公共建筑空間設計中自然通風的風熱協同效應及應用

徐雷

摘要：綠色建筑設計是一個安全、可靠、可持續的有機系統，其中自然通風系統設計不僅需要充分關注其在整個過渡季的主動通風降溫效果，還需要充分關注自然通風系統設計對綠色建筑造型和空間布局的直接影響，以及與綠色建筑整體采光、遮陽等多種技術的設計應用的相互配合。結合某室內綠色建筑設計實例，簡要分析了影響自然通風的建筑設計處理方法和綜合應用效果，如中庭設置、合理利用開窗和通風系統建設等，需要兼顧中庭空間的合理利用、自然通風和采光等。通過建筑設計信息的整合，可以提升公共建筑空間設計的整體生態環境信息質量。

關鍵詞：自然通風設計;風熱協同效應及應用;綠色建筑

引言：

近年來，建筑工程系統設計的技術水平逐步提高。在工業建筑工程系統設計中，建筑空調溫度調節的設計方法和建筑地暖系統的設計應用形式被廣泛應用，可以有效提高人們的工業生活環境質量。在這個應用過程中，人們很容易忽視自然資源的綜合利用，比如自然通風，這是工業建設項目中自然通風系統非常重要的設計和應用形式。通過充分利用這些自然通風設計形式，既能為人們創造和提供良好的工業生活環境，又能有效減少一些建設項目對自然環境的直接污染，有利于大大提高我國建設項目的環保利用性能。

一、自然通風的原理

1.1利用風壓實現建筑物的自然通風

在流向空氣的過程中，如果空氣被一些障礙物的風阻擋，可能會產生一定的靜壓。如果空氣流向整棟樓的迎風方向，可能會在被整棟樓的風阻擋后，逐漸增加迎風面的靜壓，從而形成正壓區，之后，空氣區會逆著整棟樓的風向上下偏轉，從而產生一定的氣流形成渦流。在這種正壓條件下，靜壓區會逐漸減小，空氣會產生一定的負壓差。將應用推廣到建筑物的自然通風，即用力測量主體建筑背風面與迎風面的風壓差，利用這一風壓差可以有效實現建筑物的自然通風。

1.2利用熱壓實現建筑自然通風

有兩種通風效果可以用來使建筑結構充分利用建筑熱壓通風來有效實現其自然通風，這兩種通風效果稱為建筑煙囪通風效果和建筑漏斗通風效果。再次，利用煙囪效應法實現室內自然通風時，需要在整棟建筑內外設置內煙囪，使部分室內霧狀有害氣體能夠通過內煙囪效應排出，同時吸收外部自然空氣能量進入，從而有效改善室內自然空氣質量。用熱力壓縮機實現室內自然通風，就是充分利用這一工作原理。依靠整個室內空氣加熱密度的差異，其冷空氣可能在室內熱空氣密度上升后逐漸減少，建立自然氣流，達到室內外通風的目的。

1.3風壓與熱壓相結合，實現建筑自然通風

風壓和熱壓的結合意味著可以一起使用的建筑可以達到自然通風的主要目的。這種可以組合使用的通風方式，也是目前選擇自然通風或建筑設計的最佳方式。通常在這種情況下，通過風實現熱壓比較簡單，但是風壓的實現存在很多不確定因素，很難實現熱壓。比如一個地方有風，大氣有環流的時候，采用局部風壓控制，如何實現自然通風？因此，在使用風壓控制時，使用熱壓控制比自然風更穩定。利用土風壓和自然熱壓的組合創造自然風時，還需要考慮相同的風向，避免兩種方式相互削弱而無法達到最佳的通風效果。因此，設計師在綜合運用這兩種方式時，一定要考慮情況。

二、自然通風在建筑設計中的應用策略分析

2.1加強建筑規劃

設計間距與室內自然通風的功能平衡分布關系主要表現為：為了使功能使整個大型建筑綜合體中的每一個大型建筑都顯得足夠大，同時獲得室內外自然通風，建筑應在大型建筑的主通風線與主體上下風向之間保持30b-45b的風向角，并宜采用多種綜合布局室內通風平衡策略，如采用直線交錯風向、斜向上下風向、前低后高、前疏后緊等。樓層之間的高度距離和建筑物屋頂的地形坡度對海洋高壓下橫向螺旋風向和渦向螺旋風的阻力是否同時產生、螺旋風壓值和阻力值在正負兩個方向上的方向變化幅度等因素有直接的相互影響。建筑越長越高，深度越小，室內渦流背風面越大，其產生的室內渦流對其流動的適應面積越大，流場越紊亂，有利于有效控制和降低室內渦流的風速和壓力。有些縱向相對正壓可能直接在建筑物頂部或迎風入口前部產生，有些橫向相對負壓可能直接在側面產生，相對正壓的渦流可能直接在后部產生。有時，由于空氣壓力流量差的直接存在，自然通風空氣中的側向負壓流量可能會直接受到影響。根據不同氣候區域的空氣自然通風，主導氣流天氣和自然風向不同，設計合理的自然通風天氣間距，為設計創造住宅建筑不同區域合理、有效、組織良好的空氣自然通風天氣環境效果提供了良好的設計可行性。

2.2科學布局總平面圖

房間大廳環境管理要求，如果客人想要保證及時獲得良好的房間采光率、通風換氣環境條件，就要特別注意及時組織工作人員共同建立良好的房間直通流。因此，在根據整體建筑設計的要求進行總體規劃的總體布局時，首先必須明確和充分考慮整個建筑的具體位置和朝向、它們之間的低高度距離以及整個建筑和群體的結構布局?？傊?，建筑的主體布局設計應盡量利用主體縱橫交錯或平行傾斜布置的建筑布局設計模式，進行建筑平面一體化的建筑布局，使每幢建筑盡可能同時獲得良好的建筑平面和自然通風;在建筑設計中，要盡量保證主體建筑的縱向橫軸不能與整個建筑的重力運動風向相同或完全垂直，主臥也要建在夏季風向占主導地位的主體建筑迎風角以上;每個建筑的主縱軸和寬度也應該對建筑的自然通風有直接而重要的影響。當然，如果該類型建筑寬度小于10m，可盡量選擇大規模單邊雙向對流通風;建筑面積小于15m，盡量選擇雙邊雙向對流通風。

2.3嚴格規范建筑間距

建筑之間的整體距離是否合理，決定了自然水土風向外和循環的通道是否暢通。因此，在設計大型建筑時，規劃兩類建筑之間的整體內部距離是非常重要的。但隨著我國土地利用率可持續的高層建筑所占面積的不斷減少，許多企業高層結構建設者盲目追求大幅度縮小部分高層建筑的間距，以獲得比企事業單位高層建筑更多的經濟社會和經濟效益，從而試圖提高部分高層結構建筑的空間密度。這對我們自然界中空氣的順暢流通、高流速的進入以及陽光通風的對流效應產生了巨大而嚴重的影響，極大地降低了當今社會人們的日常生活和居住空氣質量和熱舒適性。因此，在我國城市主體建筑項目高度規劃設計的實際實施過程中，需要根據特定的城市自然日照時長和與自然相適應的特定日照方向，合理確定具體的城市建筑間距，實現城市建筑項目經濟效益與城市人生活舒適度的有機協調統一。

2.4明確建筑朝向和通風區域

由于各種風壓的相互作用主要通過各種風壓相關系數的表達來獲得，因此與整個建筑的朝向和建筑通風的占地面積密切相關。而且不同緯度的氣候主導運動風向可能表現出較大的差異，因此要求冬季建筑物的朝向應與夏季氣候主導運動風向一致。同時，在正確設計建筑整體布局的同時，控制整個建筑內部結構的高度是非常必要的。并認為應在此基礎上，結合室內外風機品質的實際需求，合理設計通風口。這里指的是整個建筑立面上的有效設計通風面積和有效設計通風位置。此外，房間內出風口的相對交錯位置及其交錯直徑也會對房間風速和進出房間的風量產生直接的相互影響，因此非常有必要將房間內的進風口和出風口的相對位置錯開，并保持一定的距離，從而有效控制和改變室內外氣流的流向，達到更好的室內通風凈化效果。

結束語

自然通風系統具有環保、節能、清潔三大優勢，在新型現代建筑中得到廣泛應用。對于現代建筑工程設計的從業者來說，需要充分結合建筑技術的不斷發展，充分利用新材料，根據自然規律和優秀的建筑設計技術理念，在建筑設計中采用更加合理、高效的自然通風處理方法，從而提高建筑中自然通風的利用效率，在為整個建筑節能的同時，創造舒適的居住環境。

參考文獻：

[1]吳國棟，韓冬青.公共建筑空間設計中自然通風的風熱協同效應及運用[J].建筑學報，2020（09）：67-72.

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