住宅建筑設計中自然通風的考慮及設計分析

黃志遠

安徽省建筑科學研究設計院

住宅建筑設計中自然通風的考慮及設計分析

黃志遠

安徽省建筑科學研究設計院

在住宅建筑設計中，自然通風是一種極其重要的通風方式，其體現的核心價值是人與自然相融、相親、相近。在本案，筆者首先介紹自然通風的原理，然后再進一步討論自然通風在住宅建筑設計中的運用。

住宅建筑；自然通風；設計

1 引言

據數據顯示，2016年民用建筑能耗約占社會總能耗的30%，其中暖通能耗約占50%，因此降低暖通能耗至關重要。另據專家估算，優化建筑設計可節省2/3-3/4的建筑能耗，則自然通風設計被提升日常，其是通過合理開設煙囪、門窗等來產生空氣流動。目前，自然通風在世界范圍內的民用建筑中都有所應用，且潛力巨大。據此，本案筆者結合實踐經驗，淺析自然通風及其在住宅建筑設計中的運用。

2 自然通風的原理

在住宅建筑設計中，自然通風的關鍵是室內、外空氣存在壓力差，而空氣壓力差的成因包括熱壓、風壓，詳見圖1。

圖1 自然通風圖示

結合圖1，利用風壓、熱壓實現建筑自然通風的表現如下：

2.1 利用風壓

風壓是與氣流方向的平面垂直時產生的靜壓，即：在建筑物的阻擋下，迎風面氣流受阻而引起靜壓升高，而背風面與側風面的局部渦流又導致靜壓下降，如此便會在背風面與迎風面形成壓力差。在這一壓力差的影響下，室內、外的空氣從高壓力的一側流向低壓力的一側。依據伯努利流體原理，隨著流動空氣速度的加快，其壓力逐漸降低，并形成低壓區。據此，可在建筑的局部設計橫向通風道，風從中吹過時會形成負壓區，并帶動四周空氣流動，同時為了明確通風的風向，通風通道應在不同的方向上封閉和開敞設計。

2.2 利用熱壓

建筑室內空氣熱壓差（或稱煙囪效應）是建筑自然通風的另一原理，即：室內、外空氣的溫差導致空氣在密度上產生差異，并形成壓力差，從而帶動室內、外空氣流動。當室內空氣溫度高時，其比重較小，則會上升并從建筑上風口排出。此時，在密度較低的空氣分布區會形成負壓區，導致室外溫度低且比重大的空氣進入建筑底部，并最終帶動室內、外空氣流動。

3 住宅建筑的自然通風設計

建筑自然通風的影響因素包括：建筑的長度、進深、高度、迎風方位；建筑群的迎風方位、排列方式、間距；住宅區的選址及水面、綠地、道路的布局等。下面，筆者主要從建筑朝向、建筑群的間距與布局等角度淺析住宅建筑的自然通風設計。

3.1 建筑朝向

針對建筑朝向的問題，需要綜合考慮當地日照與風的特點，其中包括夏冬季主導風的速度、風向和溫度。鑒于不同地區風的特點不同且建筑迎風面的壓力最大值出現在風向的垂直面上，則建筑主立面的朝向盡量選擇夏季主導風向，側立面則選擇冬季主導風向。建筑南向的太陽輻射量最多，外加我國絕大多數地區的夏季主導風向在朝南方向或南偏東，則建筑朝向的最佳選擇是南方，且這一選擇具有下列優勢：一是調節室內熱環境、改善夏季自然通風條件；二是降低冬季室內采暖空調的負荷；三是避免西、東曬。

3.2 建筑群的間距

研究發現，當建筑南北向的日照間距縮小至一定范圍后，后排建筑會被前排建筑遮擋，此時的風壓小，因此通風效果差；當日照間距增大后，后排建筑具有更強的風壓，因此自然通風效果也更好。據此，在設計住宅區時，應增大其中一些建筑的間距，并形成組團綠地，以改善下風側建筑的自然通風效果及為住戶提供環境優越的休閑場所。另外，倘若條件允許，建議增大山墻的間距，究其原因是：在行列布局的建筑群中，室外氣流經過時會在山墻間形成空氣射流，而在錯列布局的建筑群中，利用這一股空氣射流可改善下風向建筑的自然通風效果。其中，山墻的間距視建筑間距而定，通常要求在建筑間距較大時，增大山墻間距，以方便空氣射流抵達后排建筑處。

4 建筑群的布局

關于建筑群的布局與自然通風的相互關系，可從空間、平面上進行如下思考：

4.1 從平面上

(1)建筑布局的含義

針對建筑的平面布局，其常見的形式包括散點式、周邊式和行列式。行列式布局分為斜列式、錯列式和并列式。并列式布局其指的是聯排式或條式建筑按一定的朝向、間距布局。在并列式建筑布局中，建筑群的受風面較窄，而與此相比，斜列式與錯列式可斜向將風導入建筑群的內部，因此其風場布局更合理及自然通風效果更好。周邊式布局指的是沿院落或街坊周邊布局建筑，使其形成（半）封閉的內院空間，因其不利于風的導入，則在冬季寒冷地區更為適用。散點式布局分為高層塔式、多層點式及低層獨院式住宅布局，其自成組團或以公共綠地、中心建筑或水面為中心自由布局，因此通風效果非常好。

(2)路網設計

在規劃建筑群時，應同步設計路網，借此改善住宅區的自然通風效果，即：1）對于方正的住宅區，采用“以曲代直”的方法規劃小區道路，可改進建筑群的布局，并改善其自然環境和自然通風效果；2）將主通風道設在住宅區的主要道路上，可引導風從通風廊道進入住宅組團內，從而帶動自然風流動；3）對于行列式布局，調整路網可使建筑原先單一的行列關系形成組團，其中可將綠地設計在稀疏的地方，以使自然風從主干道進入組團內，從而改善小區內的風環境。

(3)風向投射角設計建筑群的布局極大地影響著自然風的流向。其中，風向的投射角指的是建筑墻面法線與風向投射線的交角，詳見圖2。

圖2 風向投射角的圖示

備注：α-風向投射角

結合圖2，單體建筑的風向投射角越小，則自然通風條件越好。但對于建筑群，則需將前、后排建筑的關系考慮其中。例如，居住區的建筑通常采用并列布局，則在風正吹的情況下，后排建筑較大的風影區會對其自然通風效果產生不利影響。因此，盡量不要讓建筑的長軸與夏季主導風向垂直，通常建議將建筑與風向的投射角設計為30°-60°，從而改善建筑的自然通風效果。

5 從空間上

針對建筑的空間布局，應保持建筑單體的高低有序狀態，以使氣流從住宅區流過時不會形成下沖氣流、漩渦等高速氣流。對于建筑群的組合，倘若某一棟建筑比其他建筑高或突然增大樓間距基本一致的建筑群中某兩棟建筑的間距，則過大的下沖氣流會形成高速風，并造成大量的熱損失，此時住戶會感到明顯的不適。另外，在建筑空間布局上，建筑間盡量不要出現風的遮擋，即：順著夏季主導風向進行建筑群布局，其中底層和多層建筑布局在臨近主導風向的地方或小區邊緣，而（小）高層建筑則布局在遠離主導風向的地方，如此既可使自然風流入住宅區中，又能減弱冬季風的作用。

6 結束語

綜上研究，自然通風是一種極為被動的通風降溫方式，其通過合理設計，可改善室內及住宅區內的熱環境，從而實現了建筑節能、降耗及改善空氣質量等目的。據此，在住宅建筑設計中，自然通風的社會潛力非常大，值得高度重視。

[1]邱瑩瑩,何小雨.夏熱冬冷地區住宅建筑自然通風設計策略研究[J].山西建筑,2016(18):189～191.

[2]姚星迪.在住宅建筑設計中自然通風的應用[J].四川水泥,2015(6):83.

[3]周超斌,王志強,吳塵,姜漪.重慶地區高層住宅雙窗設計及自然通風實測分析[J].暖通空調,2014(9):24～29.

[4]張文,高輝,鄧石礪.建筑改造項目設計中中庭對自然通風影響分析——以2013年臺達杯建筑設計競賽獲獎方案為例[J].建筑節能,2014(2):83～90.

[5]文靈紅,王永超.山地城市綠色建筑自然通風設計探討——基于重慶首批綠色建筑住宅項目重慶萬科城自然通風分析[J].重慶建筑,2013(11):16～19.

[6]吳佳南,柴成榮.廈門地區住宅建筑設計中的自然通風優化策略探討[J].住宅科技,2012(2):8～11.