建筑自然通風設計探討

黃巖

摘 要：自然通風簡而言之就是不借助任何電力機械裝置，將室外的空氣引入室內，以達到降低室內污染、清新空氣、消除室內余熱、保持家內舒適、減低空調負荷的目的。自然通風是一種具有很大潛力的通風方式.是人類歷史上長期賴以調節室內環境的原始手段。對于建筑設計來說，自然通風顯得相當重要，其不僅可以保持室內空氣的流動，同時還可以節省電力。該文通過針對建筑設計中的自然通風情況，分析如何合理地進行建筑空間形式以及相關構件的設置等，從而合理地達到建筑室內的自然通風量效果，為同行提供參考借鑒。

關鍵詞：建筑設計 自然通風 室內設計

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（b）-0033-02

1 建筑自然通風形成

對于建筑設計來說，自然通風顯得相當重要，其不僅可以保持室內空氣的流動，同時還可以節省電力。人人都有這樣的經歷：睡了一晚上的覺，室內空氣渾濁，清晨起床的時候，喜歡打開窗戶，室外的新鮮空氣撲面而來，沒過一會、整個房間渾濁空氣就會消散，這就是自然通風的效果。在初夏季節，室內容易悶熱，當把窗戶打開，外面的涼風就會進來，吹在身上，頓時感覺很舒適，這也是自然通風效果的體現。自然通風通過在壓力差的前提下推動空氣流動，當風從左邊吹向建筑物時，建筑物的迎風面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，吸引建筑內空氣流出從該側出口，從而形成了持續不斷的空氣流，成為風壓作用下的自然通風。

如圖1所示，在熱壓作用下形成了自然通風。當室內存在熱源時，室內空氣將由于被加熱，從而空氣密度降低，空氣將向上浮動，出現室內上部空氣壓力大于室外，導致室內空氣向外流動，而對于室內下部則將出現空氣流入，以填補上部流出的空氣所讓出的空間，從而形成了持續不斷的自然通風效果。

在建筑的自然通風設計中，風壓通風與熱壓通風往往是互為補充的。總的來說，對于建筑進深較小的部位則可以通過利用風壓來通風，而對于建筑物進深較大的部位則多利用熱壓來達到通風效果。

2 生態獨立住宅的自然通風策略

以上海地區為例，自然通風是為了減少全年空調時間同時滿足熱舒適。而針對室內新風量的供給，經驗表明，僅僅在熱壓情況下，也完全滿足所要求的換氣量。顯然，對于上海地區來說，其自然通風的設計應該圍繞最大限度地滿足熱舒適來展開。

2.1 自然通風設計思路

結合工程實踐經驗，該研究者總結出對于生態獨立住宅的自然通風設計思路。確定自然通風模式下的熱舒適模型對濕溫度與風速的要求；確定出不同氣候條件下自然通風的全年天數以及相應的月份；確定自然通風月份下的主導風向和風速；預測自然通風驅動力，可以通過采取CFD技術來預測住宅的室內風環境；然后根據建筑構件來設置合理的自然通風效果；最后采取自然通風運行策略。

（1）自然通風模式下的熱舒適模型對溫濕度與風速的要求。根據相關標準規定，人的熱舒適上限為26℃、濕球溫度上限為20℃，然而從相關研究表明，鑒于當前全球氣候的差異，各地居民對溫度的適應能力卻不盡相同，—個比較一致的看法是26℃的熱舒適上限能夠較好地適用于北瑋40°的地區。緯度向南每變化2°，則上限可以上浮1度。由于上海地區處于北緯31°，因此相應的舒適上限為26.7℃。另外，對于自然通風條件下、風速的影響可以導致舒適止限的進一步上浮。

（2）確定氣候的自然通風潛力。自然通風潛力作為依靠自然通風就能夠確保可接受的室內空氣品質和室內熱舒適性的潛力。根據建筑所在地區的宏觀氣候條件，如出現風速分布和風玫瑰圖、太陽輻射照度、室外空氣濕度等來確定該地區氣候的自然通風潛力。在確定自然通風方案之前，應當有必要收集建筑所在地區的氣象參數逐時變化情況資料同時對其采取分析。

以上海地區為例，該地區地處中緯度，瀕江臨海，屬于亞熱帶海洋性季風氣候。春天溫暖，夏天炎熱，秋天涼爽，冬天陰冷，全年雨量適中。季節分配比較均勻。因此，總體來說，上海屬于溫和濕潤、四季分明，呈現出季風性、海洋性以及局地性氣候特征。鑒于上海地區人口密集，使得該地區的熱島效應相當顯著，當前該地區的全年平均氣溫達到15.8℃，對于1月最冷，平均氣溫為3.6℃，但暴冷的天數并不多，屬于江南的濕冷氣候。該地區7月最熱，平均氣溫為27.8℃，部分天數達到35℃以上。表1數據表明，對于室內風速力0.5 m/s，那么適合自然通風滿足熱舒適的小時數為1737 h，將近20%的時間。而一個好的自然通風設計，將貢獻約1/3的非空調時間。雖然這不是個很大的數字，但對于這種低能耗的通風方式，還是該在設計中充分考慮。

（3）確定自然通風月份下的主導風和風速。對于這些可以進行自然通風來達到熱舒適的時間內，有一些時間，即那些濕度在26.7℃～29℃之間的時間，必須要滿足室內風速達到一定值的情況下，才可以滿足熱舒適的。考察這些時間發現那些全天最高氣溫落在此范圍的日期內，基本分布在6月份到9月份之間，當時上海的風向一般為東南風，10 m高空的風速平均為3 m/s、完全可以滿足規劃設計要求。

2.2 建筑構件的應用

（1）窗戶設計方面。對于大部分情況來說，自然通風系統中通過采取窗戶來充當風口，窗戶的形式、面積大小以及窗口的安裝位置都會影響通風效率、室內氣流組織和室內熱舒適。針對上海地區的主導風向為東南風，其東南向的窗戶在滿足節能要求的情況下，應當適宜開大窗口。同時應當盡可能地避免在冬季西北冷風的吹入、盡量減小建筑西北向窗戶。圖2為某生態別墅的南向落地窗，圖3則某生態公寓中還合理利用了東向的導風窗，更進一步提高了引風效果。

（2）中庭通風設置。通過利用中庭的熱壓作用實現自然通風。當前帶有中庭的建筑越來越多，而且大多數都是封閉式中庭設計，設計的主要目的是用于采光。而對于生態別墅設計中，其中庭的自然通風作用不可忽視，其應當集聚采光與自然通風的雙重作用。

（3）屋頂的自然通風設置。眾多的工程實踐效果表明，不同的屋頂形狀直接影響到室內外的風壓，從而影響自然通風效果。為了能達到自然通風效果，屋頂設計上可通過采取翼形屋頂以便形成高壓區利低壓區。

（4）室內隔斷的自然通風設置。對于室內裝飾設計來說，室內隔斷不斷被應用到實際工程當中。室內隔斷的配置應當充分考慮到室內空氣的流動，設計上為了能有利于室內空氣的流動，則可以借助CFD的模擬技術，可以預測到室內在不同隔斷配置下的空氣流動狀況，通常南北通透的室內隔斷配置可以有利于室內空氣的流動。

2.3 自然通風運行策略

對于過渡季節的情況，良好的自然通風不僅僅可以有效地滿足室內的空氣質量，同時可以最大限度地滿足居住者的熱舒適，還可以縮短使用供熱空調的運行時間。而在進行自然通風的設計之后，實施自然通風策略的關鍵就在于開窗關窗的選擇模式，根據室內熱舒適和空氣質量對自然通風的要求，提出生態辦公樓的自然通風開關窗戶的選擇模式。

3 結語

自然通風作為建筑節能設計的主要手段之一，通過合理的自然通風設計將使得建筑節能達到事半功倍效果。該文通過結合該研究者的工程實踐經驗，提出建筑自然通風的幾種技術手段，為室內建筑自然通風節能新技術提供參考。

參考文獻

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