自然通風(fēng)技術(shù)在建筑節(jié)能方面的實現(xiàn)方法

摘要：自然通風(fēng)是建筑節(jié)能的一種有效手段，對于降低能耗，提高室內(nèi)舒適度都有若非常重要的作用。介紹了自然通風(fēng)技術(shù)的優(yōu)勢，分析了其原理，論述了自然通風(fēng)技術(shù)的實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)建筑設(shè)計地域建筑節(jié)能

1 自然通風(fēng)技術(shù)的優(yōu)勢

自然通風(fēng)是當(dāng)今建筑普遍采取的一項改革建筑熱環(huán)境、節(jié)約空調(diào)能耗的技術(shù)，采用自然通風(fēng)方式的根本目的就是取代(或部分取代)空調(diào)制冷系統(tǒng)。而這一取代過程有兩點至關(guān)重要的意義：一是實現(xiàn)有效被動式制冷，當(dāng)室外空氣溫濕度較低時自然通風(fēng)可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度，帶走潮濕氣體，達到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區(qū)，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風(fēng)輸送處理后的新風(fēng)，而省去風(fēng)機能耗，且無噪聲。這有利于減少能耗、降低污染，符合可持續(xù)發(fā)展的思想。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣，有利于人的生理和心理健康。室內(nèi)空氣品質(zhì)的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新風(fēng)。空調(diào)所造成的恒溫環(huán)境也使得人體抵抗力下降，引發(fā)各種“空調(diào)病”。而自然通風(fēng)可以排除室內(nèi)污濁的空氣，同時還有利于滿足人和大自然交往的心理需求。

2 自然通風(fēng)技術(shù)的原理殛應(yīng)用

采用自然通風(fēng)取代空調(diào)制冷技術(shù)至少具有兩方面的意義：一是實現(xiàn)了被動式制冷。自然通風(fēng)可在不消耗不可再生能源情況下降低室內(nèi)溫度，帶走潮濕污濁的空氣，改善室內(nèi)熱環(huán)境。二是可提供新鮮、清潔的自然空氣，有利于人體的生理和心理健康。自然通風(fēng)是一項古老的技術(shù)，與復(fù)雜、耗能的空調(diào)技術(shù)相比，自然通風(fēng)是能夠適應(yīng)氣候的一項廉價而成熟的技術(shù)措施。通常認(rèn)為自然通風(fēng)具有三大主要作用：①提供新鮮空氣；②生理降溫：③釋放建筑結(jié)構(gòu)中蓄存的熱量。

自然通風(fēng)是在壓差推動下的空氣流動。根據(jù)壓差形成的機理，可以分為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)和熱壓作用下的自然通風(fēng)。

風(fēng)壓作用下自然通風(fēng)的形成過程。當(dāng)有風(fēng)從左邊吹向建筑時，建筑的迎風(fēng)面將受到空氣的推動作用形成正壓區(qū)，推動空氣從該側(cè)進入建筑；而建筑的背風(fēng)面，由于受到空氣繞流影響形成負(fù)壓區(qū)，吸引建筑內(nèi)空氣從該側(cè)的出口流出，這樣就形成了持續(xù)不斷的空氣流，成為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)。

熱壓作用下的自然通風(fēng)的形成過程。當(dāng)室內(nèi)存在熱源時，室內(nèi)空氣將被加熱，密度降低，并且向上浮動，造成建筑內(nèi)上部空氣壓力比建筑外大，導(dǎo)致室內(nèi)空氣向外流動，同時在建筑下部，不斷有空氣流入，以填補上部流出的空氣所讓出的空間，這樣形成的持續(xù)不斷的空氣流就是熱壓作用下的自然通風(fēng)。

根據(jù)進出口位置，自然通風(fēng)可以分為單側(cè)的自然通風(fēng)和雙側(cè)的自然通風(fēng)。雙側(cè)自然通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，表示的是單側(cè)的自然通風(fēng)形式。

3 建筑設(shè)計中自然通風(fēng)的實現(xiàn)

3.1 建筑體型與建筑群的布局的設(shè)計

建筑群的布局對自然通風(fēng)的影響效果很大。考慮單體建筑得熱與防止太陽過度輻射的同時，應(yīng)該盡量使建筑的法線與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致：然而對于建筑群體，若風(fēng)沿著法線吹向建筑，會在背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū)，對后排建筑的通風(fēng)不利。在建筑設(shè)計中要綜合考慮這兩方面的利弊，根據(jù)風(fēng)向投射角(風(fēng)向與房屋外墻面法線的夾角)對室內(nèi)風(fēng)速的影響來決定合理的建筑間距，同時也可以結(jié)合建筑群體布局的改變以達到縮小間距的目的。由于前幢建筑對后幢建筑通風(fēng)的影響，因此在單體設(shè)計中還應(yīng)該結(jié)合總體的情況對建筑的體型，包括高度、進深、面寬乃至形狀等實行一定的控制。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)開口的設(shè)計

建筑物開口的優(yōu)化配置以及開口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式，窗墻面積比等的合理設(shè)計，直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動以及通風(fēng)效果。根據(jù)測定，當(dāng)開口寬度為開間寬度的1／3～2／3時，開口大小為地板總面積的15％-25％時，通風(fēng)效果最佳。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進風(fēng)口與出風(fēng)口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向，使室內(nèi)氣流更均勻，通風(fēng)效果更好。

3.3 注重“穿堂風(fēng)”的組織

“穿堂風(fēng)”是自然通風(fēng)中效果最好的方式。所謂“穿堂風(fēng)”是指風(fēng)從建筑迎風(fēng)面的進風(fēng)口吹人室內(nèi)，穿過房間，從背風(fēng)面的出風(fēng)口流出。顯然進風(fēng)口和出風(fēng)口之間的風(fēng)壓差越大，房屋內(nèi)部空氣流動阻力越小，通風(fēng)越流暢。此時房屋在通風(fēng)方向的進深不能太大，否則就會通風(fēng)不暢。

3.4 在建筑設(shè)計中形成豎井空間，來加速氣流流動，實現(xiàn)自然通風(fēng)

在建筑設(shè)計中豎井空間主要形式有：①純開放空間。目前，大量的建筑中設(shè)計有中庭，主要是平面過大的建筑出于采光的考慮。從另外一個方面考慮，我們可利用建筑中庭內(nèi)的熱壓形成自然通風(fēng)。②“煙囪”空間，又叫風(fēng)塔一由垂直豎井和幾個風(fēng)口組成，在房間的排風(fēng)口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風(fēng)塔頂部進入的空氣產(chǎn)生抽吸作用。該系統(tǒng)類似于風(fēng)管供風(fēng)系統(tǒng)。風(fēng)塔由垂直豎井和風(fēng)斗組成。在通風(fēng)不暢的地區(qū)，可以利用高出屋面的風(fēng)斗，把上部的氣流引入建筑內(nèi)部，來加速建筑內(nèi)部的空氣流通。風(fēng)斗的開口應(yīng)該朝向主導(dǎo)風(fēng)向。在主導(dǎo)風(fēng)向不固定的地區(qū)，則可以設(shè)計多個朝向的風(fēng)斗，或者設(shè)計成可以隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動。

3.5 屋頂?shù)淖匀煌L(fēng)

通風(fēng)隔熱屋面通常有以下兩種方式：①在結(jié)構(gòu)層上部設(shè)置架空隔熱層。這種做法把通風(fēng)層設(shè)置在屋面結(jié)構(gòu)層上，利用中間的空氣間層帶走熱量，達到屋面降溫的目的，另外架空板還保護了屋面防水層。②利用坡屋頂自身結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)層中間設(shè)置通風(fēng)隔熱層，也可得到較好的隔熱效果。

3.6 雙層玻璃幕墻圍護結(jié)構(gòu)

雙層(或三層)幕墻是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進技術(shù)，被譽為“會呼吸的皮膚”，它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風(fēng)原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個空腔，空腔的兩端有可以控制的進風(fēng)口和出風(fēng)口。在冬季，關(guān)閉進出風(fēng)口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護結(jié)構(gòu)表面的溫度：夏季，打開進出風(fēng)口，利用”煙囪效應(yīng)”在空腔內(nèi)部實現(xiàn)自然通風(fēng)，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。為了更好地實現(xiàn)隔熱，通道內(nèi)一般設(shè)置有可調(diào)節(jié)的深色百葉。雙層玻璃幕墻在保持外形輕盈的同時，能夠很好地解決高層建筑中過高的風(fēng)壓和熱壓帶來的風(fēng)速過大造成的紊流不易控制的問題，能解決夜間開窗通風(fēng)而無需擔(dān)心安全問題，可加強圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，并能降低室內(nèi)的噪音。在節(jié)能上，雙層通風(fēng)幕墻由于換氣層的作用，比單層幕墻在采暖時節(jié)約能源42％～52％，在制冷時節(jié)約能源38％～60％，是解決建筑節(jié)能的一個新的方向。

4 結(jié)束語

通風(fēng)是建筑的最基本功能之一，是一個古老而常新的話題。降低建筑能耗，使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達到動態(tài)的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學(xué)要求后應(yīng)追求的更高目標(biāo)。

我們現(xiàn)在的建筑設(shè)計中，尤其是一些建筑的更新如新民居的設(shè)計，不僅要關(guān)注自然通風(fēng)技術(shù)，更要注意把這一傳統(tǒng)的技術(shù)與當(dāng)?shù)氐牡乩須夂蛱卣骱蜌夂蛞蛩氐认嘟Y(jié)合，提出多層次的、全面的、適宜的建筑技術(shù)，體現(xiàn)“氣候決定建筑”的設(shè)計理念。雖然我國目前對此研究不多，但隨著可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計理念的不斷發(fā)展，建筑自然通風(fēng)，必將受到越來越多的關(guān)注。