为了帮助保持肯特学院大厅的舒适条件，空气使用五个巨大的地下混凝土室进行冷却。 安迪·皮尔森 (Andy Pearson) 与工程师 Brinson Staniland Partnership 谈论迷宫式通风系统的工作原理

     当詹姆斯·斯坦尼兰 (James Staniland)在 2012 年 4 月的 CIBSE 期刊 上阅读华威大学数字实验室 关于地球迷宫的使用时，他认识到该系统具有无需机械冷却即可预冷大量外部空气的潜力.

       八年来，他作为合伙人 Brinson Staniland Partnership (BSP) 的实践正在使用地球迷宫式自然通风解决方案来帮助维持坎特伯雷肯特学院大厅的舒适条件。

      大会堂由建筑师 HMY 与 BSP 合作设计，旨在为学院提供专业品质的音乐和戏剧表演空间以及学院集会设施。 11m高的大厅最多可容纳600人就座于摊位和一楼圈。

有五个巨大的混凝土室

     “使这个装配空间通过迷宫式冷却有利于自然通风的两大驱动因素是其相当高的高度以及来自观众和舞台灯光和调光器机架的高内部热量增益，总计约 63.5kW，”Staniland 说。

      从外部看，大厅的砖墙和倾斜的灰色立缝屋顶使其外观低调。 这是一个在内部延续的主题，具有相对坚固但美观的外观，源自表演空间的裸露砖和木材饰面。 大厅呈南北轴线，舞台朝南。 因为它是一个多用途空间，围护结构包含了一个重要的玻璃区域，尽管开窗主要集中在北立面和东立面，那里的太阳能热增益不是什么问题。

接地管道

       接地管道是自然通风系统性能的基础，可让大厅在夏季保持舒适。 外部空气从南面通过五个巨大的地下混凝土室进入建筑物，每个室宽达 3.5m，深达 2m。 管道的横截面积设计得足够大，使空气几乎可以畅通无阻地通过。

    “使用自然通风系统，您通常只能承受大约 0.5Pa 的最大压力，”Staniland 说。

     在夏季，地面相对恒定的温度约为 12°C，将确保房间墙壁的温度保持在接近地面的温度，以帮助冷却进入建筑物的室外空气。 将进气口分成五个独立的管道有助于增加管道与空气接触的面积，最大限度地提高热传递，并有助于对送风进行分区。 每个管道还包含一个可调节的电动风门，以进一步控制进入空间的室外空气量。

大厅舞台，在高层设有 MMV 单元，在前面设有侧壁供应格栅

    为了最大限度地提高与室壁的热交换率，管道的尺寸经过调整，使流经它们的空气移动得足够快，使其能够从层流转变为湍流。 '一旦超过 0.014m 的空气速度，气流就会变成湍流 。 Staniland 说，迷宫中的 s  -1 ，它会在风门打开的大部分时间里这样做，以最大限度地传热。

     确保空气畅通无阻的缺点是，混凝土接地管道对外部噪音的通过几乎没有阻力。 用吸音材料衬砌混凝土管道是一种解决方案，但这会显着限制它们调节外部空气的能力。 相反，学校采取了常识性的方法，确保在大厅用于表演时，地勤人员不会修剪进气口附近的草坪。

     五个进气室将表演舞台下方的空气输送到设置在大厅地板和礼堂墙壁低层的送风格栅。 没有高水平的室外空气供应，因此——为了让圈内的观众感到舒适——它的底面一直敞开着，空气可以从一排排座椅下方的阶梯升降器中的开口上升并排出。

    浮力通过六个安装在屋顶的通风装置将污浊的空气向上排出大厅； 当建筑物处于夏季自然通风模式时，它们会像烟囱一样打开。 “在炎热的一天结束时，大厅屋顶下方的空气将在 35°C 到 40°C 之间，这对浮力有很大的贡献，”Staniland 说（参见面板，“混合模式通风装置” ）。

造型

     BSP 使用基于 7 月一周的动态模拟对该方案进行建模，当时天气温暖，学校每天将使用大厅进行表演。 BSP 的助理 Gearoid Donnelly 说：“我们决定将圆环后面的目标干燥温度设为 28°C，这是最高观众座位的位置。”  系统有效； 模型显示，即使在最热的一天，该位置的温度也会达到 26.5°C 的峰值，Staniland 表示团队对此“非常满意”（参见性能周图表）。

     相同的接地管道/屋顶通风系统用于整夜清除建筑物的热量。 傍晚时分，接地管道和混合模式通风 (MMV) 郭鹏学暖通装置中的风门完全打开。 大约 18°C 的凉爽夜间空气将穿过建筑物，从进气管道的混凝土墙和大厅内表面带走热量，包括大厅清水砖墙的暴露热质量。

     在夏天的早晨，学校集会将在凉爽的大厅举行。 在一天中的这个时候，系统将在 CO  2 传感器的 控制下运行 ，同时调节土管和屋顶单元中的风门，以控制通过空间的气流速度。 该系统将全天以这种模式运行，保持关闭以保持空间凉爽，只有在礼堂被占用且 CO  2 水平上升 时才会打开 。 该系统的性能在 RIBA 第 4 阶段使用计算流体动力学建模，以显示空间温度分布并证明设计的有效性。

      冬季不使用接地管道； 相反，室外空气仅使用 MMV 单元供应到空间。 在冬季，MMV 装置根据外部空气温度以两种模式之一运行。

建造中的迷宫室。 前景中的自然对流，背景中的调节阻尼器，侧面的侧壁格栅和头顶的地板格栅

    当天气相对温和时，外部空气温度为 12°C 或更高时，MMV 单元中的风扇将保持关闭。 分体风管的一半将继续作为烟囱从大厅排出温暖的陈旧空气，而另一半风管将作为室外空气供应管道。

     进入大厅时，密度更高、温度更低的室外空气会下沉到地板上。 当它这样做时，它会与温度在 35°C 左右的温暖室内空气混合，被困在大厅的屋顶下。

     “通过自然混合，您将热空气与在重力作用下下沉的供应空气一起吸入，因此您正在利用热空气，否则这些空气会浪费在加热屋顶上，”Staniland 说。

     “当冷空气到达坐在画廊里的人的脖子时，它会夹带大量周围的空气，因此温度会升高以避免引起不适，”他补充道。

     在第二种冬季模式下，当室外气温低于 12°C 时，MMV 装置中的风扇将运行以帮助将较冷的空气与温暖的内部空气进行预混合，以防止其产生冷气流，而无需从大厅的两个小型壁挂式燃气锅炉预热。

     冬季使用连接到翅片式自然对流器的低温热水系统向大厅供应热量。 它们隐藏在相同的格栅后面，夏季用于向空间供应冷空气； 有效地加热隐藏在迷宫式送风管道中。

     季节性调试已被用于优化各种系统的性能。 BSP 还与学校的设施经理一起远程监控系统，以确保其有效运行。 Staniland 说他肯定会做另一个基于地球管道的计划。

    “像这样的系统最初确实需要进行一定程度的调整，”他说，“但是，一旦它启动并运行，就不会出现太多问题，因为我们将其设计为易于操作。” 

项目团队

客户： 坎特伯雷肯特学院
机电工程师：  BSP
建筑师：  HMY
结构工程师：  CTP 咨询工程师
剧院专家：  Adrian James Acoustics
项目经理/QS：  Fulkers Bailey Russell