論建筑設(shè)計中的自然通風(fēng)設(shè)計

王丹　周賽男

摘要：現(xiàn)代住宅建筑的采光設(shè)計的意義不僅僅在于節(jié)約能源消耗，更在于現(xiàn)代能源節(jié)約的文化思想。雖說我國的建筑業(yè)已發(fā)展到一定水平，但在建筑采光設(shè)計方面，設(shè)計師還需要不斷加強(qiáng)。本文首先對風(fēng)壓、熱壓和機(jī)械輔助下的自然通風(fēng)的原理及設(shè)計進(jìn)行說明，并探討通過調(diào)節(jié)建筑構(gòu)造來實現(xiàn)自然通風(fēng)。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計；自然通風(fēng)設(shè)計；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—120—02

前言

自然通風(fēng)是構(gòu)建生態(tài)建筑的手段之一。一個好的自然通風(fēng)設(shè)計能夠調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度以及提高室內(nèi)空氣的品質(zhì)。降低人們對其他代替產(chǎn)品的依賴，從而節(jié)約空調(diào)等電器消耗的能源、減少污染，符合當(dāng)今時代綠色環(huán)保的主題。

1建筑設(shè)計中自然通風(fēng)設(shè)計理念

自然通風(fēng)不消耗功率也可以獲得更大的通風(fēng)換氣，簡單容易、節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護(hù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑自然通風(fēng)的共同特點是：依靠室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓和室內(nèi)空氣溫差引起的熱空氣流，實現(xiàn)供應(yīng)室內(nèi)新鮮空氣和稀釋室內(nèi)氣味和污染物，消除余熱、余濕的目的。根據(jù)自然通風(fēng)的工作原理可分為：熱壓作用下的自然通風(fēng)和空氣壓力作用下的自然通風(fēng)，熱壓風(fēng)壓自然通風(fēng)作用下，根據(jù)通風(fēng)方式可分純自然通風(fēng)和機(jī)械輔助自然通風(fēng)。

1.1熱壓作用下的自然通風(fēng)

風(fēng)壓和熱壓是自然通風(fēng)最基本的動力，一般所說的煙囪效應(yīng)即是熱壓通風(fēng)熱壓通風(fēng)不考慮室外風(fēng)壓的作用，當(dāng)室內(nèi)外存在溫差或存在進(jìn)排氣口高差時，空氣密度會隨著溫度的升高而降低，從而實現(xiàn)自然通風(fēng)，可能過在建筑物上部設(shè)置排風(fēng)口等實現(xiàn)熱壓通風(fēng)。影響熱壓通風(fēng)的主要因素是：窗孔位置、兩窗孔的高差和室內(nèi)空氣密度差在建筑設(shè)計中，一般可利用建筑物內(nèi)部貫穿多層的豎向井洞，如樓梯間、中庭、拔風(fēng)井、管道井等滿足進(jìn)排風(fēng)口的高差要求，在頂部設(shè)置可以控制的開口，將建筑各層的熱空氣排出，達(dá)到自然通風(fēng)的目的相比較風(fēng)壓式自然通風(fēng)，熱壓式自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境。

1.2風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

在風(fēng)力資源較為豐富的地區(qū)，風(fēng)壓是實現(xiàn)自然通風(fēng)的最佳手段，在住宅建筑中使用風(fēng)壓手段，可以更好的促進(jìn)建筑室內(nèi)的空氣流通，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。當(dāng)空氣流吹向建筑時，由于受到建筑的阻擋，建筑物四周室外氣流的壓力分布將發(fā)生變化，迎風(fēng)面氣流受阻，動力降低，會在建筑的迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓力同時，氣流繞過建筑的各個側(cè)面及背面，會在相應(yīng)位置產(chǎn)生負(fù)壓力風(fēng)壓通風(fēng)，就是利用建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的壓力差，實現(xiàn)空氣的流通壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風(fēng)的夾角以及建筑周圍所決定的空氣動力系數(shù)等有關(guān)，當(dāng)風(fēng)垂直吹向建筑的正立面時，迎風(fēng)面中心處正壓最大，在屋角和屋脊處負(fù)壓最大由風(fēng)壓促成的氣流可以穿過整個房間，通風(fēng)量大大超過熱壓促成的氣流，這是夏季組織通風(fēng)的主要方式，另外根據(jù)伯努利流體原理，可以在建筑中局部留出橫向的通風(fēng)通道，當(dāng)風(fēng)從通道吹過時，會在通道中形成負(fù)壓區(qū)，從而帶動周圍空氣的流動，這就是管式建筑的通風(fēng)原理通風(fēng)的管式通道要在一定方向上封閉，而在其他方向開敞，從而形成明確的通風(fēng)方向這種通風(fēng)方式可以在大進(jìn)深的建筑空間中達(dá)到較好的通風(fēng)效果。

1.3風(fēng)壓與熱壓共同作用實現(xiàn)自然通風(fēng)

在建筑的自然通風(fēng)設(shè)計中，建筑物受到風(fēng)、熱壓同時作用時，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上各窗孔的內(nèi)外壓差就等于各孔的余壓和室外風(fēng)壓之差線性疊加風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)往往是互為補(bǔ)充、密不可分的一般來說，在建筑進(jìn)深較小的部位多利用風(fēng)壓來直接通風(fēng)，而進(jìn)深較大的部位則多利用熱壓來達(dá)到通風(fēng)效果。

1.4機(jī)械輔助式自然通風(fēng)

現(xiàn)代建筑更趨于高層化、大型化，這使得通風(fēng)路徑更長，空氣流動受到了更大的阻力，自然通風(fēng)效果降低，因此只是簡單的依靠自然風(fēng)壓及熱風(fēng)壓是很難取得較好的通風(fēng)效果的特別在一些空氣質(zhì)量較差、噪聲污染嚴(yán)重的城市，過于直接的自然通風(fēng)會將室外的各種污染帶入室內(nèi)，自然通風(fēng)效果相較于污染對人體的傷害顯得較低，這時就需要對自然通風(fēng)施以機(jī)械輔助的手段機(jī)械輔助自然通風(fēng)系統(tǒng)具有較為完整的空氣循環(huán)通道，它將機(jī)械方式與生態(tài)思想相融合，共同完成室內(nèi)通風(fēng)任務(wù)。

2自然通風(fēng)設(shè)計形式

2.1建筑群的布局

建筑群的布局對自然通風(fēng)的影響效果很大。對于建筑群體，若風(fēng)沿著法線吹向建筑，會在背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū)，對后排建筑的通風(fēng)不利。在建筑設(shè)計中要綜合考慮這兩方面的利弊，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。由于前后建筑通風(fēng)的影響，因此在單體設(shè)計中還應(yīng)該結(jié)合總體的情況對建筑的體型，包括高度、進(jìn)深、面寬乃至形狀等實行一定的控制。

2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)開口

建筑物開口的優(yōu)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(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。根據(jù)測定，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。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向，使室內(nèi)氣流更均勻，通風(fēng)效果更好。

2.3煙囪效應(yīng)

“煙囪”空間，又叫風(fēng)塔，是由垂直豎井和幾個風(fēng)口組成，在房間的排風(fēng)口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風(fēng)塔頂部進(jìn)入的空氣產(chǎn)生抽吸作用。風(fēng)塔由垂直豎井和風(fēng)斗組成。在通風(fēng)不暢的地區(qū)，可以利用高出屋面的風(fēng)斗，把上部的氣流引入建筑內(nèi)部，來加速建筑內(nèi)部的空氣流通。風(fēng)斗的開口應(yīng)該朝向主導(dǎo)風(fēng)向。在主導(dǎo)風(fēng)向不固定的地區(qū)，則可以設(shè)計多個朝向的風(fēng)斗，或者設(shè)計成可以隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動。

2.4屋頂?shù)淖匀煌L(fēng)

通風(fēng)隔熱屋面通常有以下兩種方式：a.在結(jié)構(gòu)層上部設(shè)置架空隔熱層。這種做法把通風(fēng)層設(shè)置在屋面結(jié)構(gòu)層上，利用中間的空氣間層帶走熱量，達(dá)到屋面降溫的目的，另外架空板還保護(hù)了屋面防水層。b.利用坡屋頂自身結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)層中間設(shè)置通風(fēng)隔熱層，也可得到較好的隔熱效果。

2.5雙層玻璃幕墻

雙層幕墻是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進(jìn)技術(shù)，被譽(yù)為“會呼吸的皮膚”，它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風(fēng)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(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。在冬季，關(guān)閉進(jìn)出風(fēng)口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度；夏季，打開進(jìn)出風(fēng)口，利用“煙囪效應(yīng)”在空腔內(nèi)部實現(xiàn)自然通風(fēng)，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達(dá)到降溫的目的。在節(jié)能上，雙層通風(fēng)幕墻由于換氣層的作用，比單層幕墻在采暖時節(jié)約能源42%～52%，在制冷時節(jié)約能源38%～60%，是解決建筑節(jié)能的一個新的方向。

2.6利用中庭

現(xiàn)代具有中庭結(jié)構(gòu)的建筑越來越多，大部分是增加采光和增加空間效果的作用，中庭如果處理不好不但不能夠起到節(jié)能環(huán)保的作用相反還會帶來巨大的能耗。因此必須合理進(jìn)行中庭設(shè)計，利用中庭結(jié)構(gòu)的特殊作用，確保建筑能耗降低。如可以利用中庭的熱壓作用，實現(xiàn)自然通風(fēng)，實現(xiàn)綠色建筑節(jié)能效果。

2.7其他措施

綠色建筑本身就是為了倡導(dǎo)節(jié)約資源，建設(shè)節(jié)約型社會，不斷提高資源的利用效率。因此在建設(shè)綠色建筑時不能使造價不合理的提高，所以怎樣利用建筑設(shè)計中的造型處理來增強(qiáng)自然通風(fēng)尤為重要，比如設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板，利用景觀綠化等等。

3結(jié)語

自然通風(fēng)技術(shù)不但能降低室內(nèi)溫度、帶走潮氣、達(dá)到人體熱舒適，還能提供新風(fēng)，保證室內(nèi)空氣品質(zhì)。通過合理的設(shè)計，有效地利用自然通風(fēng)解決室內(nèi)熱舒適性和空氣質(zhì)量問題，不增加投資就能營造一個健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。