淺析建筑設(shè)計與自然風(fēng)的相關(guān)性

元江縣建筑工程設(shè)計院

摘要：自然風(fēng)在建筑中發(fā)揮著組織通風(fēng)與自然換氣的功能。建筑設(shè)計與自然風(fēng)的融合主要通過風(fēng)壓通風(fēng)、熱壓通風(fēng)和機(jī)械輔助式通風(fēng)這三種形式。為實現(xiàn)建筑設(shè)計與自然風(fēng)的融合，在建筑規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)合理設(shè)置建筑物的朝向、間距，并合理布局建筑群。對建筑單體的設(shè)計，要從建筑公共空間設(shè)計、建筑的窗型設(shè)計和建筑表皮結(jié)構(gòu)的設(shè)計這三個方面利用自然風(fēng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計；自然風(fēng)；建筑；通風(fēng)

自然風(fēng)在建筑中發(fā)揮著組織通風(fēng)與自然換氣的功能。從建筑設(shè)計的角度，開啟的窗位于高處的排風(fēng)口和位于低處的進(jìn)風(fēng)口，雙層里面以及便于空氣流通的開放的建筑平面都是利用自然風(fēng)的場所。作為一種可再生的清潔能源，自然風(fēng)如果能與建筑設(shè)計實現(xiàn)科學(xué)、合理的融合，那么將有效降低建筑設(shè)計在制冷及取暖時的能源消耗，同時還能提高人們居住的舒適性。在追求生態(tài)建筑的今天，在建筑設(shè)計中融入自然風(fēng)技術(shù)顯得更為必要。

一、建筑設(shè)計與自然風(fēng)的融合機(jī)理

建筑設(shè)計的自然風(fēng)系統(tǒng)是指利用風(fēng)本身的物理性質(zhì)來加快空氣在建筑物內(nèi)的流動速度，通過熱壓及風(fēng)壓的作用將室外的空氣引入室內(nèi)，從而對室內(nèi)產(chǎn)生通風(fēng)換氣作用的系統(tǒng)。建筑設(shè)計與自然風(fēng)的融合主要通過三種方式：

（一）利用風(fēng)壓產(chǎn)生自然風(fēng)

利用風(fēng)壓產(chǎn)生的自然風(fēng)也就是我們平常所說的“穿堂風(fēng)”。由于風(fēng)會在建筑的迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓，在建筑的背風(fēng)面產(chǎn)生負(fù)壓，風(fēng)壓通風(fēng)就是通過水平方向的正負(fù)壓差引導(dǎo)通風(fēng)，從而在建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動。風(fēng)壓差的大小受到建筑與風(fēng)的夾角、建筑周圍的環(huán)境、建筑的形式等因素的影響，因此利用風(fēng)壓產(chǎn)生的風(fēng)變化幅度大，風(fēng)向和風(fēng)速在不同季節(jié)也會不同。所以，利用風(fēng)壓產(chǎn)生自然風(fēng)需要采取一定的構(gòu)造措施來調(diào)節(jié)室內(nèi)的氣流狀況。

（二）利用熱壓產(chǎn)生自然風(fēng)

熱壓通風(fēng)利用的是建筑內(nèi)部的熱壓，通過建筑內(nèi)空氣在垂直方向上的溫度壓差造成空氣的流動，產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”。熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)可以同時進(jìn)行，以保證通風(fēng)效果。由于風(fēng)壓通風(fēng)受到這種因素的影響，不穩(wěn)定性強(qiáng)，因此當(dāng)建筑被周圍的建筑群、植被或者其他因素影響不能形成足夠的風(fēng)壓時，可以利用熱壓通風(fēng)來加速自然通風(fēng)。

（三）機(jī)械輔助式自然通風(fēng)

在一些大型建筑內(nèi)，比如商場、展覽館、體育館等，通風(fēng)路徑長，風(fēng)流動的阻力大，風(fēng)壓和熱壓不足，難以實現(xiàn)自然通風(fēng)。在這種情況下，需要借助一定的機(jī)械方式來實現(xiàn)自然通風(fēng)。此外，現(xiàn)代環(huán)境污染嚴(yán)重，尤其是大城市的空氣和噪音污染。在這樣的環(huán)境下，再進(jìn)行直接自然通風(fēng)就會將室外污濁的空氣和噪音帶入室內(nèi)，危害居住人的身體健康，也不符合生態(tài)建筑的主旨。所以，在這種情況下，也需要借助機(jī)械方式實現(xiàn)室內(nèi)自然通風(fēng)，改善室內(nèi)通風(fēng)狀況。

二、建筑設(shè)計與自然風(fēng)融合的具體措施

在建筑規(guī)劃設(shè)計和建筑單體的設(shè)計中，對自然風(fēng)的利用點不同，因此在這里分開論述。

（一）建筑規(guī)劃設(shè)計中自然風(fēng)的利用

由于風(fēng)壓壓差的大小受到建筑與風(fēng)的夾角、建筑周圍的環(huán)境、建筑的形式等因素的影響，因此在建筑規(guī)劃中應(yīng)充分考慮到這些因素，合理設(shè)置建筑物的朝向和間距，規(guī)劃好建筑群的布局。

1.建筑物的朝向

通常建筑物的主立面朝向是夏季主導(dǎo)風(fēng)向，因此，在確定建筑物的朝向時應(yīng)充分了解當(dāng)?shù)仫L(fēng)的相關(guān)特性，比如不同季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)的方向和速度等。就我國的情況來說，夏季時大多數(shù)地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)都是南或南偏東，冬季都是北或者北偏西，而且從太陽輻射力的角度，南向能獲得較多的太陽輻射力。因此，南向是我國大多數(shù)地區(qū)建筑物朝向的最好選擇。

2.建筑物的間距

建筑物的間距對自然風(fēng)的效果有著直接影響。以建筑物南北向為例，在日照間距較小時，前排建筑會遮擋后排建筑，一方面會造成建筑物見的風(fēng)壓小，不利用通風(fēng)，另一方面后排建筑所獲得太陽輻射力較小，居住舒適性降低。同等條件下，如果適當(dāng)?shù)丶哟蠼ㄖ锏拈g距，則一方面風(fēng)壓會加強(qiáng)，改善通風(fēng)效果，另一方面后排建筑也能獲得更多的太陽輻射力，提高居住舒適度。因此在對建筑群進(jìn)行規(guī)劃時，應(yīng)適當(dāng)加大建筑物的間距，并形成組團(tuán)綠地，保證通風(fēng)效果，同時還能為居住者提供良好的休息和交流場所。

3.建筑群的布局

建筑群的布局，從布局形態(tài)上宜采用散點式，中心建筑、公共綠地等建筑既可有規(guī)律地布置也可以自由布置，以取得良好的通風(fēng)效果。考慮到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向特點，建筑群應(yīng)盡可能沿夏季主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行布局，在主導(dǎo)風(fēng)的進(jìn)入處可以布設(shè)底層和多層建筑，而在遠(yuǎn)離主導(dǎo)風(fēng)向處可以布設(shè)小高層和高層建筑。

建筑群內(nèi)的路網(wǎng)設(shè)計適宜采用以曲代直的規(guī)劃方法，在建筑群的主要道路上設(shè)置主通風(fēng)道，再設(shè)置通風(fēng)廊道，使風(fēng)能流向各建筑單體，創(chuàng)設(shè)出良好的自然通風(fēng)環(huán)境。建筑群內(nèi)的建筑單體應(yīng)高低有序，相鄰建筑單體高度差不宜過大，以防止因高度差過大而引起的下沖氣流、旋渦等不良高速氣流。

（二）建筑單體設(shè)計中對自然風(fēng)的利用

建筑單體對自然風(fēng)的利用主要有三種設(shè)計方法，即建筑公共空間設(shè)計、建筑的窗型設(shè)計和建筑表皮結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

1.利用自然風(fēng)技術(shù)的建筑公共空間設(shè)計

在建筑設(shè)計中，對公共空間的設(shè)計不同于對辦公、居住空間的設(shè)計要求。在建筑的平面形式上，大型建筑公共空間的敞口基本應(yīng)朝向夏季的主導(dǎo)風(fēng)向，如果反向設(shè)置的話，那么迎風(fēng)面的墻面應(yīng)可控制開敞；為解決公共空間的采光問題，應(yīng)增加公共空間對外的開口面積，平面可采用“口”形布置。對建筑剖面形式的設(shè)計，應(yīng)著重考慮如何改變建筑的剖面以有效地引導(dǎo)控制建筑內(nèi)部的熱壓差氣流，促進(jìn)自然通風(fēng)。此外，還應(yīng)采取溫差輔助措施組織通風(fēng)換氣，包括引入水景、綠化配置、合理布局建筑內(nèi)部空間等。

2.建筑窗的設(shè)計

通過房間內(nèi)可開啟的門窗進(jìn)行單側(cè)通風(fēng)或?qū)α魍L(fēng)可以完成絕大多數(shù)的自然通風(fēng)。單側(cè)通風(fēng)即房間只有一側(cè)設(shè)有窗戶，在這種通風(fēng)模式中，外界空氣從窗戶較低的部位進(jìn)入室內(nèi)，在室內(nèi)經(jīng)過加熱后從窗戶較高的部位流向室外。因此，要想提高這種模式的通風(fēng)效果，可以在同一面墻的不同高度分別設(shè)置窗戶。當(dāng)房間內(nèi)不止一個墻面有窗戶時就會產(chǎn)生空氣對流，形成對流通風(fēng)。一般來講，對流通風(fēng)的通風(fēng)效果要比單側(cè)通風(fēng)的好。無論是單側(cè)通風(fēng)還是對流通風(fēng)，自然風(fēng)在立面豎向的分布情況和窗戶的面積都決定著通過窗戶的氣流量，因此，房間內(nèi)的氣流情況會受到窗戶可開啟的大小、高矮、方位及形狀的影響。

對窗戶大小的設(shè)計要保證滿足日照、通風(fēng)以及太陽能量的透入與遮蔽等條件，這與不同地區(qū)的氣候環(huán)境有著直接關(guān)系。在干熱地區(qū)，窗戶面積宜小且要有遮擋；在濕熱地區(qū)，窗戶面積宜大以利于通風(fēng)；在寒冷地區(qū)，窗戶宜大且無遮擋以利于采光，但要保證窗戶的密封性。就窗戶的高矮來說，窗戶應(yīng)設(shè)在墻的高處位置，高窗利于空氣流動和采光；中部窗戶雖然能夠提供均勻的通風(fēng)，但不利于均勻采光；低窗雖然能使地面反射的光線均勻分布，但不利于通風(fēng)。窗戶的設(shè)計方位決定房間獲取太陽能量的多少和熱量的損失，根據(jù)我國的氣候條件，南向、東南向和西南向應(yīng)開大窗以獲取太陽熱量，北面應(yīng)開小窗以防止熱量散失。

3.建筑表皮結(jié)構(gòu)設(shè)計——雙層玻璃幕墻

雙層玻璃幕墻被稱為“可呼吸的皮膚”，采用可循環(huán)利用的材料，建筑速度快，不僅具有明顯的節(jié)能環(huán)保效果，同時還能夠有效減少非潔凈空氣對室內(nèi)空氣的污染，阻隔噪音。雙層玻璃幕墻有外掛式雙層玻璃幕墻、走廊式雙層玻璃幕墻以及雙制式模塊雙層玻璃幕墻等幾種類型。外掛式雙層玻璃幕墻是最簡單的一種雙層玻璃幕墻類型，這種幕墻類型隔音效果明顯，但是由于雙層玻璃之間缺乏氣流組織，對建筑的熱環(huán)境無明顯改善效果，因此常用于嘈雜的城市環(huán)境中，以隔音為主要目的。走廊式雙層玻璃幕墻以一層為單位進(jìn)行水平劃分，在每層的建筑外側(cè)都形成外掛式走廊。雙制式模塊雙層玻璃幕墻由四個集中式立面和一個雙制式通風(fēng)技術(shù)單位組合而成，能夠?qū)ㄖ獾目諝膺M(jìn)行預(yù)冷或預(yù)熱從而減少能量的損耗，同時提高居住的舒適度。

結(jié)語

生態(tài)建筑已成為建筑行業(yè)的主流，建筑設(shè)計與自然風(fēng)的融合也日益緊密。通過自然風(fēng)系統(tǒng)對建筑內(nèi)空氣流動的控制引導(dǎo)，可以盡可能地將室內(nèi)空氣維持在適宜的溫度。加之自然風(fēng)又是可再生的清潔能源，建筑設(shè)計與自然風(fēng)的融合不僅能夠降低建筑能耗，還能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。因此，在建筑設(shè)計中必將會涌現(xiàn)更多的自然風(fēng)利用技術(shù)。

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