淺談建筑設(shè)計中的自然通風(fēng)

摘 要：通風(fēng)是建筑最基本的功能之一。它能降低建筑能耗，使建筑的室內(nèi)環(huán)境和自然環(huán)境達(dá)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、更完美的目標(biāo)。結(jié)合自然通風(fēng)構(gòu)成原理，對其應(yīng)用于建筑設(shè)計進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：生態(tài)建筑 建筑設(shè)計 自然通風(fēng) 因素分析

伴隨我國建筑技術(shù)的逐漸進(jìn)步和不可再生能源的日益匾乏，建筑的高能耗問題越來越凸顯出來。尤其是隨著居住條件的不斷改善以及人們對居住環(huán)境熱舒適度要求的提高，空調(diào)能耗在建筑能耗中所占的比例也相應(yīng)增加。家庭空調(diào)耗電量約1127KW／年，且我國的能源利用率較低。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家40％的能源是在建筑中消耗的。據(jù)專家粗略估算，其中的2/3-3/4可通過正確的、理想的建筑節(jié)能措施節(jié)省下來，由此建筑節(jié)能沒計受到越來越多的重視。近年來，在對節(jié)能技術(shù)廣泛和深入研究的基礎(chǔ)上，一些國家的建筑師們在一系列建筑創(chuàng)作中做出了探索和實踐，自然通風(fēng)中機(jī)械輔助式自然通風(fēng)是一項成熟而低廉的技術(shù)措施，在建筑設(shè)計中應(yīng)充分、合理地加以使用。

1采用自然通風(fēng)的的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益

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(dá)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(jìn)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(jī)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(新風(fēng))，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)的理論機(jī)理

通常意義上的自然通風(fēng)指的是通過有目的的開口，產(chǎn)生空氣流動。這種流動直接受建筑外表面的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而各開口的特點則決定了流動阻力。就自然通風(fēng)而言，建筑物內(nèi)空氣運動主要有兩個原因：風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。這兩種因素可以單獨起作用，也可以共同起作用。

2.1 風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

風(fēng)的形成是由于大氣中的壓力差。如果風(fēng)在通道上遇到了障礙物，如樹和建筑物，就會產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換。動壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力，于是迎風(fēng)面上產(chǎn)生正壓(約為風(fēng)速動壓力的0.5-0.8倍)，而背風(fēng)面上產(chǎn)生負(fù)壓(約為風(fēng)速動壓力的0.3-0.4倍)。由于經(jīng)過建筑物而出現(xiàn)的壓力差促使空氣從迎風(fēng)面的窗縫和其他空隙流入室內(nèi)，而室內(nèi)空氣則從背風(fēng)面孔口排出，就形成了全面換氣的風(fēng)壓自然通風(fēng)。某一建筑物周圍風(fēng)壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風(fēng)向的方位、風(fēng)速和建筑周圍的自然地形有關(guān)。

2.2熱壓作用下的自然通風(fēng)

熱壓是室內(nèi)外空氣的溫度差引起的，這就是所謂的“煙囪效應(yīng)”。由于溫度差的存在，室內(nèi)外密度差產(chǎn)生，沿右建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度。如果室內(nèi)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(dāng)這些位置存在孔口時，空氣通過較低的開口進(jìn)入，從上部流出。如果，室內(nèi)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(nèi)外的空氣密度差。而在實際中，建筑師們多采用煙囪、通風(fēng)塔、天井中庭等形式，為自然通風(fēng)的利用提供有利的條件，使得建筑物能夠具有良好的通風(fēng)效果。

2.3風(fēng)壓和熱壓共同作用下的自然通風(fēng)

在實際建筑中的自然通風(fēng)是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果，只是各自的作用有強(qiáng)有弱。由于風(fēng)壓受到天氣、室外風(fēng)向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響，風(fēng)壓與熱壓共同作用時并不是簡單的線性疊加。因此建筑師要充分考慮各種因素，使風(fēng)壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，實現(xiàn)建筑物的有效自然通風(fēng)。

3實現(xiàn)自然通風(fēng)的方式與設(shè)計理念

3.1合理控制建筑布局與設(shè)計體型

建筑布局受很多因素控制，不同布局的建筑群和建筑體型對于自然通風(fēng)的效果影響很大。從生態(tài)的角度上，影響布局的主要因素有陽光與風(fēng)向。防止單體建筑吸熱與太陽輻射過度的同時，應(yīng)該盡量使建筑的法線與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致：對于建筑群體，若風(fēng)沿著法線方向吹向建筑，會在建筑物背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū)，對后排建筑的通風(fēng)不利。所以在建筑設(shè)計中要根據(jù)風(fēng)向投射角對室內(nèi)風(fēng)速的影響來決定合理的建筑間距，同時還要結(jié)合建筑群體布局的改變以達(dá)到縮小間距的目的。在單體設(shè)計中還應(yīng)結(jié)合總體布局對建筑的體型，包括進(jìn)深、高度、面寬乃至形狀等實行一定的控制，解除前幢建筑對后幢建筑通風(fēng)的影響。

3.2優(yōu)化設(shè)計建筑物門窗開口

建筑物開口的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。若進(jìn)風(fēng)口大，則流場大；進(jìn)風(fēng)口小，流速雖然增加，但是流場縮小。根據(jù)實驗研究，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。另外進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口應(yīng)相對錯開位置，這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向，使室內(nèi)氣流均勻，通風(fēng)效果更好。

3.3有效組織穿堂風(fēng)

所謂“穿堂風(fēng)”是指在風(fēng)壓作用下，室外空氣從建筑物一側(cè)進(jìn)入，貫穿內(nèi)部，從另一側(cè)流出的自然通風(fēng)。“穿堂風(fēng)”是自然通風(fēng)中效果最好的方式，應(yīng)該盡量組織好室內(nèi)的通風(fēng)，有效組織穿堂風(fēng)的具體措施有：主要房間應(yīng)該朝向主導(dǎo)風(fēng)迎風(fēng)面，背風(fēng)面則布置輔助用房；利用建筑物內(nèi)部的窗戶和門的開口，引導(dǎo)氣流；根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)風(fēng)口，改變風(fēng)速風(fēng)量。另外合理的布局家具與隔斷，還能讓風(fēng)的流速、風(fēng)量更加宜人。穿堂風(fēng)的具體設(shè)計要求有：①氣流路線應(yīng)流經(jīng)人的活動范圍；② 有必要的風(fēng)速，最好達(dá)到0.3m／s以上。對有大量余熱和有害物質(zhì)的生產(chǎn)車間，組織自然通風(fēng)除保證必要通風(fēng)量外，還應(yīng)保證氣流的穩(wěn)定性和氣流線路的短捷性。

4 結(jié)束語

通風(fēng)是建筑的最基本功能之一，降低建筑能耗，使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達(dá)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)。自然通風(fēng)設(shè)計是一個系統(tǒng)設(shè)計的過程，需要涉及到多專業(yè)知識的配合。在設(shè)計過程中，應(yīng)該根據(jù)建筑的規(guī)模、使用狀況、人流分布、舒適度要求等進(jìn)行分析計算。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們有理由相信，自然通風(fēng)這種廉價、舒適、健康的通風(fēng)方式會在生態(tài)建筑中得到廣泛的應(yīng)用，是可持續(xù)發(fā)展必須采用的一種節(jié)能方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]席暉，能耗建筑設(shè)計中的自然通風(fēng)[J]，山西建筑，2007(32)

[2]韋峰，建筑自然通風(fēng)在設(shè)計中的應(yīng)用[J]，湖南科技大學(xué)學(xué)報《自然科學(xué)版)，2011(25)