建筑設計與自然風

■傅 俠 ■中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330000

1 概述

所謂自然風技術(shù)就是指在建筑設計與建設過程中有利于建筑通風換氣的一項技術(shù)，從設計的角度來看，自然風技術(shù)的應用主要從四個方面進行探討:與外界交流空氣的窗戶、建筑中的進風口與排風口、雙層立面以及比較有利于空氣流通的較為開放的建筑平面。自然風技術(shù)在建筑設計的應用形式有許多種，而且不同的建筑設計師也有不同的設計手法。本文主要提出了三種設計方法，即建筑公共空間的設計、表皮結(jié)構(gòu)的設計、建筑窗型的設計。

2 建筑窗型設計

2.1 窗型設計的通風原理

在建筑中進行自然的通風過程主要通過打開的門窗實現(xiàn)建筑內(nèi)部的空氣與外界的自然空氣的通風或者對流。通過窗戶氣流量的多少一般情況下主要取決于窗戶面積的大小以及自然風在豎向的分布情況。因此對于建筑窗戶窗型的設計主要涉及到窗戶開啟時的形狀、大小、高度以及方位等多個因素，這些相關(guān)因素對室內(nèi)的氣流通風情況都會有所影響。

單側(cè)通風在建筑中主要是通過在建筑的房間一側(cè)設置窗戶，在該種設置的情況下，外界空氣會從窗戶中相對較低的位置進入到房間內(nèi)，經(jīng)過房間的加熱之后從該窗戶較高的地方排出。該種形式下空氣流動主要是通過風具有的紊流以及浮力作用而產(chǎn)生，并不是因為風力作用產(chǎn)生氣壓差。如果想要提高單側(cè)通風的效果，可以通過在同一側(cè)的墻體的不同高度上設置幾個窗戶，這樣設置之后，外界的自然空氣會從較低的窗戶流進來，經(jīng)過加熱的空氣再從較高的窗戶排出去。這樣進行的單側(cè)通風效果要遠遠好于只設置一個窗戶。而在房間中能夠進行有效通風的進深為房間高度的25 倍左右。

相對于單側(cè)通風而言，對流通風是更為有效的通風方式。如果建筑中的房間不止有一個墻面上設置了窗戶，就會發(fā)生空氣對流的現(xiàn)象。對流現(xiàn)象能夠為建筑提供更大的進風量，也能夠讓自然風進入到更為大的進深中去。進行建筑設計時，應該對狹窄進深的平面進行優(yōu)先考慮。在進行對流通風的設計時，風向與出風口不同方向的設計對于箭鏃而言更有利于自然風的對流，這樣設計的窗戶更有利于氣流進行循環(huán)。如果進行設置時將進出風口的方向與風向設置成同一條直線上，那么外界氣流只是穿過房間不會進行空氣的對流與循環(huán)。

2.2 窗戶的自然風技術(shù)設計

窗戶的高度是指從窗臺到窗楣的高度差，該高度對建筑的通風效果有很大的影響。建筑內(nèi)外的溫度差會導致進入到房間的空氣上升，因此高度更高的窗戶對于空氣的流動而言更有利。不僅如此，高度較高的窗戶還能夠為建筑提供較好的采光。高度較低的窗戶不能夠為建筑提供較好的通風條件，但是能夠使得地面對光線進行均勻的反射分布。而高度適中的窗戶能夠為建筑提供較為均勻的通風，但是不能夠為其提供均勻的采光。在建筑中，窗戶的方位設計決定了在建筑中能夠獲得多少太陽的熱量，有多少的熱量會損失掉。一般而言，在冬季時應該在偏向南面的方向把窗戶打開較大獲得太陽的熱量，在偏向北面的方向防止熱量的散失。

在建筑中窗戶的設計應該滿足通風、日照、視野以及太陽能量的滲入。因此在干燥炎熱的地區(qū)，一般會采用面積比較小的窗戶，并且進行一定的遮擋。因為在這樣光照充足的地區(qū)，面積較小的窗戶就能夠獲得充分的采光。在白天時，外界的空氣很熱，小型窗戶能夠減少外界熱空氣的進入。而夜間的溫度較低，建筑可以通過打開窗戶的方式通過自然進行通風，降低室內(nèi)的溫度。而在濕潤炎熱的地區(qū)，則適合采用較大面積的窗戶，有利于建筑的通風。另外還應該設置較大的屋檐出挑，以便對太陽的輻射進行一定的遮擋。而在較為寒冷的地區(qū)，窗戶應該設置的大些而且不對其進行遮擋，但是窗戶的密封性一定要好，這樣才能夠加大熱量的進入并且減少冷風的滲入。

3 建筑表皮結(jié)構(gòu)設計

本文的表皮結(jié)構(gòu)設計主要介紹雙層玻璃幕墻，該種系統(tǒng)的節(jié)能潛力較好，采用的材料可以是循環(huán)利用的，建設該種建筑表皮結(jié)構(gòu)的速度較快，節(jié)能效果比較好，還能夠?qū)ν饨缭胍暨M行阻隔，減少不清潔的空氣對于建筑室內(nèi)的污染。因此雙層玻璃幕墻又被稱為“可呼吸的皮膚”，主要使用的雙層玻璃幕墻有以下幾種:

首先是外掛式的雙層玻璃幕墻，這是最為簡單的雙層玻璃幕墻，建筑外墻與玻璃幕墻之間距離300 至2000 毫米，具體的距離要根據(jù)建筑的形式、外墻與幕墻之間的連接方式以及外墻的建筑方式等條件進行確定的，雙層玻璃之間的空間不能做水平分隔與豎向分隔。經(jīng)過測試表明，雙層玻璃幕墻系統(tǒng)能夠有效的隔絕噪音，但是該種幕墻由于玻璃間的氣流缺乏組織性，因此很難改善建筑中的熱環(huán)境。因此該種幕墻主要建立在城市中心，主要目的是隔絕噪音。

其次是走廊式雙層玻璃幕墻，與環(huán)流式的雙層玻璃幕墻相比，走廊式的雙層玻璃幕墻通過一層作為基本單位進行水平方向的劃分，在建筑外側(cè)，每層建筑都形成外掛式的走廊，因此稱作走廊式雙層玻璃幕墻。在該種幕墻形式中，建筑的每層樓樓板與天花板高度處都設有進風和出風大小的調(diào)節(jié)蓋板，現(xiàn)在使用的走廊式雙層玻璃幕墻經(jīng)過了兩次改進，第一次將立面中的進風口與出風口進行對齊，但是該種設置有不足的地方，下層走廊中的排氣有部分會變成上層走廊的近期，這種情況的出現(xiàn)會對溫度緩沖與空氣質(zhì)量都會產(chǎn)生不利的影響，而在第二次改進之后，將進風口與出風口在水平方向上錯開了一定的距離，減少以上情況對建筑自然風的通風效果的影響。

4 建筑公共空間設計

4.1 建筑公共空間設計原則

在建筑的公共空間的設計上已經(jīng)有了較為成熟的設計形式，并且在建筑中普遍應用。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、娛樂等公共建筑中都被廣泛的應用。在公共建筑中，公共空間能夠?qū)ㄖ覂?nèi)的氣候調(diào)節(jié)以及降低建筑能耗。進行公共空間的設計中一般會大面積的采用玻璃圍護結(jié)構(gòu)，不僅能夠透射一定的陽光，還能夠?qū)κ覂?nèi)的長波輻射進行阻擋，防止室內(nèi)的熱量外溢，在冬季時能夠有效提高建筑的室內(nèi)溫度。在公共空間中具有的內(nèi)外部的空氣壓力差能夠加快室內(nèi)外的空氣流動，有利于煙囪效應的形成，不僅能夠產(chǎn)生良好的自然通風，還能夠?qū)⑹覂?nèi)多余的熱量排出去，將室內(nèi)的溫濕度降低到合理的范圍之內(nèi)。

4.2 利用自然風技術(shù)進行建筑公共空間設計

利用自然風技術(shù)進行建筑公共空間的設計，首先應該進行建筑平面形式的合理設計，因為人們對于不同功能空間中的熱舒適度不同，而公共空間的設計又不同于辦公空間或是居住空間，因此對于公共空間而言，敞口的設計應該朝著夏季的主導風向，如果進行了反向的設置，那么迎風面的墻體應該控制其開敞。另外建筑的坡面形式對于自然風技術(shù)的應用而言也很重要，它應該對氣壓流動原理進行合理的應用，再結(jié)合建筑的空間布局，創(chuàng)造良好的自然通風條件。最后，還可以采取溫差輔助措施幫助建筑通風換氣，公共空間設計造風手法當中，制造環(huán)境中各部位的溫差是非常重要的手法，它通過內(nèi)部空間的組合設計以及綠化的相關(guān)配置等改善建筑中的微氣候。

［1］金曉東，劉閩敏，公共建筑自然通風設計若干實例探討［J］.山西建筑，2010，36(14).

［2］張文麗，淺談生態(tài)建筑中的自然通風技術(shù)［J］.經(jīng)營管理者2010(10).