地下建筑空調系統設計對環境影響范文
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隨著城市商業的迅猛發展,城市也日漸繁榮,但同時由于商業用地的急速擴張給城市交通、環境等帶來了一系列的問題,日益增加的土地租賃費用也增加了城市商業的交易成本,城市有限的商業容量和不斷膨脹的人口和消費需求之間的矛盾逐漸突出。國內各大城市在為商業的擴張拓展新的空間時不約而同的想到了地下,興建了大面積的地下商場、地下商業街等。由于天然光線并不是商業活動的必要條件,人們在商業空間中滯留的時間相對較短,利用地下空間進行商業活動有一定合理性。在氣候條件惡劣的地區,在地下空間進行商業活動可以避免外界氣候的影響,因而地下商場在我國北方地區的盛行有一定必然性。地下商業空間作為特殊條件下的人工環境,與地面空間相比,在空間環境的創造上具有很大的局限性,處理不當,容易使購物者甚至身處地下的經營者產生許多消極的心理反應,不利于形成促進商業活動進行的心理環境。在形成地下環境心理的諸多組成要素中,方位感,安全感和舒適感是最重要的三個基本要素[1]。其中方位感的建立有賴于建筑設計師合理有效的空間分割和結構安排,而本文旨在運用環境心理學原理和空調系統設計的實際工程經驗,就合理的空調系統的設計在形成地下環境心理安全感和舒適感中的重要作用做一論述。
1地下商業環境異于地面商業環境的特點
1.1空間環境不同于地面建筑通過“圍”的方式構筑空間,地下建筑是通過“挖”的方式來開掘空間的。在“圍”成的空間中人們可以與外界進行良好的交流和接觸,溫暖的陽光、和風細雨、遠山飛鳥等千百年來人們習以為常的自然景觀,使人們在時空環境中很方便的定位尋求到歸屬感;而在“挖”出的空間中則缺少這種交流和接觸,人們在一個相對封閉狹小的空間中很難完成生物意義上的自我定位,反而因為相互間物理距離的逼近加重了個體在社會意義上定位的緊張與焦慮。在商業活動中,人與人之間的交流主要以商品為媒介通過討價還價展開,人與人之間的關系是穩定而易于確認的。人們在地下商業環境中的不適或焦慮主要是源于缺乏自然的參照物。這就要求在地下商業空間的開發利用過程中必需考慮適當地引入地面的自然景觀,處理好由地面到地下的過渡等建筑上的問題。對于地下空間的室內環境而言就有必要有針對性的做一些人性化的設計。
1.2空氣環境地下空間處于蓄熱能力較強的土壤和巖石的包圍中,其室內環境完全為人工創造,與開放性的地面空間相比,其室內空氣環境有如下特點:
(1)終年氣候變化不象地面那樣四季分明。
(2)無室內外熱壓差、風壓差的作用,無自然通風,空氣惡化時無法通過開窗加以解決,這也是地下空間室內空氣容易惡化的一個重要原因。
(3)某些巖體可能滲透出的氡及其子體,發射α射線和β射線,對人體有較大的危害。
(4)濕度比較大,細菌容易繁殖;冬季陰冷潮濕,容易誘發關節炎等疾病。地下空間濕度高的一個主要原因是墻壁的滲漏水,即使墻體有良好的防水措施也會滲水。
(5)地面環境CO2可以自然稀釋,但地下空間CO2很容易積聚,需人工排除。
(6)由于空氣流通性較差,地下空間產生的一些異臭往往不易排除,令人厭惡、難受。長期在惡臭環境中活動對人的身體健康有明顯影響,嚴重時甚至會損傷腦神經,導致植物性神經系統紊亂。地下空間的異臭來源通常是建筑材料因長期潮濕而發霉腐爛,某些機械設備附帶材料發出的氣味,人體新陳代謝的排泄物,廁所、藥品等發出的異味。地下空間空氣環境中的一系列問題通過良好的空氣調節系統的設計可以得到較好的解決,下文將詳細說明。
1.3聽覺環境地下空間雖然少了地面環境中常有的各種噪音———如車輛行駛聲、喧嘩的人聲等,但由于空間封閉,通風空調、變配電、水泵等機械設備運行的噪音不易消散,如果不加以適當的處理,將迫使處于其中的人與這種低沉、持續的噪音朝夕相伴。地面的噪音人們習以為常,一般不易引起特別的不適感,地下建筑的噪音單調持久,對人的影響更大。空調系統中的主要噪聲源是通風機。噪聲的強弱和頻率與許多因素有關,尤其與葉片型式、片數、風量、風壓等參數有關,按照風機的大小和構造不同,噪聲頻率大致在200~800Hz范圍內。
2地下空間環境心理的構成環境心理是指人們對周圍環境(本文主要指物理環境)的感知反映到大腦并在意識中形成的綜合環境觀念,它受人們當時的心理狀態、個人閱歷等因素的影響。地下商業建筑因其在空間環境和室內環境上具有的獨特性,在環境心理的形成上更具復雜性和特殊性。以下將對構成地下空間環境心理的幾個組成要素分別加以說明:
2.1方位感空間方位感是指人們通過對周圍環境相對物體的空間關系、位置的判斷而形成的對自身在空間所處位置的知覺。心理學認為判斷自身在環境中的位置是人最基本的生物性需要之一;人們通過這種自我定位過程,可以在個人外部世界概括的環境意象中產生全局的聯系。人們這種對自身方位的判斷可以滿足在地下環境中的心理安全感和活動、交往、購物的需求。當人們被感知到的信息表明一切都處于控制之下,符合人的期待,就會感到放心;反之,如果人們無法根據環境提供的信息確定方位時,就會感到不安。
2.2舒適感人體對某一環境的舒適感評價不僅與空間的熱濕環境、人體的熱平衡有關,還與空間的光環境、室內布置和人的主觀感受等有關。為便于敘述,本文所指的舒適感僅指熱舒適感。借助于人體熱舒適方程可以用PMV(預期平均評價)或PPD(預期平均不滿意百分率)指標來描述和評價空間的熱環境。該指標綜合考慮了人體活動程度、衣著情況、空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流動速度和空氣濕度等六個因素,一般認為PPD<10%,也就是說PMV值在-0.5~+0.5之間時,房間的舒適度滿足大部分人的要求。
2.3安全感由于地下空間的封閉性和隔絕性,如果內部發生自然災害(如火災、地震等)相對于地面建筑更具危險性,救災工作更難進行,具體表現在:(1)如果地下空間的布局和出口系統過于復雜,缺乏易于辨識的標志系統,會導致疏散時間長,疏散時人們的慌亂以致造成不必要的損失。(2)電源被切斷后,如又無應急光源,則地下空間因為無自然光提供光線,也無外界景物可作參考,極易迷失方向。(3)救災人員無法通過窗戶觀察地下空間內的情況,給救災帶來困難。(4)人在地下空間內疏散時,人們必須沿樓梯向上而不是向下,必須付出更多努力。(5)火災煙氣的水平流速為0.5m/s、垂直上升速度為3~5m/s,而人的水平速度為1m/s、垂直速度僅為0.3m/s,因此一旦著火,人很難迅速離開火災現場時,受煙氣損害最大[2]。(6)在某些情況下,易燃氣體可能在地下結構周圍聚集,導致發生爆炸。(7)由于地下空間處于地面以下,噴水龍頭滅火以后,積水不易自然從建筑物中排出。(8)封閉的地下空間內,火災發生后,火源附近氧氣可能被耗盡,一旦空氣涌入,還很有可能發生“回爆效應”。所有這些因素都造成了人們對地下空間的顧慮。此外,地下空間比較陰暗的環境也容易引發人本身一些不良的心理,甚至導致一些人為破壞和犯罪活動,這些可能造成巨大的生命財產損失,也促成了人們對地下環境的恐慌。用A.J.Ringstad的“恐懼反應”可以解釋人們在進人地下空間后普遍存在的恐懼和不安心理。他認為造成人們在地下空間中的“恐懼反應”有兩個必要的條件:①恐懼和逃避某種刺激的生物準備。②后天的經歷強化了這種逃避意識。由于地下空間特有的一些如封閉、陰暗等物理環境特征,以及歷史、文化、民俗等社會環境狀況,人們具備了恐懼反應的生物準備,如果遇到足夠的外界刺激,就會喚起這種潛意識,從而引起“恐懼反應”,并且反應的強烈程度與人們在地下空間感覺受控制的程度有很大關系[3]。由社會、歷史、民俗等社會原因造成的人們對地下環境的負面評價需要一個長期的改善和適應的過程,但由于人們對地下空間安全問題、災變前的預警以及發生災變時的逃生問題等等則是可以通過良好的設計解決的。
2.4時間感由于缺乏參照,處于地下空間的人季節感和時間感都比較薄弱。因為建筑設備對時間感的影響較小,本文不作詳細敘述。
3空調系統在改善地下商業空間環境心理中的人性化設計
地下環境是一個與地面空氣隔絕的人工環境,地下室內合適的溫濕度、充分的通風換氣以及室內舒適感的建立等很大程度上依靠空氣調節;尤其對于地下商業空間而言,為了消除人們對地下環境的不良印象、確保商業活動的正常進行,良好的室內空氣環境必不可少。因此在空氣調節系統的設計中就要考慮改善地下心理環境的措施。一般說來,地下空間由于受外界氣溫的影響較小,容易得到比較合適的溫濕度環境。在設定全年地下空間溫濕度時,還必須考慮地下商業人員活動的規律和客流密度的日變化。又由于地下空間終年不見陽光,季節感和時刻感都比較淡薄,有必要適當提高標準。一般夏季溫濕設計條件為溫度23℃~27℃、濕度40%~50%;冬季為溫度16℃~20℃、濕度30%~40%。地下商業空間一般設在地鐵出入口或者廣場附近,盡管客流量比較大,經過地下商場的行人有意購買的只占少數[4],商家會想盡一切辦法抓住那些無目的的參觀者。這就形成了地下空間空調負荷組成異于地面商業建筑的特點。
3.1空調系統冷(熱)負荷
(1)建筑負荷所占比例較小。由于地下商業空間處于蓄熱能力較強的土壤和巖石的包圍中,熱穩定性較強,一般而言如果商場埋深在1.0m以下時,對于舒適性空調而言,圍護結構占總散熱量很小,可忽略不計[5]。
(2)照明負荷所占比例較大。一方面,地下商場的服務對象是適應了自然光的顧客,他們從自然光環境進入地下商場的人工照明環境,為了不至于讓身處其中的經營者和顧客產生陰暗的感覺和烘托商業氛圍,地下商業環境的設計平均照度都比較大,一般≥300lx[6];另一方面根據視覺心理學原理,地下商場營業廳在布置、裝飾、陳列設計時應采取適當的措施,盡量突出商品,增強商品與背景的對比,以促使顧客引起對商品的“注意”。這些措施都會使地下商業環境中的照明負荷增大。
(3)人體負荷。商業環境的人體負荷主要決定于客流密度,對于建在地鐵出入口或廣場附近的地下商場來說,客流密度變化的規律與一般的地下商業空間又有區別,較難確定。根據筆者對上海市大型超市人流密度的調查以及多項大型超市空調工程設計的實踐經驗結合地下建筑的特點,人流密度可按表1取值。
(4)新風負荷。按《人民防空地下室設計規范》中的規定:平時商場人均新風應大于15m3/h,過渡季節采用全新風時,人均新風量不宜小于30m3/h。對地下空間舒適感影響最大的莫過于新風,為了強化地下商業環境的舒適感,可適當的加大新風的供給量。
(5)負荷組成。綜合來說,地下商場與地面商場相比,冷負荷減少并不明顯,典型的地下商場冷負荷組成規律如表2。
3.2冷熱源的選擇由于地下建筑的造價遠高于地面建筑,因此建筑物的層高較低,空間較為緊張。選擇冷熱源應在滿足建筑總的冷熱負荷需求的前提下,優先選用體積小、效率高、噪音低、便于安裝的設備。為保證商場內空氣質量,應采用帶中效過濾器的組合式空調器。
3.3空調方式及氣流組織地下商場一般層高較低,風管敷設空間受到限制,因此集中式全空氣定風量空調方式是地下商場通風空調設計中最常用的方案。氣流組織一般采用上側送或頂送,并采用局部集中回風方式,減少回風管的長度和風管安裝的空間;散流器的送風速度可適當加大,在某些部位可讓人有明顯的吹風感,甚至可以在送風中加入特殊的花香活草香,以方便身處地下環境的人們定位,加強送風的自然風效果,減輕人們在地下環境中的不適感。
3.4消聲隔振為了改善地下空間的聽覺環境,必須將產生噪音源的風機房、電機房、水泵房等布置在遠離功能中心和其他需要安靜的部位,在建筑上也應作適當隔音處理;風機機座必須設置減振裝置;管道系統必須設消聲器。在噪音聲量不大的地下環境配備悠揚的背景音樂,也是一個較好的處理方式,將人們的聽覺注意力吸引到樂曲中去,從而使人們“忘記”設備發出的嗡嗡聲。
4總結
近年來,我國在地下環境空氣調節系統的人性化設計方面的研究進行得比較多,但與日本、歐美等國家(地區)還有較大的差距。日本、歐美經濟實力強,對地下環境空調系統的研究重點已超越對舒適感的簡單要求,而是集中在社會精神需求上,探索地下環境中人類心理反映的淵源。我國現有的地下商業建筑一般由平戰兩用人防工程改造而來,其設計標準普遍偏低,人們在地下空間的生理需求尚不能得到完全滿足,在地下工程中空調系統的人性化設計還考慮得很不夠。希望本文通過空氣調節技術中對地下環境心理中的舒適感和安全感的論述有助于我國地下空間的開發利用,有助于我國空調系統人性化設計概念的推廣。