關于建筑自然通風技術的相關探討

摘要:主要介紹建筑中自然通風的原理，以及自然通風在建筑設計中的實現。

關鍵詞:建筑;自然通風

中圖分類號:TU

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)21-0356-02

自然通風是當今建筑普遍采取的一項改革建筑熱環境、節約空調能耗的技術，其是利用室內外溫差造成的熱壓或風力造成的風壓來實現通風換氣的一種通風方式，具有節能、改善室內熱舒適性和提高室內空氣品質的優點。由于當今社會高度提倡節約能源，和為了保持空氣良好品質，有效控制病毒傳播，在這樣的背景下，把自然通風技術應用在現代建筑設計中，既減少能耗又降低污染，又符合可持續發展的思想。

1 自然通風的原理

建筑的自然通風從動力來源上可分為完全自然通風和機械輔助自然通風兩種模式。而完全自然通風的有兩個主要的原因:風壓以及室內外空氣密度差。則自然通風的原理有以下幾點:

1.1 風壓作用下的自然通風

風的形成是由于大氣中的壓力差，而風壓作用下則是指利用建筑的迎風面和背風面之間的壓力差來實現空氣的流通。當有風從左邊吹向建筑時，建筑的迎風面將受到空氣的推動作用產生正壓(約為風速動壓力的0.5-0.8倍)，而背風面上由于受到空氣繞流影響產生負壓(約為風速動壓力的0.3-0.4倍)。這樣就形成了全面換氣的風壓自然通風。但需注意的是，某一建筑物周圍風壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風向的方位、風速和建筑周圍環境有關。

1.2 熱壓作用下的自然通風

熱壓是室內外空氣的溫度差引起的，就是利用熱空氣上升的原理，在建筑物上部設排風口，排出室內被污染的空氣，吸入室外新鮮的空氣。由于溫度差的存在，室內外密度差產生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現壓力梯度，如果室內溫度高于室外，建筑物的上部將會有較高的壓力，而下部存在較低的壓力。當這些位置存在孔口時，空氣通過較低的開口進入，從上部流出;如果室內溫度低于室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個開口處的高度差和室內外的空氣密度差。在設計中，可利用建筑物內部貫穿多層的豎向空腔，如樓梯間、中庭、拔風井、管道井等，滿足進、排風口的高度差，將建筑各層的熱空氣排出，使得建筑物能夠具有良好的通風效果。與風壓自然通風相比較，熱壓自然通風更能適應常變的外部風環境。

1.3 風壓、熱壓共同作用下的自然通風

在實際建筑中的自然通風是風壓和熱壓共同作用的結果，只是各自的作用有強有弱。由于風壓受到天氣、室外風向、建筑物形狀、周圍環境等因素的影響，風壓與熱壓共同作用時并不是簡單的線性疊加。如同一建筑物，迎風面下部熱壓，風壓作用的方向一致，進風量要比熱壓單獨作用時大，如果迎風面上部的風壓大于熱壓，就不能從上部開口排氣，相反將變為進氣，進成倒灌。但由于室外風速，方向甚至在一天內也變化不定，為了保證自然通風的效果，風壓在計算中一般均不予考慮;不過由于風壓是客觀存在的，故定性地考慮風壓在自然通風中的影響，使風壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，仍是必要的。

1.4 機械輔助式自然通風

在一些大型建筑設計中，由于通風路徑較長，流動阻力較大，單純依靠自然風壓與熱壓往往不足以實現自然通風;且對于空氣污染和噪聲污染比較嚴重的城市，直接的自然通風還會將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內，不利于人體身體健康。在這種情況下，可借助一種機械輔助方式加速室內通風。

2 自然通風在建筑設計中的實現

2.1 建筑物的朝向

建筑的主要朝向應迎合當地夏季的主導風向(我國大部分地區以南北向或接近南北向布局為宜)，利于自然通風，提高居住的舒適度。同時，南北朝向的建筑物在夏季所受到的太陽輻射也相對東西朝向建筑要少很多，可以節省夏季空調的用量。

2.2 建筑群布局的設計

建筑群的布局對自然通風的影響效果很大。在單體建筑設計時，應盡量使建筑的法線與夏季主導風向一致;但對于建筑群體，其在設計時應根據風向投射角(風向與房屋外墻面法線的夾角)對室內風速的影響來決定合理的建筑間距。建筑間距應在滿足當地規劃部門的日照間距要求上適當加大。增加建筑物的間距有利于居住區內的空氣流動—風量增大、風速提高，從而使建筑物與空氣的熱交換增加，有效降低建筑物的溫度，從而降低建筑能耗。此外，考慮到前幢建筑對后幢建筑通風的影響，在單體設計中，還應結合總體的情況對建筑的體型(高度、進深、面寬、形狀)實行一定的控制。

2.3 門窗開口的優化設計

建筑物開口的優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計，直接影響著建筑物內部的空氣流動以及通風效果。據測定顯示，當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，通風效果最佳。因此，在建筑設計中，應避免采用一些直接或間接增加門窗面積的設計，最大限度的減少洞口面積。另外，開口的相對位置對氣流路線起著決定作用，進風口與出風口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內改變方向，使室內氣流更均勻，通風效果更好。

2.4 注重“穿堂風”的組織

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

2.5 屋頂的自然通風

當室內存在貫穿整幢建筑的“豎井”空間時，就可利用其上下兩端的溫差來加速氣流，以帶動室內通風，其實質就是“溫差—熱壓—通風”的原理。作為建筑共享空間的中庭就可以勝任這個“豎井”的職能，一般來說，其所占空間比例以超過整幢建筑的1/3為宜。這種屋頂的自然通風一般有:一是在結構層上部設置架空隔熱層。這種做法把通風層設置在屋面結構層上，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;二是利用坡屋頂自身結構，在結構層中間設置通風隔熱層，也可得到較好的隔熱效果。

2.6 太陽能強化自然通風

利用太陽能強化自然通風，不僅可以改善室內熱環境，而且可以避免空調所引發的各種“空調病”。太陽能強化自然通風的建筑結構主要有屋面太陽能煙囪、Trombe墻以及與建筑一體化安裝的太陽能空氣集熱器，它們可以單獨設置來強化通風，也可以與其它建筑結構復合成一個有組織的自然通風系統。

2.7 玻璃幕墻圍護結構

利用雙層(或三層)玻璃幕墻實現自然通風也是現代建筑的一個特色，其通風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口和出風口，在陽光的照射下通道內的空氣溫度吸熱，這時打開進出風口，利用“煙囪效應”在空腔內部實現自然通風，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。利用雙層(或三層)玻璃幕墻，可很好地解決高層建筑中過高的風壓和熱壓帶來的風速過大造成的紊流不易控制的問題，能實現夜間開窗通風，并能降低室內的噪音。

3 結語

綜上所述，自然通風利用的是自然界的動力，是一種低能耗的通風方式，對于降低建筑空調能耗非常有效。在建筑設計中，建筑設計者應該從建筑物的朝向、建筑群布局的設計、門窗開口的優化設計、注重“穿堂風”的組織、屋頂的自然通風、太陽能強化自然通風、玻璃幕墻圍護結構等方面對建筑自然通風的可應用性和效果仔細考慮，有效地利用自然通風解決建筑物的舒適性和空氣質量問題，為人們營造一個健康、舒適的生活和工作環境。相信隨著生態、可持續發展理念的不斷發展，自然通風這種廉價、健康的通風方式將會越來越多地被利用。

參考文獻

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