探析住宅建筑自然通風(fēng)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響

【摘要】自然通風(fēng)作為改善住宅建筑室內(nèi)熱環(huán)境和空氣品質(zhì)的重要手段，在熱壓、風(fēng)壓作用下形成空氣流通，是一項古老而重要的通風(fēng)方式，對于減少室內(nèi)消耗、改善空氣品質(zhì)、提高人體舒適性具有重要作用。住宅建筑空調(diào)等設(shè)備的大量使用造成建筑能耗快速增長，如何有效利用自然通風(fēng)降低建筑能耗已成為我們設(shè)計工作者面臨的一項重大課題，文章將對住宅建筑自然通風(fēng)對室內(nèi)環(huán)境的影響進(jìn)行探析，并提出了改善室內(nèi)環(huán)境的措施。

【關(guān)鍵詞】住宅建筑；自然通風(fēng)；室內(nèi)熱環(huán)境；空氣品質(zhì)

住宅建筑自然通風(fēng)是在建筑室內(nèi)外風(fēng)壓和熱壓作用下形成空氣流通，達(dá)到控制室內(nèi)污染濃度、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境的目的，具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，能為居民提供良好的居住環(huán)境。當(dāng)前，利用自然通風(fēng)來改變室內(nèi)環(huán)境已成為現(xiàn)代節(jié)能建筑和生態(tài)建筑設(shè)計不可或缺的設(shè)計理念，也是現(xiàn)代建筑可持續(xù)發(fā)展觀理念的必然要求。下面將結(jié)合個人實踐經(jīng)驗探析住宅建筑自然通風(fēng)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。

1.自然通風(fēng)的理論機(jī)理

1.1利用風(fēng)壓實現(xiàn)自然通風(fēng)

當(dāng)風(fēng)吹向建筑時，會受到建筑物的阻擋，動壓轉(zhuǎn)換為靜壓為正壓，氣流繞過建筑由于空氣渦旋的作用形成動壓陰影區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓力，側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面并在相應(yīng)位置產(chǎn)生靜壓負(fù)壓力，室內(nèi)空氣在建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間壓力差的作用下實現(xiàn)的空氣流通就是風(fēng)壓通風(fēng)。風(fēng)壓是實現(xiàn)自然通風(fēng)的主要手段，我國很多非空調(diào)住宅建筑多利用風(fēng)壓來促進(jìn)室內(nèi)空氣流動，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。通常情況下，壓力差大小與建筑形式、建筑與風(fēng)的夾角以及建筑周圍環(huán)境有關(guān)。

1.2利用熱壓實現(xiàn)自然通風(fēng)

熱壓是由于室內(nèi)外空氣溫差形成密度差和一定的高差聯(lián)合作用下產(chǎn)生壓差，沿著建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度即所謂的“煙囪效應(yīng)”來實現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。熱壓與室內(nèi)外溫差與進(jìn)、出風(fēng)口的高差成正比。在實際建筑設(shè)計時，可采用煙囪、通風(fēng)塔、天井中庭等形式，為利用自然通風(fēng)創(chuàng)造有利條件，使得建筑物有良好的通風(fēng)效果。在有比較穩(wěn)定的熱源的情況下，熱壓式自然通風(fēng)更能得到保證。

1.3風(fēng)壓與熱壓共同作用實現(xiàn)自然通風(fēng)

在住宅建筑自然通風(fēng)中，風(fēng)壓與熱壓通風(fēng)是相輔相成的，通常，對于進(jìn)深較小的建筑部位，自然通風(fēng)主要利用風(fēng)壓，而對于進(jìn)深較大的建筑部位則主要利用熱壓實現(xiàn)。因此，在建筑設(shè)計時要充分考慮影響因素，在組織通風(fēng)時，合理利用風(fēng)壓和熱壓作用，實現(xiàn)有效的建筑物自然通風(fēng)。要特別注意避免風(fēng)壓和熱壓相互抵消而降低通風(fēng)效率問題，如將熱壓出風(fēng)口設(shè)置于風(fēng)壓正壓區(qū)。

2.住宅建筑自然通風(fēng)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響

2.1自然通風(fēng)與空氣品質(zhì)

美國ASHRAE62-1989R標(biāo)準(zhǔn)對于可接受的室內(nèi)空氣標(biāo)準(zhǔn)定義為：在空調(diào)房間內(nèi)，絕大多數(shù)人沒有對空氣品質(zhì)感到不滿，空氣中沒有已知污染物可能會對人體健康造成威脅的濃度。

空氣品質(zhì)的好壞直接影響著人們身心健康，住宅建筑是人們的居住場所，與人們生活是息息相關(guān)。隨著建筑技術(shù)水平的進(jìn)步和提升，

眾多不同使用功能和性質(zhì)的建筑組合，使得建筑的體量和規(guī)模隨之膨脹，多功能大體量的復(fù)合型建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)，由于部分建筑師忽視自然通風(fēng)，采用密閉設(shè)計和集中的空調(diào)、分依賴于機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。出現(xiàn)大量的建筑用房自然通風(fēng)不暢，導(dǎo)致建筑的耗能增加，室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，形成”建筑綜合癥”和”空調(diào)病”，產(chǎn)生”病態(tài)建筑”。因過多的使用空調(diào)進(jìn)一步加劇城市熱島效應(yīng)。

在住宅建筑中，污染物不僅僅來自于人為活動，還來自于建筑材料、建筑裝飾材料以及日用化學(xué)用品的使用，在室內(nèi)會釋放出有害的成份，污染室內(nèi)環(huán)境，為保證室內(nèi)人員的健康，相關(guān)規(guī)范對污染物濃度有具體的限制；據(jù)醫(yī)學(xué)觀察，1個人每小時需要20～30m3的新鮮空氣才會感到舒適。房間最小新風(fēng)量為滿足人均衛(wèi)生新風(fēng)量與排除稀釋有害物等所需的新風(fēng)量兩者的大值。

室內(nèi)空氣氣流組織也非常重要，好的氣流組織有利于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、稀釋有害物濃度。

因此，住宅建筑設(shè)計人員必須在設(shè)計階段就充分考慮采取必要的技術(shù)和措施，選用環(huán)保的建筑材料，從源頭上減少有害物的散發(fā)量；根據(jù)建筑物特點、外圍環(huán)境條件、居民生活習(xí)慣等，確定合適的新通風(fēng)量和換氣次數(shù)，選擇最為合理的自然通風(fēng)方式，組織利用好自然通風(fēng)維持一個好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，營造一個健康的居住環(huán)境。

2.2自然通風(fēng)與熱舒適

目前國際上常用的室內(nèi)熱環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-7730和美國的ASHRAE55-2004，熱舒適性指的是人對室內(nèi)熱環(huán)境的主觀滿意情況，通過投票來定。近年來各國學(xué)者在熱舒適現(xiàn)場研究領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)，在自然通風(fēng)環(huán)境下人們的舒適區(qū)域超過了上述標(biāo)準(zhǔn)中提供的舒適區(qū)域，而且舒適區(qū)域也大于完全靠機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國有85%的人寧可呆在有點熱的自然風(fēng)環(huán)境下，也不愿呆在空調(diào)環(huán)境下，所以人們對自然風(fēng)的偏愛是顯而易見的，這主要是因為自然風(fēng)能夠給人們帶來更為新鮮的空氣和更為舒適的感覺。

3.改善室內(nèi)熱環(huán)境的措施

自然通風(fēng)的最主要手段是利用室內(nèi)外風(fēng)壓和熱壓，通過合理氣流組織，達(dá)到較好的通風(fēng)效果。住宅建筑設(shè)計中要善于利用自然通風(fēng)的原理，通過合理的設(shè)計和技術(shù)改變環(huán)境因素對建筑的影響，將自然風(fēng)引向室內(nèi)，從而改善室內(nèi)熱環(huán)境。

3.1總平面布局

在小區(qū)規(guī)劃總平面布局時，應(yīng)綜合考慮建筑物朝向、間距等布局，避免建筑物成排成群的布置，盡量采用錯列式和斜列式，使各單體建筑均能獲得良好的通風(fēng)。

3.2合理布置住宅朝向

獲得良好自然通風(fēng)、改善室內(nèi)熱環(huán)境的主要途徑是組織利用好穿堂風(fēng)，應(yīng)合理布置住宅朝向，為此，建筑的迎風(fēng)面與夏季最多風(fēng)向宜成60°～90°，且不應(yīng)小于45°。同時，因春秋季時間較長，應(yīng)充分利用春秋季的自然通風(fēng)。

3.3合理確定建筑物間距

建筑物間距是影響自然通風(fēng)的重要因素，在住宅小區(qū)規(guī)劃中，不能片面追求高建筑密度而過多壓縮住宅間距，犧牲住宅的熱舒適性，建筑物間距過小會使住宅不能得到較好的自然通風(fēng)和日照。建筑間距是由建筑日照要求和自然通風(fēng)要求決定的，因此，必須合理設(shè)計建筑間距，使其滿足自然通風(fēng)和自然采光條件，以便改善室內(nèi)熱環(huán)境。

3.4合理設(shè)計戶型平面

平面的合理設(shè)計與戶型的選擇對住宅建筑室內(nèi)熱環(huán)境的影響很大，通常，板式高層住宅建筑能夠保證多數(shù)主要房間位于主導(dǎo)風(fēng)的迎風(fēng)面，使房間具備雙面采光和南北通風(fēng)的先天優(yōu)勢，但是由于當(dāng)前土地資源緊缺，為了節(jié)約空間，提高空間使用率，住宅建筑多設(shè)為一梯兩戶或兩戶以上，北面則是樓梯間，實現(xiàn)室內(nèi)南北通風(fēng)比較困難，所以，可盡量讓進(jìn)出風(fēng)口對位，如客廳和餐廳的門窗位置、室內(nèi)外庭院結(jié)合、平面設(shè)計成開口或空廊等，減少氣流迂回路程，減小阻力，以便氣流通過。

3.5窗對自然通風(fēng)的影響

很多情況下，自然通風(fēng)系統(tǒng)中用窗戶來充當(dāng)風(fēng)口，故窗戶的形式、朝向、位置、面積、選型、開啟方式等都影響通風(fēng)效率、室內(nèi)氣流組織和室內(nèi)熱舒適性，直接決定室內(nèi)熱環(huán)境的優(yōu)劣。

外窗開啟方式及選型對室內(nèi)自然通風(fēng)效果有影響，外推旋轉(zhuǎn)窗可改變進(jìn)入室內(nèi)風(fēng)的方向，單側(cè)向外開啟的平開窗利于室外風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，推拉窗的引風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)效果不明顯且開啟面積小。因此，盡量選用具有良好導(dǎo)風(fēng)性能的窗如平開窗、上旋窗等，改善室內(nèi)通風(fēng)效果和空氣品質(zhì)，提高室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量。

在住宅建筑設(shè)計中，都應(yīng)使窗戶開口高度盡量接近人的活動區(qū)域。起居室的窗臺高度應(yīng)控制在人坐著的高度，不宜大于1.2m，否則室內(nèi)大部分使用區(qū)的通風(fēng)效果不良。

3.6自然通風(fēng)強(qiáng)化措施

宜結(jié)合建筑設(shè)計，合理利用被動式通風(fēng)技術(shù)強(qiáng)化自然通風(fēng)。被動通風(fēng)常采用下列方式：

（1）采用捕風(fēng)裝置加強(qiáng)自然通風(fēng)。捕風(fēng)裝置是利用對自然風(fēng)的阻擋在捕風(fēng)裝置迎風(fēng)面形成正壓、背風(fēng)面形成負(fù)壓，與室內(nèi)的壓力形成一定的壓力梯度，將新鮮空氣引人室內(nèi)，并將室內(nèi)的渾濁空氣抽吸出來，從而加強(qiáng)自然通風(fēng)換氣的能力。

（2）采用屋頂無動力風(fēng)帽裝置加強(qiáng)自然通風(fēng)。無動力風(fēng)帽是通過自身葉輪的旋轉(zhuǎn)，將任何平行方向的空氣流動加速并轉(zhuǎn)變?yōu)橛上露洗怪钡目諝饬鲃?，從而將下方建筑物?nèi)的污濁氣體吸上來并排出，以提高室內(nèi)通風(fēng)換氣效果。

（3）采用太陽能誘導(dǎo)等通風(fēng)方式加強(qiáng)自然通風(fēng)。太陽能誘導(dǎo)通風(fēng)方式是依靠太陽輻射給建筑結(jié)構(gòu)的一部分加熱，從而產(chǎn)生大的溫差，會比傳統(tǒng)的由內(nèi)外溫差引起流動的浮升力驅(qū)動的策略獲得更大的風(fēng)量，能夠更有效地實現(xiàn)自然通風(fēng)。典型的三類太陽能誘導(dǎo)方式為：特倫布（Trombe）墻、太陽能煙囪、太陽能屋頂。

4.結(jié)語

總之，自然通風(fēng)能夠有效改善室內(nèi)熱環(huán)境，保證室內(nèi)環(huán)境的健康，提高室內(nèi)舒適性，這就要求根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特點合理設(shè)計并組織自然通風(fēng)，為人們創(chuàng)建一個健康、和諧、舒適、潔凈的室內(nèi)環(huán)境，也為保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。由于自然通風(fēng)受到制約性因素較多，比如地理氣候環(huán)境、建筑物周圍的空氣質(zhì)量與噪聲、建筑物的結(jié)構(gòu)、戶型等，只有綜合這些因素的合理設(shè)計與運行，才能確保自然通風(fēng)的有效實現(xiàn)。

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