建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)探討

黃巖

摘 要：自然通風(fēng)簡(jiǎn)而言之就是不借助任何電力機(jī)械裝置，將室外的空氣引入室內(nèi)，以達(dá)到降低室內(nèi)污染、清新空氣、消除室內(nèi)余熱、保持家內(nèi)舒適、減低空調(diào)負(fù)荷的目的。自然通風(fēng)是一種具有很大潛力的通風(fēng)方式.是人類歷史上長(zhǎng)期賴以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的原始手段。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，自然通風(fēng)顯得相當(dāng)重要，其不僅可以保持室內(nèi)空氣的流動(dòng)，同時(shí)還可以節(jié)省電力。該文通過(guò)針對(duì)建筑設(shè)計(jì)中的自然通風(fēng)情況，分析如何合理地進(jìn)行建筑空間形式以及相關(guān)構(gòu)件的設(shè)置等，從而合理地達(dá)到建筑室內(nèi)的自然通風(fēng)量效果，為同行提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì) 自然通風(fēng) 室內(nèi)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（b）-0033-02

1 建筑自然通風(fēng)形成

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，自然通風(fēng)顯得相當(dāng)重要，其不僅可以保持室內(nèi)空氣的流動(dòng)，同時(shí)還可以節(jié)省電力。人人都有這樣的經(jīng)歷：睡了一晚上的覺(jué)，室內(nèi)空氣渾濁，清晨起床的時(shí)候，喜歡打開(kāi)窗戶，室外的新鮮空氣撲面而來(lái)，沒(méi)過(guò)一會(huì)、整個(gè)房間渾濁空氣就會(huì)消散，這就是自然通風(fēng)的效果。在初夏季節(jié)，室內(nèi)容易悶熱，當(dāng)把窗戶打開(kāi)，外面的涼風(fēng)就會(huì)進(jìn)來(lái)，吹在身上，頓時(shí)感覺(jué)很舒適，這也是自然通風(fēng)效果的體現(xiàn)。自然通風(fēng)通過(guò)在壓力差的前提下推動(dòng)空氣流動(dòng)，當(dāng)風(fēng)從左邊吹向建筑物時(shí)，建筑物的迎風(fēng)面受到空氣的推動(dòng)作用形成正壓區(qū)，推動(dòng)空氣從該側(cè)進(jìn)入建筑。而建筑的背風(fēng)面，由于受到空氣繞流影響形成負(fù)壓區(qū)，吸引建筑內(nèi)空氣流出從該側(cè)出口，從而形成了持續(xù)不斷的空氣流，成為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)。

如圖1所示，在熱壓作用下形成了自然通風(fēng)。當(dāng)室內(nèi)存在熱源時(shí)，室內(nèi)空氣將由于被加熱，從而空氣密度降低，空氣將向上浮動(dòng)，出現(xiàn)室內(nèi)上部空氣壓力大于室外，導(dǎo)致室內(nèi)空氣向外流動(dòng)，而對(duì)于室內(nèi)下部則將出現(xiàn)空氣流入，以填補(bǔ)上部流出的空氣所讓出的空間，從而形成了持續(xù)不斷的自然通風(fēng)效果。

在建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)往往是互為補(bǔ)充的?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)于建筑進(jìn)深較小的部位則可以通過(guò)利用風(fēng)壓來(lái)通風(fēng)，而對(duì)于建筑物進(jìn)深較大的部位則多利用熱壓來(lái)達(dá)到通風(fēng)效果。

2 生態(tài)獨(dú)立住宅的自然通風(fēng)策略

以上海地區(qū)為例，自然通風(fēng)是為了減少全年空調(diào)時(shí)間同時(shí)滿足熱舒適。而針對(duì)室內(nèi)新風(fēng)量的供給，經(jīng)驗(yàn)表明，僅僅在熱壓情況下，也完全滿足所要求的換氣量。顯然，對(duì)于上海地區(qū)來(lái)說(shuō)，其自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞最大限度地滿足熱舒適來(lái)展開(kāi)。

2.1 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)思路

結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該研究者總結(jié)出對(duì)于生態(tài)獨(dú)立住宅的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)思路。確定自然通風(fēng)模式下的熱舒適模型對(duì)濕溫度與風(fēng)速的要求；確定出不同氣候條件下自然通風(fēng)的全年天數(shù)以及相應(yīng)的月份；確定自然通風(fēng)月份下的主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)速；預(yù)測(cè)自然通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力，可以通過(guò)采取CFD技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)住宅的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境；然后根據(jù)建筑構(gòu)件來(lái)設(shè)置合理的自然通風(fēng)效果；最后采取自然通風(fēng)運(yùn)行策略。

（1）自然通風(fēng)模式下的熱舒適模型對(duì)溫濕度與風(fēng)速的要求。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，人的熱舒適上限為26℃、濕球溫度上限為20℃，然而從相關(guān)研究表明，鑒于當(dāng)前全球氣候的差異，各地居民對(duì)溫度的適應(yīng)能力卻不盡相同，—個(gè)比較一致的看法是26℃的熱舒適上限能夠較好地適用于北瑋40°的地區(qū)。緯度向南每變化2°，則上限可以上浮1度。由于上海地區(qū)處于北緯31°，因此相應(yīng)的舒適上限為26.7℃。另外，對(duì)于自然通風(fēng)條件下、風(fēng)速的影響可以導(dǎo)致舒適止限的進(jìn)一步上浮。

（2）確定氣候的自然通風(fēng)潛力。自然通風(fēng)潛力作為依靠自然通風(fēng)就能夠確保可接受的室內(nèi)空氣品質(zhì)和室內(nèi)熱舒適性的潛力。根據(jù)建筑所在地區(qū)的宏觀氣候條件，如出現(xiàn)風(fēng)速分布和風(fēng)玫瑰圖、太陽(yáng)輻射照度、室外空氣濕度等來(lái)確定該地區(qū)氣候的自然通風(fēng)潛力。在確定自然通風(fēng)方案之前，應(yīng)當(dāng)有必要收集建筑所在地區(qū)的氣象參數(shù)逐時(shí)變化情況資料同時(shí)對(duì)其采取分析。

以上海地區(qū)為例，該地區(qū)地處中緯度，瀕江臨海，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。春天溫暖，夏天炎熱，秋天涼爽，冬天陰冷，全年雨量適中。季節(jié)分配比較均勻。因此，總體來(lái)說(shuō)，上海屬于溫和濕潤(rùn)、四季分明，呈現(xiàn)出季風(fēng)性、海洋性以及局地性氣候特征。鑒于上海地區(qū)人口密集，使得該地區(qū)的熱島效應(yīng)相當(dāng)顯著，當(dāng)前該地區(qū)的全年平均氣溫達(dá)到15.8℃，對(duì)于1月最冷，平均氣溫為3.6℃，但暴冷的天數(shù)并不多，屬于江南的濕冷氣候。該地區(qū)7月最熱，平均氣溫為27.8℃，部分天數(shù)達(dá)到35℃以上。表1數(shù)據(jù)表明，對(duì)于室內(nèi)風(fēng)速力0.5 m/s，那么適合自然通風(fēng)滿足熱舒適的小時(shí)數(shù)為1737 h，將近20%的時(shí)間。而一個(gè)好的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，將貢獻(xiàn)約1/3的非空調(diào)時(shí)間。雖然這不是個(gè)很大的數(shù)字，但對(duì)于這種低能耗的通風(fēng)方式，還是該在設(shè)計(jì)中充分考慮。

（3）確定自然通風(fēng)月份下的主導(dǎo)風(fēng)和風(fēng)速。對(duì)于這些可以進(jìn)行自然通風(fēng)來(lái)達(dá)到熱舒適的時(shí)間內(nèi)，有一些時(shí)間，即那些濕度在26.7℃～29℃之間的時(shí)間，必須要滿足室內(nèi)風(fēng)速達(dá)到一定值的情況下，才可以滿足熱舒適的?？疾爝@些時(shí)間發(fā)現(xiàn)那些全天最高氣溫落在此范圍的日期內(nèi)，基本分布在6月份到9月份之間，當(dāng)時(shí)上海的風(fēng)向一般為東南風(fēng)，10 m高空的風(fēng)速平均為3 m/s、完全可以滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。

2.2 建筑構(gòu)件的應(yīng)用

（1）窗戶設(shè)計(jì)方面。對(duì)于大部分情況來(lái)說(shuō)，自然通風(fēng)系統(tǒng)中通過(guò)采取窗戶來(lái)充當(dāng)風(fēng)口，窗戶的形式、面積大小以及窗口的安裝位置都會(huì)影響通風(fēng)效率、室內(nèi)氣流組織和室內(nèi)熱舒適。針對(duì)上海地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，其東南向的窗戶在滿足節(jié)能要求的情況下，應(yīng)當(dāng)適宜開(kāi)大窗口。同時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能地避免在冬季西北冷風(fēng)的吹入、盡量減小建筑西北向窗戶。圖2為某生態(tài)別墅的南向落地窗，圖3則某生態(tài)公寓中還合理利用了東向的導(dǎo)風(fēng)窗，更進(jìn)一步提高了引風(fēng)效果。

（2）中庭通風(fēng)設(shè)置。通過(guò)利用中庭的熱壓作用實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。當(dāng)前帶有中庭的建筑越來(lái)越多，而且大多數(shù)都是封閉式中庭設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要目的是用于采光。而對(duì)于生態(tài)別墅設(shè)計(jì)中，其中庭的自然通風(fēng)作用不可忽視，其應(yīng)當(dāng)集聚采光與自然通風(fēng)的雙重作用。

（3）屋頂?shù)淖匀煌L(fēng)設(shè)置。眾多的工程實(shí)踐效果表明，不同的屋頂形狀直接影響到室內(nèi)外的風(fēng)壓，從而影響自然通風(fēng)效果。為了能達(dá)到自然通風(fēng)效果，屋頂設(shè)計(jì)上可通過(guò)采取翼形屋頂以便形成高壓區(qū)利低壓區(qū)。

（4）室內(nèi)隔斷的自然通風(fēng)設(shè)置。對(duì)于室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，室內(nèi)隔斷不斷被應(yīng)用到實(shí)際工程當(dāng)中。室內(nèi)隔斷的配置應(yīng)當(dāng)充分考慮到室內(nèi)空氣的流動(dòng)，設(shè)計(jì)上為了能有利于室內(nèi)空氣的流動(dòng)，則可以借助CFD的模擬技術(shù)，可以預(yù)測(cè)到室內(nèi)在不同隔斷配置下的空氣流動(dòng)狀況，通常南北通透的室內(nèi)隔斷配置可以有利于室內(nèi)空氣的流動(dòng)。

2.3 自然通風(fēng)運(yùn)行策略

對(duì)于過(guò)渡季節(jié)的情況，良好的自然通風(fēng)不僅僅可以有效地滿足室內(nèi)的空氣質(zhì)量，同時(shí)可以最大限度地滿足居住者的熱舒適，還可以縮短使用供熱空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間。而在進(jìn)行自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)之后，實(shí)施自然通風(fēng)策略的關(guān)鍵就在于開(kāi)窗關(guān)窗的選擇模式，根據(jù)室內(nèi)熱舒適和空氣質(zhì)量對(duì)自然通風(fēng)的要求，提出生態(tài)辦公樓的自然通風(fēng)開(kāi)關(guān)窗戶的選擇模式。

3 結(jié)語(yǔ)

自然通風(fēng)作為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要手段之一，通過(guò)合理的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)將使得建筑節(jié)能達(dá)到事半功倍效果。該文通過(guò)結(jié)合該研究者的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出建筑自然通風(fēng)的幾種技術(shù)手段，為室內(nèi)建筑自然通風(fēng)節(jié)能新技術(shù)提供參考。

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