇在必要时可以启闭，通常为固定。

图7,图8,图9,图10,图11,图12,图13,图14，以一个房间的构造，来说明本发明的特征。图8，图9，图11，图12为风口与光栅的多种组合方式，图7和图11显示房间机械排风系统布置。图13和图14则详细解析了风口、光栅与实体单元相互关系的构造。房间新风有两种方式获得，一是自然通风，二是机械通风，且自然通风和机械通风都可以是净化通风。由于风口本身透风阻雨，使得室内在室外任意多变的大气环境下，均可以开启风口内扇自然通风；当外界大气为静稳天气状态，可以机械通风；而当外界大气污染，则可以关闭风口内扇以净化通风。风口外扇通常情况下是固定锁紧的，这样，建筑外围护体系通常情况下，是没有向外开启的构造，从而大大增强了建筑空间内人员的安全性。特别指出的是，本发明的风口构造和新风系统，特别适合北方的生土建筑——窑洞。

这里，结合本发明的具体实施方式，特别是针对量大面广的住宅，以及人员密集的学校、医院作进一步说明。

图15,图16,图17,图18，是一个典型住宅单元外围护体系构造，以及新风系统实施方式。外围护体系由实体单元3、采光单元2、通风模块1构成，通风模块1的面积大致相当于现行建筑物中窗框所占的面积。由于光栅2不使用框料，因而大幅减少了材料的使用；同时，由于不同材料之间总是有接缝，也就相应地大幅减少了采光单元2的接缝。

如上述一个房间一样，由多个房间构成的住宅单元，新风获得同样可以是自然通风和机械通风；且同样地，在自然通风、机械通风状态下，均可以是净化通风。当然，净化通风中，风口的净化板对风压有阻滞作用，通常需要辅助适当的机械通风。实际上，在住宅单元的日常使用过程中，厨房、卫生间的排风，如果厨房、卫生间的风口关闭，自然就会从其他房间的风口进入新风。作为一个使用单元的住宅，可以设置管道集中排风系统；同时，每个房间也可以设置自己的单独的排风系统。

图19,图20,图21,图22，是一间典型的单面走廊教室，采光单元2满足室内自然采光需求，通风模块1可以竖向或水平布置。自然通风状态下，教室两侧的通风模块1的内扇打开；当外界风压太小，无法自然通风，则打开机械通风，透过教室后部的排风口43，和排风管41，由挂在室外的风机42驱动排出室外。当外界大气污染时，则关闭风口内扇，这样，所有进入室内的空气均经过净化；除非室外风压足够大，通常需要辅助机械排风，将室内人员使用中的较为浑浊的空气排出室外。这样，就在建筑工程营造的源头上，以被动防护的方式，解决了室外大气污染对广大青少年身心健康的影响。

在室内采暖或制冷的情况下，建筑外维护体系处于较为封闭的状态，风口内扇均为关闭，主要依靠机械通风来引入新风，这样新风量是可控的，也就是说，由通风系统带走的能量是可控的，这就为建筑使用过程中的节能创造了必要条件；当然，这是在满足室内使用者最低生理需求的前提下的。

室内气流组织，在机械通风状态下，图示是从教室两侧引入新风，教室后部排风口排出。当然，也可以通过室内适当的风管布置，组织从教室一侧到另一侧的气流，甚至通过地面埋设排风口排风。对多层建筑，可以设置竖向排风道，将竖向对应的教室通过竖向排风道进行排气。对于中间走道，两侧是教室的建筑平面布局，也可以靠内走道设置竖向排风井，组织排风，这些，都是工程营造的常规，不一一列述。

图23，图24， 是一个典型的医院住院部和门诊部的布局。住院部的护理单元，通过卫生间机械排风，同时也通过中走道的风管41集中排风。这样，就无需任何送风管道，至于空气调节，只需将冷热媒管线敷设至各个房间，末端风机盘管热交换就可以了，这对门诊部也是一样。

门诊部的各诊室，通过中走道的管道41集中排风，在机械排风状态下，气流总是由外围护体系的风口1进入，经医生、患者，由内墙壁上的排风口，经排风管41，至竖向排风道44排出室外。当然，自然通风，只能是由两侧诊室经中间走道对流。

同样的，自然通风和机械通风，都可以是在净化通风状态下，因而，建筑处于全空间净化状态，根本解决大气污染对这类人员密集公共场所的影响。唯一的耗材，就是外围护体系的风口1的净化板需不定期更换。

图25，图26，图27，图28，是针对公共建筑常用的幕墙体系，如何结合本发明的风口作出的概念性解析。现代幕墙体系都是“框架+复合板快”的构造方式。依据工厂化拼装程度的不同，幕墙通常有两种体系，即装配式和单元式。图25示意，对装配式幕墙，在金属竖向支撑构件32中插入适当设计的条形风口30，就可以了。这是，建筑师追求极端的纯净形式，外围护体系只能允许有窄小的板块拼缝的情况下，条形风口30的设置。图26，图27，则示意在建筑设计允许幕墙板块内插入风口的情况下，就可以在板块内竖向或横向插入风口。图28，示意单元式幕墙，在单元拼缝处插入条形风口30；如果建筑设计考虑幕墙单元的上下板块中设置风口，就更简便易行了。

需要特别指出的是，首先，本发明是基于当今成熟的工业技术，进行的技术集成和系统优化。其新颖性在于突破传统观念，跨越专业壁垒。聚焦于风口设计，以及风口、光栅、实体单元在构成建筑外维护体系时的相互组合。基于功能、形式、材质、性能、美观等评价指标，本发明的“风口”可以衍生出多种多样的形态，本发明给出了风口的一些基本型式，但对于潜在的“风口”的多种多样的形态，发明人对此在后续的专利研发中，要求享有优先权。

其次，基于系统简洁的原则，在风口的构造中，没有采用工业技术中常用的静电除尘、水幕除尘、活性炭吸附等方法，在有特殊需要的场所，这些都是可以使用的，风口的构造厚度等同墙体，通常情况下不小于200mm，这就有足够的空间来构造各种特别的应用。

最后，要特别强调建筑的地域性特征，针对不同地理位置的自然条件，大气变化，开发相应的外围护体系构造，特别是风口的具体构造方式。如我国南方炎热多雨地区，应对台风雨；北方干燥多风地区，应对沙尘暴；长江流域冬冷夏热地区，如何构造风口、光栅，这是下一步研发的重点所在。

Claims (3)

1.陈氏新风营造法，即建筑外围护体系及新风系统营造方法；其特征在于：将传统的建筑外围护体系中“窗”的“通风、采光”功能彻底分离，在具体构造上，分别以“风口”、“光栅”取代；“风口”，具有三重功能，即透风阻雨，空气净化，风量调节；“风口”在构造厚度上通常等同于墙体；具体构造详见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图25-26、图27、图28； “光栅”，具有采光、视线、进光量调节功能；具体构造为双层、三层无框透明玻璃，内置、外置、中置调光百叶或帘幕；详见图13、图14。

2.区别于传统的集中风口采风，正压管道送新风的方式；建筑室内新风，由建筑外围护体系周边“风口”进风，以负压管道排风的方式，组织室内单向气流，直接排放至室外；同时，兼容传统的自然通风方式。

3.“光栅”既可以与实体部分组合，成为传统意义上“墙”的一部分，如各类幕墙；也可以与“风口”结合，成为传统意义上“窗”的一部分；并且，用作“光栅”的透明玻璃是无框的、固定的，仅在大面积玻璃板块分格时，增加结构支持构件。