自然通风的阿姆斯特丹微风酒店

阿姆斯特丹的 11 层微风酒店拥有独特的自然通风系统，该系统使用太阳能烟囱和喷入竖井的水滴来移动建筑物周围的空气。 安迪·皮尔森 (Andy Pearson) 与该概念背后的学者 Ben Bronsema 博士进行了交谈，并探讨了他的“地球、风和火”理论如何成为现实 。

阿姆斯特丹微风酒店

        阿姆斯特丹微风酒店拥有 198 间客房，是一座开创性的超低能耗建筑。 由 Amstelius/Dutch Green Company 与 Borghese Real Estate 联合开发，它是世界上第一座使用由工程师 Ben Bronsema 博士构思的“土、风和火”自然通风概念的建筑。 因此，它避开了机械系统，转而使用阳光、风和水来加热、冷却和通风所有 11 层楼。

     Bronsema 在研究了非洲白蚁如何将其土墩的内部温度保持在恒定的 30°C 后，受到启发，开发了这个概念，即使外部温度从正午阳光下的 50°C 波动到夜间几乎为零。 “我想，我们能不能像白蚁那样建造建筑物，使用自然空调来避免对风扇的需求？”  Bronsema 在 2013 年的一次 TEDx 演讲中说。

    他思考的结果是地、风和火的概念，后来成为他在代尔夫特技术大学攻读博士学位的主题。 作为研究的一部分，Bronsema 使用简单的计算模型开发了自然空调概念。 这是使用计算流体动力学改进的，并使用概念元素的实验模型进行验证。 Breeze Hotel 是第一座利用这一概念的建筑，Bronsema 正在与安装顾问 Green Building Engineering 和承包商 Van Delft 合作开展该项目。

    当酒店今年夏天开业时，一些细心的客人可能会注意到西南立面上的两根玻璃柱，它们从底层上升到 33m 高的建筑屋顶。 这些是太阳能烟囱，有助于驱动建筑物的自然空调。 在计划中，每个烟囱深 0.65m，宽 3.5m。 每个烟囱的前部和侧面都装有玻璃以允许阳光照射，而后墙则由安装在绝缘材料上的黑色光伏板组成； 这些设备每年可产生 18,000 千瓦时的电力。

    阳光使太阳能烟囱中的空气变暖，使其以大约 1.5m·s  -1 的速度 上升， 直到到达屋顶。 这会在烟囱底部形成一个低压区域，Bronsema 利用该区域将建筑物中的陈旧空气吸入烟囱。

      在太阳能烟囱的顶部，温度可高达 60°C 的暖空气在排放到大气之前通过一个热回收系统来捕获热量。 估计双太阳能烟囱的年总热能产量为 101 MWh。

     捕获的热量以相对较低的温度储存在水中。 这些水可用于直接加热建筑物和生活热水 (DHW) 供应，或通过热泵间接加热，这将提高其温度。 酒店 10 楼设有 10,000 升 DHW 储水罐。郭鹏学暖通 烟囱非常高效，在阳光明媚的日子里，酒店并不需要它们产生的所有热量 - 因此捕获的热量储存在建筑物下方的地下，用于在冬天通过热泵为建筑物供暖.

     取代太阳能烟囱排出的空气的新鲜空气被吸入酒店的屋顶，进入“气候级联”。 这是一个垂直的竖井，穿过建筑物的中心——从屋顶到底层——通过安装在竖井顶部的九个喷水器，根据需要冷却、加热、干燥或加湿通风空气。

     从建筑物下方的钻孔中提取的水全年以 13°C 的相对恒定温度喷洒到空气中。 “下落的水滴的高传热系数——以及喷雾中数百万个水滴的大活性表面积——确保气候级联能够在空气和水之间的极小温差下运行，”Bronsema 说，他描述了气候级联作为“重力激活换热器”。

       在夏季，喷水可以将室外空气从 28°C 冷却到 18°C。 当它冷却时，它下沉到轴的底部，空气的向下运动通过从水滴到空气的动量传递而得到加强。 用水喷洒空气还具有从空气中洗涤微粒的作用，从而清洁空气。 “这种空气动力压力，连同液压和向下的热气流，使风扇变得多余，”Bronsema 解释说。

      随着冷却空气下沉，级联底部的压力增加，Bronsema 使用它将冷却的新鲜空气输送到房间内。

     在冬天，喷水相对温暖以加湿送风。 加热器电池安装在梯级的底部，可提高供应给房间的空气温度。

     '注水温度全年13℃； 在夏季，这会产生冷却效果，而在冬季，它会加热空气并对其进行加湿，”绿色建筑工程负责人 Ronald van Luijk 说。 喷洒的水在气候级联的底部收集并通过水处理装置泵送以供再利用。

    气候级联和太阳能烟囱仅产生适度的压差来移动通风空气，这意味着风管必须比传统机械空调系统具有更大的尺寸，以最大限度地减少系统中的压降。 “送风和排气系统都装有轴流风扇，以在必要时辅助气流，”Van Luijk 说。

    通过气候级联将空气吸入酒店并通过太阳能烟囱排出的系统使所有房间和公共区域都能够通过自然方式通风，而无需机械通风。 新鲜空气通过大型管道系统提供给每间客房，以最大限度地减少压降。

     “管道设计得尽可能大以减少压力损失，空气通过一个定容阀引入每个房间，”Van Luijk 解释说。 风机盘管使客人能够控制房间内的温度和气流速度。 “当客人离开他们的房间时，条件会恢复到节能状态，”他补充道。

    根据 Bronsema 的说法，他的系统通过建筑方式确保自然“栖息”在建筑中——而且由于建筑设计是自然空调概念成功的基础，工程师和建筑师必须从一开始就一起工作。 “是建筑师将建筑物的设计塑造成‘气候机器’，”他说。

    自然空调系统使用的能源最少，而最大的能源消耗者是将钻孔水输送到气候级联顶部喷头的泵。 当室外温度或相对湿度允许时，通过关闭喷雾可以使系统更加节能。 “我们只需要一个小泵就可以将水泵送到喷雾器中，”Bronsema 说。

     “对于这样的酒店概念，我们必须根据良好、紧凑的平面图设计一个非常高效和现实的建筑，以实现对所有替代能源系统的最大投资，”该项目的建筑师、总监 Wouter Zaaijer 说 在建筑师办公室 OZ。

      该建筑的设计几乎可以实现能源自给自足。 虽然自然空调系统使用的能源很少，但其他让客人感到舒适和吃饱的系统确实使用能源，主要由光伏 (PV) 面板产生的电力提供。 事实上，酒店几乎完全覆盖着光伏板。 屋顶和所有墙壁——除了东北立面——都被光伏覆盖，甚至从建筑物前面突出的天篷也有它们。

在气候级联中，用于通风的空气根据需要通过九次喷水冷却、加热、干燥或加湿

     太阳能电池板产生的电力是太阳能烟囱中光伏发电的补充。 “我们必须设计一家酒店以适应城市规划，这会产生大量能源——几乎与我们使用的能源一样多，” Zaaijer 说，他将光伏描述为“不是最好的外墙材料”。 因此，OZ 与玻璃行业合作开发了一种银/黑色面板玻璃，以形成 PV 覆层板。

     Zaaijer 说：“它们稍微重叠，以帮助打破平坦的覆层，所以我们没有坚固、坚硬、闪亮的蓝色建筑，而是一个迷人的酒店。”

     为了最大化可用于能源生产的区域，窗户尺寸一直保持在最佳位置。 主立面大多面向东南。 '我们不希望窗户太宽，但我们希望客人有一个愉快的视野，所以我们设计了垂直的窗户——高到天花板以让最大的日光进入，而低到足以让客人让他们自己做一个与广场的连接，” Zaaijer 说。

      “土、风、火”概念适用于大多数新建筑，只要风和太阳的影响不受周围建筑的阻碍——例如，太阳能烟囱不应被其他建筑或植被遮蔽。

      Bronsema 和他在代尔夫特理工大学的同事们对现有建筑进行了虚拟案例研究，结果令人鼓舞。 他们发现地球、风和火的概念可以将空调系统消耗的能源减少 40-60%，其余的需求由屋顶风能和太阳能发电厂满足。

      如果不包括太阳能烟囱的成本，则使用该系统的成本类似于传统空调酒店。

      Breeze Hotel 定于今年夏天开业——尽管可能应该在 9 月开业，以纪念 Earth Wind & Fire 的大热。