地下建筑自然采光通风设计初探

地下建筑自然采光通风设计初探

梅银华

广东博意建筑设计院有限公司武汉分公司

       湖北省  武汉市  437000

摘要：随着我国城镇建设规模的不断加速，地下建筑的开发得到了重视。地下建筑扩大了人们对土地资源的利用效率，构成了立体的建筑格局，在减少利用耕地的同时又满足了人类不断扩展的对生存空间的需求。在我国不论是大城市，还是小城镇，其建筑规模都在不断扩大。城市化进程的加快，占用了大量土地资源，这已成为制约城市进一步发展的关键因素之一。越来越多的城市身处窘境，迫使人们的眼光逐渐由地上转向地下，以寻求一个更加广阔的发展空间。

关键词：地下建筑；自然采光；设计  

随着我国城镇建设规模的不断加速。地下建筑的开发得到了重视，地下建筑扩大了人们对土地资源的利用效率，构成了立体的建筑格局，在减少利用耕地的同时又满足了人类不断扩展的对生存空间的需求。地下建筑的建设有其独特的存在意义，对其进行采光通风设计既符合人们对生存环境的必须需求也符合“以人为本”的建筑设计理念。

一、地下建筑设计的意义

在人口数量飞速膨胀的今天，城市化进程也是一日千里，广袤的田野被鳞次栉比的钢筋混凝土“森林”所取代，一座座繁华的都市拔地而起。在人们充分享受人类社会文明发展的同时，一场残酷的博弈也在悄然展开。人类赖以生存的耕地与人类最求舒适的居所正在进行搏杀，土地资源遭强掠，直逼地价飞涨，城市环境日益恶化，人们的生存空间拥挤不堪，已然成为时下最值得关注的问题。建筑是人类文明的固化载体，不断升级的人类欲望与不可再生的土地资源直接对撞，使得地下建筑得以开发，同时地下建筑也架构起人类地上地下新的立体生存空间。既节约了耕地，又能满足人类生活的多样性、丰富性，且符合绿色低碳的理念。迄今为止，这还是一个尚未被充分认识与开发的广阔领域。地下建筑是指建造在岩层或土层中的建筑，它是现代城市高速发展的产物，起到缓解城市居所紧张的作用，地下建筑还为人类开拓出新的生活方式。在积极探讨人类面临或即将面临的困难时，更应对人与自然的和谐共处、建筑的本质进行严肃思考。从这一意义来讲，地下建筑设计理念的探讨是非常有价值、有必要的。

二、地下建筑自然采光通风设计

1、地下建筑和地上建筑。随着城市的发展，建筑施工用地日益紧张，建筑物开始向纵向发展，在市中心在过去的十几年中，各大城市市中心都树立起了许多摩天大楼。节约了建筑使用的土地面积。与地上建筑相比，在场地的使用上地下建筑有更大的发展空间，可以不破环地表建筑物和土地面积，为城市建设节约更多的地表土地面积，在隔绝作用上，比地上建筑更加优秀，从气候方面，地下可以免受太阳直射，能起到恒温保湿的作用，冬季保温效果优于地上建筑，夏季抗干燥的能力比地表建筑优秀，在噪音隔断上，地下有天然的优势，能阻碍声波的传播，同时也避免了沙尘暴、风雨的影响。地下建筑与地上建筑比较有天然的缺陷，从人们的心理接受程度上来说，对地下工作或者居住空间的接收度很低，宽敞明亮是人们一直追求的工作生活空间的条件，在自然采光方面，地下建筑并没有有效的措施能够达到地上空间的采光水平，在地下空间火灾现场的逃生与救援有着很大的缺陷，容易受到地质因素的影响，在排水、通风方面需要借助外界的能量进行疏通和推动，管理的经济效益差。长时间生活或者工作在地下空间中，容易得风湿病、呼吸道疾病，对人的身体健康有很大的威胁。所以说要想充分利用好地下建筑空间，必须要解决地下建筑的自然采光和通风。

2、地下建筑的自然采光的设计与应用。地上建筑中大部分采用自然采光，特殊领域采用人工照明的方式解决采光不足的状况。自然采光是最经济环保的采光方式，在地表以下太阳光难以直接照射，需要建设特殊的采光设施或者通道处才能实现自然采光，在自然采光不利或者不足的情况下需要进行人工补光，在地下空间的采光中若全用人工方式，那么在任何一个需要经过的区域都有人工照明设备，在环保性和建设经济性上有很大的负担，在消耗能源的同时要，企业要额外的支付一大笔人工采光费用，这需要在地下建设与自然采光设计上进行协调，在设计中融合自然采光的理念。在纵向地下建筑较浅时，一般采用的是直接采光的方式。直接采光在浅层地下建筑中的应用方式一般是开天窗的方法，将光线直接引入到地下建筑空间中采用，这种地下采光方式是最接近自然照射的方法，与地上建筑采光的效果相比较，效果不会差太多。对于地下层数少的地下建筑开天窗是最好的自然采光方式。这里可以借鉴法国卢浮宫地下室采光方式，利用开天窗的方式进行自然采光，在天窗的玻璃设计上，采用金字塔形状的玻璃倒立相扣，在太阳不同角度都能照射进充足的阳光，对地下空间的采光平均性上做到了极致，因为这一自然采光方法的实现，让卢浮宫熠熠生辉，造就了地下建筑自然采光的成功典范。在地下建筑纵向深度较大时，自然采光通过开天窗的方式是无法实现的，只能通过间接的采光方式进行，利用镜面反射的原理，光线进行多次反射，同时利用曲面镜进行聚合和分散，将光线传输到指定的区域，美国一所大学的矿业开采专业的研究实验楼，楼体主体都在地下，贯彻绿色环保的理念，地下建筑采光，80%的采光来源于太阳光，利用了与潜水艇瞭望镜一样的原理，将光线传输深入地下。光纤传导技术是由我国科学家高坤发明的，现阶段光纤材料价值很高，但是在光线传播中的效率与路线的调控方面十分出色，占用的空间少投入的设备简单，不易损坏，能够在狭小的空间内随意的转向，并且不影响光线的传输，在多层地下建筑的自然采光中被广泛利用。

3、地下建筑自然通风的设计及应用。由于地下空间的封闭性，地下建筑中产生的不良气体不容易的到扩散，对人的身体健康有较大的影响，解决好地下建筑的通风问题是有效利用地下空间的前提。现代地下建筑通风一般采用机械带动通风方式，保持地下建筑的空气质量达标，人工通风不利于经济性和环保性的发展理念，使用成本、保养成本、建设成本过高阻碍了地下空间的合理利用。地下建筑自然通风的方式主要有三种，第一种是开天庭的方式，天庭的平面很大，也是为了自然采光的考虑，同时兼顾地下建筑的通风，天庭的通风原理是利用热压形成自然风。第二种是建设风塔的形式，风塔是由两部分构成竖直井身和风扇叶，在通风不畅的地下空间，利用风扇叶形成气流的流动加速地下建筑的空气流通，在公元前的古埃及就利用这种方法，进行空气的流通。第三种是通风井的方式，通风井的建设构造与烟囱相似，利用烟囱对热气流的提升效应，实现封闭空间的空气对流和交换，通风井的利用一般要有抽风设备，在气流的循环开始要起到推动和引导作用，地下建筑与地上建筑有一定的温度差，地下建筑夜晚有保温作用，地下空气温度会高于地上，白天地面温度高于地下，这种温度差是通风井的原动力，在动力装置引导气体流动的通道，实现地下建筑的自然通风。在现在地下建筑通风中利用机械辅助实现自然通风是最有效、环保的通风方式，在节能与地下建筑通风效果显著。

地下建筑有与地面建筑相比明显的劣势，因而为了完善地下建筑的实际使用对于地下建筑室内进行通风采光设计无疑是必要的。通过分析了地下空间优势与缺陷，结合人们对地下空间的认识态度，说明了地下空间的利用价值，从环保与节能的角度讲述了自然采光及通风在地下建筑中的应用。

参考文献：

[1]陈胜男.结合建筑节能谈谈地下建筑空间的人性化设计[J].科技信息.2018(01)

[2]冯巍,李慧敏,赵景伟.太阳能光导采光技术在地下建筑中的应用[J].四川建筑科学研究.2017(02)

[3]吴正旺.结合自然通风与采光的北方城市地下空间生态设计[J].华中建筑.2018(10)