建筑節能設計自然通風方式淺析

袁景玉 高 銓 關高慶 吳 克

（河北工業大學，中國 天津 300401）

隨著經濟的高速發展，科技技術不斷進行革新，人們對建筑的舒適度提出了更高的要求，人們開始越來越多的采用機械設備來提高建筑的使用品質。但是在全球能源危機意識逐漸深入人心時，人們意識到，單純的利用機械設備改善人居環境，是行不通的。人們將目光投向了被動式建筑節能設計技術。在自然通風方面，人們的觀念逐漸改變，更多的采用自然通風技術取代（或部分取代）空調制冷系統。

1 自然通風重要性

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：一是實現有效被動式制冷，當室外空氣溫濕度較低時自然通風可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內溫度，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，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風輸送處理后的新風，而省去風機能耗，且無噪聲。這有利于減少能耗、降低污染，符合可持續發展的思想。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。室內空氣品質的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新風?？照{所造成的恒溫環境也使得人體抵抗力下降，引發各種“空調病”。

2 自然通風技術形式

2．1 建筑體型與建筑群的布局的設計

建筑群的布局對自然通風的影響效果很大。對于建筑群體，若風沿著法線吹向建筑，會在背風面形成很大的漩渦區，對后排建筑的通風不利。在建筑設計中要綜合考慮這兩方面的利弊，根據風向投射角對室內風速的影響來決定合理的建筑間距。由于前后建筑通風的影響，因此在單體設計中還應該結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。

2．2 圍護結構開口的設計

建筑物開口的優化配置以及開口的尺寸、窗戶的形式和開啟方式、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。根據測定，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。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。

2．3 煙囪效應

“煙囪”空間，又叫風塔，是由垂直豎井和幾個風口組成，在房間的排風口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風塔頂部進入的空氣產生抽吸作用。風塔由垂直豎井和風斗組成。在通風不暢的地區，可以利用高出屋面的風斗，把上部的氣流引入建筑內部，來加速建筑內部的空氣流通。風斗的開口應該朝向主導風向。在主導風向不固定的地區，則可以設計多個朝向的風斗，或者設計成可以隨風向轉動。

2．4 屋頂的自然通風

通風隔熱屋面通常有以下兩種方式：a．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。b．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。

2．5 雙層玻璃幕墻圍護結構

雙層幕墻是當今生態建筑中所普遍采用的一項先進技術，被譽為“會呼吸的皮膚”，它由內外兩道幕墻組成。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。在冬季，關閉進出風口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護結構表面的溫度；夏季，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。在節能上，雙層通風幕墻由于換氣層的作用，比單層幕墻在采暖時節約能源42%～52%，在制冷時節約能源38%～60%，是解決建筑節能的一個新的方向。

3 煙囪效應技術應用案例

3．1 德國新國會大廈

大廈的自然通風系統設計十分巧妙。議會大廳是通風系統的進風口，設置在西門廊的廊檐部位。新鮮空氣被引入后經過大廳地板下的風道及設置在座位下的風口結構低速而均勻地散發到大廳內，然后再從穹頂內倒錐體的中空部分排出至外。倒錐體實際上在此體現了拔氣煙囪的功能，整個通風系統的相互協調形成了極為合理的氣流循環通路。大廈的側窗均為雙層窗設計，外層為防衛性的層壓玻璃，內層為隔熱玻璃，兩層之間還設有遮陽裝置。雙層窗的外窗可以滿足保安要求，而內層窗則可以隨時打開。側窗的通風既可自動調節，也可以由人工控制實現。大廈的大部分房間可以獲得自然通風，新鮮空氣的換氣頻率可以根據需要進行調整，每小時可以達到1～5次。

3．2 英國諾丁漢大學朱比麗分校

朱比麗校園設計所采用的通風策略是熱回收低壓機械式自然通風。它是一種混合系統，即在充分利用自然通風的基礎上輔以有效的機械通風裝置。 “集熱片”與“風塔”這一通風系統的使用在建筑上表現為兩個明顯的特征，一個是25毫米乘以125毫米見方的太陽能集熱片，它們被集成在中庭屋頂的6毫米厚的吸熱強化玻璃中，用于提供驅動機械通風扇的能源，同時它們起到一定的遮陽作用。另一個是“風塔”，其主體為樓梯間在頂部是集成的機械抽風和熱回收裝置，在建筑外部呈造型獨特的金屬“風斗”，通過其旋轉以確保排出氣流總是朝下風向，從而形成最大的正負壓差，加強抽風效果。據觀測，通過使用這一裝置所節省的能耗不到風扇耗能的百分之一，但它們被認為在樹立生態建筑標識性上有著更高的價值。

3．3 英國貝丁頓零能耗社區

建筑采用了自然通風系統來使通風能耗最小化。經特殊設計的“風帽”可隨風向的改變而轉動，利用風壓給建筑內部提供新鮮空氣，同時排出室內的污濁空氣。 而“風帽”中的熱交換模塊利用廢氣中的熱量來預熱室外寒冷的新鮮空氣。根據實驗，最多有70%的通風熱損失可以在此熱交換過程中挽回。

4 結語

通風是建筑的基本功能之一，是一個古老而常新的話題。降低建筑能耗，使建筑的人工環境與自然環境達到動態的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學要求后應追求的更高目標。

自然通風技術不但能降低室內溫度、帶走潮氣、達到人體熱舒適，還能提供新風，保證室內空氣品質。通過合理的設計，有效地利用自然通風解決室內熱舒適性和空氣質量問題，不增加投資就能營造一個健康、舒適的室內環境。

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