淺談中小學建筑設計中自然通風技術的運用

孫紅林

（廣州市番禺城市建筑設計院有限公司，廣東 廣州 114000）

1 前言

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，采用自然通風方式的根本目的就是取代（或部分取代）空調制冷系統。雖說空調已經廣泛使用，但在學校建筑大量引入空調裝置并不是好事；且由于當今社會高度提倡節約能源，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，把自然通風這種傳統建筑生態技術應用在學校建筑設計中，有著重要的意義。

2 自然通風的技術優勢

2.1 提供新鮮空氣。空調造成的“恒溫環境”使人體抵抗力下降，引發各種“空調病”。建筑物中需要新鮮空氣來提供充足的氧氣，沖淡氣味，尤其是稀釋新陳代謝產生CO，有利于人的生理和心理健康。

2.2 生理降溫。通過空氣的流動，可以提高建筑物中人體汗液的蒸發速度。在25℃ ～35℃之間，空氣的對流降溫是人體調節舒適度的重要途徑。

2.3 建筑物的夜間降溫。夜晚，用室外相對溫度較低的空氣替換室內相對溫度較高的空氣，使建筑物降溫，以減輕白天的冷負荷。

3 自然通風的原理

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

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形成正壓區，推動空氣從該側進入建筑；而建筑的背風面，由于受到空氣繞流影響形成負壓區，吸引建筑內空氣從該側的出口流出，這樣就形成了持續不斷的空氣流，成為風壓作用下的自然通風。

當室內存在熱源時，室內空氣將被加熱，密度降低，并且向上浮動，造成建筑內上部空氣壓力比建筑外大，導致室內空氣向外流動，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，這樣形成的持續不斷的空氣流就是熱壓作用下的自然通風。

4 自然通風在中小學建筑設計中的運用

影響自然通風的因素，對于學校建筑規范而言，有建筑物的朝向、空間布局、建筑群布局、門窗設計等，只有合理設計，方能達到自然通風和節約能源的目的。

4.1 建筑物的朝向和平面形狀

要確定建筑物的朝向，不但要了解當地日照量較多的方向，還要了解當地風的相關特性，包括冬季和夏季主導風的方向、速度以及風的溫度。經測試表明：東西向比南北向的冷負荷約增加70%。因此，無論從改善夏季自然通風、調節房間熱環境，還是從減少冬季、夏季的房間采暖空調負荷的角度來講，建筑物應盡量采用南北向，學校類建筑更應該如此。本身，在教室集中的教學樓等區域，安裝空調機的需求較少，對會議室、教師辦公室、休息室等個別需要布置空調的房間，應盡量避免將空調布置在東西朝向的房間，東西墻上有窗戶的房間以及平屋頂的頂層房間。對實驗室等有特殊溫度需要，或集中的辦公、休息區這樣空調使用頻率較高的建筑空間，應在房屋體積確定的前提下，盡可能的減少外圍護結構的表面積，這直接減少該建筑的冷負荷，最終減少能耗。

4.2 建筑物的空間布局

教學樓通常多數是依靠自然通風降溫的建筑，空間布局上力求開敞，一般都以較大面積的窗口自然通風并實現教室采光。這樣，才會在滿足使用功能的前提下，最低限度的進行通風和溫控設備投入，進而降低耗能。對設有空調系統的建筑，其空間布局應以緊湊為主要核心原則，盡量減少建筑物外表面積和窗洞面積，這樣可以減少空調負荷。

4.3 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。現代學校要求建筑物之間能聯絡方便、盡量通暢、便捷，因此學校內各類建筑物多采用集中式布局，建筑群體也多以成團的方式組合，如學校學生宿舍，則一般采用的是行列式建筑布局，雖然建筑群內部的流場因風向投射角不同而有很大變化，但總體說來受風面較小；錯列和斜列可使風從斜向導入建筑群內部，下風向的建筑受風面大一些，風場分布較合理，所以通風好。

4.4 門窗開口的優化設計

在學校類建筑中，盡可能的優化門窗布局，減少門窗數量、窗墻比等，可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，在學校建筑設計中，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，當門窗洞口面積增加，外墻面積減少的時候，也就是窗墻比加大的時候，其將直接影響建筑的熱特性，則在學校實驗室、冷庫等空調房間兩側溫差大的外墻面積及窗的面積應盡量減少。

4.5 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人室內，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。

4.6 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。

4.7 太陽能強化自然通風

太陽能強化自然通風，充分利用了太陽能這一可持續能源轉化為動力進行通風。在學校建筑設計中，被動的太陽能技術包括：利用合理的建筑設計達到自然通風和采光，利用遮陽設施調節教室光線等。通過采用主動太陽能技術，實現建筑增量成本少，提高建筑舒適性，降低學校能耗的建設目標。

5 總結

綜上所述，與其他相對復雜、昂貴的技術相比，自然通風是當今生態建筑所普遍采取的比較容易接受而且廉價的技術措施，它具有節能、清潔的優點，體現了可持續發展的理念。但是自然通風的實現受到多種因素的影響，而且自然通風系統只是建筑設計中的一部分，單靠它很難達到舒適的目的，它只是營造被動式、低能耗建筑整體方案中的一部分，加上良好的保溫隔熱、采光、遮陽等才能達到減少能耗的目的。因此，在學校建筑設計中，建筑設計者應該從建筑物的規劃、建筑單體設計到構造設計的整個過程中都對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學校建筑物的舒適性和空氣質量問題，為學生們營造一個健康、舒適的學習環境。

[1]自然通風與節能舒適性分析.山西建筑，2010,36(18）.

[2]淺談生態建筑中的自然通風與節能.浙江建筑，2008,25(12）.

[3]張宗堯，李志民.中小學建筑設計，2000.

[4]自然通風在建筑設計中的運用探析.四川建筑，2009,29(6).