夏熱冬冷地區住宅建筑自然通風設計策略研究★

邱瑩瑩 何小雨

(安徽新華學院，安徽 合肥 230088)

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夏熱冬冷地區住宅建筑自然通風設計策略研究★

邱瑩瑩 何小雨

(安徽新華學院，安徽 合肥 230088)

在分析夏熱冬冷地區氣候特征的基礎上，闡述了自然通風的作用原理，提出了利用建筑物自然通風提高建筑物室內舒適度的設計策略，有利于減少能源的消耗，實現建筑的綠色節能。

夏熱冬冷，住宅，自然通風，節能

現階段，我國正處于城市化快速發展的階段，城市建設量巨大，但是由于建筑行業粗放式的生產方式，導致了建筑行業存在著一系列的問題，例如施工過程中污染大，建筑產品使用過程中能耗高，建筑使用壽命短等問題。隨著我國經濟水平的發展和人民生活水平的不斷提高，人們越來越追求舒適度高的生活居住環境，對夏季制冷和冬季采暖的需求在不斷增加，而目前我國夏熱冬冷地區的住宅建筑室內舒適度普遍較低，這些地區的居民主要通過安裝空調設備來調節室內的舒適度，忽略了利用自然氣候來調節室內舒適度，隨著居民對生活居住環境舒適度需求的進一步提高，過度依賴空調設備，將消耗更多的能源，并帶來環境問題，這不符合可持續發展的建筑理念，可持續地提高建筑物的舒適度，應該是不破壞環境，以較少的資源能源的消耗實現建筑室內舒適度的最大化。因此，對夏熱冬冷地區住宅建筑自然通風的設計策略進行研究，對實現建筑的綠色節能具有重要的現實意義。

1 夏熱冬冷地區的氣候特征

由于我國地理緯度跨越范圍大，使得我國不同地區之間氣候差異較大，形成了包括寒、溫、熱等多樣的氣候類型。從建筑熱工角度出發，針對建筑的保溫隔熱設計要求，《民用建筑熱工設計規范》中將我國劃分為五個氣候區，分別為溫和地區、寒冷地區、嚴寒地區、夏熱冬暖地區和夏熱冬冷地區。

本文選擇夏熱冬冷地區為研究區域。夏熱冬冷地區涉及的范圍較廣，包括安徽、浙江、湖南、湖北、上海、重慶、江西、甘肅和陜西南部、河南和江蘇南半部、貴州和四川東半部、廣西和廣東的北部以及福建的北半部。夏熱冬冷地區的氣溫定義為最熱月平均溫度一般為 25 ℃～30 ℃，最冷月平均溫度一般為 0 ℃～10 ℃。夏熱冬冷地區的氣候特征表現為以下幾點。

1.1 夏季高溫

在夏季，夏熱冬冷地區的大部分區域會出現極端高溫天氣，最高氣溫突破40 ℃，并且高溫持續時間長，據統計，該地區出現白天最高氣溫超過35 ℃的天數達到15 d，與同緯度的其他地區相比，該區域夏季更熱，是同緯度地區中除沙漠外最熱的地區，這種炎熱的天氣使得夏季建筑物室內舒適度低。

1.2 夏季靜風率高

我國夏熱冬冷地區屬于季風氣候區，夏季和冬季的風向截然相反，由于該地區地形地貌的影響，使得夏季靜風的頻率較高。在夏季，該地區的風速表現為白天大晚上小，在白天，按照當地的生活習慣開窗通風，會造成室外的熱風進入室內，室內空氣、墻體和家具的溫度迅速升高，在夜間，雖然室外的溫度較低，但由于夜間風速較小，靜風率較高，室外的自然風很微弱，難以降低室內的溫度，導致夜間開窗通風難以改善室內的熱環境。

1.3 冬季寒冷

夏熱冬冷地區冬季的氣候特征表現為：日平均氣溫在0 ℃～8 ℃之間，全年平均氣溫最低是1月份，據統計，該地區冬季室內氣溫低于10 ℃的頻率為78%，由于該地區無暖氣供暖，在這種環境中久坐的人有92%以上會感覺到寒冷，使得冬季室內舒適度較低。

1.4 冬夏季相對濕度高

夏熱冬冷地區主要分布在湖泊眾多的長江流域，由于水體的蒸發作用，造成該區域夏季和冬季的空氣濕度都相對較高。而夏季又是該區域的梅雨季節，降雨量較大，使得空氣中相對濕度達到80%左右，又由于夏季較高的溫度，形成了該地區夏季悶熱的氣候特征。冬季該地區空氣濕度仍然較高，由于日照時間相對較短，形成該地區冬季濕冷的氣候特征。

2 自然通風的作用原理

自然通風是通過讓室外的空氣進入室內，在空氣流動的過程中發生熱交換來改善室內的空氣環境，那么通風效果的好壞就取決于空氣流動的速度，即室外與室內的溫度壓力差，而造成空氣壓力差的原因為風壓、熱壓或者風壓與熱壓的共同作用。

2.1 利用風壓實現自然通風作用原理

風壓的產生是由于正壓和負壓的作用，當有風吹向建筑物時，在建筑物迎風面會形成正壓區，背風面則形成負壓區，從而產生風壓，在這種情況下，建筑物開窗通風就會形成“穿堂風”，實現自然通風。當室外溫度高于室內溫度時，利用風壓通風可將室外溫度較低的氣流引進室內，降低室內的氣溫，并且空氣流動能夠加速人體表汗液的蒸發，給人帶來涼爽舒適感。顯然，當風垂直吹向建筑物時，通風效果就顯著，為了加強通風效果，在設計上可以增加通風進氣口的面積，并配備機械通風設備。

2.2 利用熱壓實現自然通風作用原理

熱壓通風的作用原理是：由于熱空氣的密度較小，而冷空氣的密度較高，當冷空氣和熱空氣相遇時，會因為空氣密度差和上下風口的高度差產生空氣壓差，形成熱空氣向上冷空氣向下的空氣流動現象，實現熱壓作用下的自然通風。因此，室內外空氣溫度差越大，高度差越大，熱壓的作用就越強，空氣流動的速度越快，自然通風的效果越好。室內外空氣要產生較大的溫度差，就需要有穩定的熱源，如果在建筑物室內提供穩定的熱源，會造成室內過熱，因此一般可在建筑物頂部安裝太陽能集熱器，使得建筑物上部空氣溫度較高，此時熱壓產生抽吸作用，使冷空氣從建筑下部進入室內，室內的熱空氣向上流動，從上部排出，形成空氣流動，實現建筑物室內的通風降溫。

2.3 風壓與熱壓的綜合作用

在夏熱冬冷地區，有些月份的風速較小，空氣流動較慢，又可能由于周圍建筑物的遮擋，使得建筑物周圍風壓較小，所以，此時應考慮熱壓通風的應用。在實際情況中，建筑內的空氣流動是在風壓與熱壓的共同作用下形成的，當它們的作用方向一致時，自然通風效果較好，因此，建筑設計應綜合利用風壓和熱壓作用來提高建筑室內的通風條件。

3 夏熱冬冷地區自然通風的設計策略

受到地理環境的影響，我國夏熱冬冷地區的風向是隨季節呈現規律性變化的，表現為夏季南風，冬季北風，這種規律的風向變化，對利用自然通風提高建筑舒適度非常有利。充分利用自然通風，能夠有效降低空調能源消耗，實現建筑節能。因此，自然通風是夏熱冬冷地區綠色建筑重要的氣候調節策略。

建筑物利用自然通風的作用表現為：1)能夠帶走建筑物內各種空氣污染物質，提高室內空氣質量；2)能夠為室內提供新鮮的氧氣；3)通風有利于人體汗液的蒸發，加快室內熱量的散發，提高居住的舒適感。

依據自然通風的設計原理，利用風壓和熱壓能夠實現建筑物自然通風，其中風壓通風通風量較大，是最簡單的通風策略，但當建筑物外風速較小時，熱壓通風依然能夠實現通風的目的，因此，實現建筑物的自然通風要綜合利用風壓和熱壓通風。以下對夏熱冬冷地區住宅建筑的自然通風的設計策略進行了分析：

1)建筑物平面布局。

建筑物的平面布局會直接影響建筑物自然通風的效果，好的平面布局通風效果好，具有最好通風效果的建筑布局應該是四周全通透的“亭子”，因此，在建筑設計上應考慮以下策略：控制建筑物的進深，采用一字形、T字形、工字形建筑平面布局；在建筑隔墻上設置通風窗，讓氣流可貫通建筑物。

2)建筑物構件布置的優化設計。

建筑物構件的布置會直接影響建筑物的通風量，在開窗方式的設計上，應充分利用懸窗和平開窗，增加有效通風面積，引導室內氣流方向；房間進出氣口應布置在相鄰墻面上，并且窗戶要錯開布置，以增加室內通風換氣的時間；室內進出風口面積的確定應視需要而定，可以在墻面上設置空洞增加通風量。

3)地下風道通風。

將建筑底層架空，有利于形成地下通風道，若在地板上設置進風口，則能夠較大地提高建筑物的通風能力。在冬季，地下空氣溫度較室內高，地下通道的空氣通過進風口進入室內能夠提高室內的溫度，在夏季，地下風道的溫度較室外低，室內的空氣通過進風口與地下通道的空氣發生熱交換，從而降低室內的溫度。

4)熱壓通風。

根據熱壓通風的原理，只要存在進出風口的高度差和溫度差就可以實現熱壓通風，因此，為了實現熱壓通風，應從進出風口的高度差和溫度差兩個角度考慮設計，在出風口高度差設計上，可通過設置煙囪實現高度差條件，一般而言，煙囪的高度應是最高通風空間高度的2倍；在滿足溫度差條件設計上，可利用屋頂太陽能加熱屋頂空氣或儲熱墻加熱室外空氣，增加熱壓，促進室內外空氣流動，形成熱壓通風。

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[5] 陳曉揚.建筑設計與自然通風[M].北京:中國電力出版社,2012.

Research on ecological ventilation methods of residential building in hot-summer and cold-winter zone★

Qiu Yingying He Xiaoyu

(AnhuiXinhuaUniversity,Hefei230088,China)

On the basis of analyzing the climate characteristics of hot-summer and cold-winter zone, the paper elaborates the principle of ecological ventilation, and proposes the designing strategy of using ecological ventilation to improve the building indoor comfort, in order to reduce energy consumption and meet green and energy saving construction.

hot-summer and cold-winter, residential building, ecological ventilation, energy saving

1009-6825(2016)18-0189-03

2016-04-17★：安徽省教育廳高校人文社科研究重點項目(項目編號：SK2015A678)

邱瑩瑩(1989- )，女，助教； 何小雨(1983- )，女，講師

TU201.5

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