捕风器与夜间通风蓄冷，快速降温

在低层高密度建筑区，由于建筑物对风的阻挡，很难使每栋建筑都有良好的通风，在这种情况，可利用捕风器。捕风器常置于屋顶上将空气从高处引入室内。利用捕风器有以下优点：一是因其位置高、面对的风速较大，获得相同通风量时，捕风口面积可比通风窗面积小；二是可捕捉任何方向的风，对建筑朝向没有严格要求。

在卡塔尔多哈城的卡塔尔大学，很多建筑物采用了八角形的形式（见图5-87），其顶部装有一个正方形捕风器，可四面捕风（见图5-88）。哈桑·法塞在设计埃及New Bariz的露天市场时，考虑到庭院迎风一侧的商店对后面商店的通风有阻挡，他借鉴了传统建筑中的捕风器，设计了一系列高耸且不定向的捕风器，将风直接导入后面的商店下面两层；出风口上还装有倾斜的金属百叶风帽，以形成文丘里抽吸效应（见图5-89）。

设计捕风器时，首先，要注意的是降温月份的风向，可从当地风玫瑰图得到。然后，选择合适的捕风器，各种捕风器的形式和效率见图5-90。当风向恒定时，用埃及型捕风器较为合适；当风向在90°角的扇形范围内变化时，用巴基斯坦型捕风器较为合适；当风向变化为180°时，用伊朗型两面捕风器较为合适；当风从各向吹来的频率近乎相等时，用伊朗型四面捕风器较为合适。捕风器的捕风效率是指实际捕风量与理想捕风量之比值，理想捕风量为迎风口断面与风速之乘积。

图5-87　密集排列的卡塔尔大学八角形建筑［54］

图5-88　卡塔尔大学八角形建筑上的捕风器［54］

图5-89　埃及New Bariz的露天市场剖面［54］

再次，是要注意捕风口的大小。可根据设计风速和建筑物得热量用图5-91来估计捕风器开口大小。该图是基于假设室内外温差为1.7℃、风向入射角在0°到40°之间而得到的。如果室内外温差比1.7℃小或大，开口按温差比例增大或减小，即乘以比值1.7/ΔT，ΔT为实际室内外温差值。关于建筑物日得热量的估算，请参阅附录H“建筑物热量得失的估算”。对于多向开口的捕风器设计，每个方向的开口面积都应足以带走建筑物的热负荷。单一方向的捕风口面积不应大于捕风塔的断面面积，而作为出风口的可开关窗户，其面积一般为进风口面积的两倍。

图5-90　各种捕风器的形式和效率

图5-91　捕风器捕风口面积的确定(www.xing528.com)

利用夜间通风蓄冷来冷却建筑物的典型实例，是津巴布韦的哈拉雷（Harare）Eastgate大楼（见图5-92、图5-93）。在该楼中，只有一、二层商店使用了机械空调，而上层狭窄的办公区，全部用夜间通风蓄冷来降温。蓄冷体主要是地板和天花，其形状设计成凹凸形以增加与空气的接触面积。空气在风机的作用下首先进入中心庭院，然后向上经由32根垂直送风管水平分散到各层地板下面的间隙。夜晚，通风换气次数为7次/h，空气流经地板间隙冷却蓄冷体，然后从房间下部靠窗位置进入室内，沿对角线流过房间进入中心的汇集风管，最后由屋顶风塔排出。白天，风量减至能满足人们对室内新鲜空气的要求即可。图5-93是哈拉雷Eastgate大楼典型办公室的剖面图。

利用夜间通风和蓄冷体进行降温时，首先要注意的是蓄冷体的表面积、厚度、密度及其比热，因为它们是蓄冷能力的主要限制条件。蓄冷体的表面积与地板面积比值通常在1∶1和3∶1之间。

可以用图5-94和图5-95来估算蓄冷体的蓄冷能力，或根据所需要的冷却能力估算蓄冷体的面积。首先，根据气候条件，找到夏季夜间室外空气的最低温度Tmin，一般为日出前的温度值；然后选取舒适温度Tcom，求出温差ΔT=Tcom-Tmin-3，Tcom通常取27℃，也可以规定为其他舒适值（27℃是舒适温度最高值，而蓄冷体的最低温度大约比室外最低气温高3℃）；最后，将ΔT代入图5-95的左横轴，向上对应到蓄冷体材料线，从交点水平向右可得单位面积蓄冷体的冷却能力；如果已知蓄冷体面积与地板面积之比，则从交点垂直向下与右横轴相交，即得到相对于地板面积的总蓄冷能力。

图5-92　津巴布韦哈拉雷Eastgate大楼剖面［54］

图5-93　哈拉雷Eastgate大楼典型办公室剖面

图5-94　通风蓄冷进风口面积确定

图5-95　蓄冷体蓄冷能力估算

其次，要注意通风口的大小和通风量的多少。可以用图5-94来估算进风口面积。在纵轴上找到对应的风压通风风速或热压进出口高差，水平对应与相应的曲线相交，从交点向下可得进风口面积与蓄冷体面积之比值。

图5-95是基于室内外温差为1.7℃、风压通风风向入射角为0°～45°得到的。温差大于或小于1.7℃时，进风口面积大小需调整，请参阅附录I“风压、热压、混合通风冷却能力的估算”。

值得说明的是，由于暖空气上升，天花板和墙壁比地板容易吸收热量，所以用天花板和墙体作为蓄冷体效果更好。如果蓄冷体被置于人们看得见的地方，人体还会向其辐射而散热。值得一提的是，蓄冷体必须置于阴凉处，避免夏季阳光直射；另外，蓄冷体也可用作承重结构，从而发挥双重功效。