對建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的探討

【摘要】自然通風(fēng)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要部分，本文就自然通風(fēng)的意義以及原理進(jìn)行了分析，并對實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)的方式進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】自然通風(fēng) 建筑設(shè)計(jì) 建筑節(jié)能

一、引言

通風(fēng)是建筑設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要方面。減少建筑對能源的使用，確保其能夠和環(huán)境有效地協(xié)調(diào)，成為了符合其基本功效之后的最主要的追求。在當(dāng)今的設(shè)計(jì)里，不但重視其自然通風(fēng)工藝，最主要的是看中把這個傳統(tǒng)的手段和所處地區(qū)的氣候特征等多種要素融匯到一起進(jìn)行分析，得到多層面的，綜合的建筑工藝。總之，自然通風(fēng)技術(shù)作為一種生態(tài)技術(shù)，相信隨著生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展理念的不斷發(fā)展，自然通風(fēng)這種廉價(jià)、健康的通風(fēng)方式將會越來越多地被利用到建筑設(shè)計(jì)中去。

二、自然通風(fēng)的意義分析

目前，許多建筑中都開始使用自然通風(fēng)技術(shù)，之所以大力推崇此項(xiàng)技術(shù)，就是為了用其帶替空調(diào)體系，降低能耗。在此步驟中有兩項(xiàng)內(nèi)容是非常關(guān)鍵的。首先是實(shí)現(xiàn)有效被動式制冷，在外界的溫度以及濕度等非常小的時(shí)候，它能夠在不使用能源的狀態(tài)下進(jìn)行降溫減濕活動，將室內(nèi)的溫度和水分降低，確保給人一種舒適感。它不僅能夠降低對能源的使用，減少污染，而且是一種完全和諧的發(fā)展理念。其次是能夠帶來非常清新的新風(fēng)，對于提升人的身心健康來講意義非常的重大。目前空氣質(zhì)量下降的關(guān)鍵問題就是因?yàn)闆]有足夠的新風(fēng)進(jìn)入其中。長時(shí)間的使用空調(diào)，引發(fā)了許多問題，使用自然的通風(fēng)能夠?qū)⑽輧?nèi)的不清新的氣體去除，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)人與自然地和諧發(fā)展。

三、自然通風(fēng)的原理

建筑的自然通風(fēng)從動力來源上可分為完全自然通風(fēng)和機(jī)械輔助自然通風(fēng)兩種模式。而完全自然通風(fēng)的有兩個主要的原因：風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。則自然通風(fēng)的原理有以下幾點(diǎn)：

1.風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

風(fēng)的形成是由于大氣中的壓力差，而風(fēng)壓作用下則是指利用建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的壓力差來實(shí)現(xiàn)空氣的流通。當(dāng)有風(fēng)從左邊吹向建筑時(shí)，建筑的迎風(fēng)面將受到空氣的推動作用產(chǎn)生正壓（約為風(fēng)速動壓力的0.5-0.8倍），而背風(fēng)面上由于受到空氣繞流影響產(chǎn)生負(fù)壓（約為風(fēng)速動壓力的0.3-0.4倍）。這樣就形成了全面換氣的風(fēng)壓自然通風(fēng)。但需注意的是，某一建筑物周圍風(fēng)壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風(fēng)向的方位、風(fēng)速和建筑周圍環(huán)境有關(guān)。

2.熱壓作用下的自然通風(fēng)

熱壓是室內(nèi)外空氣的溫度差引起的，就是利用熱空氣上升的原理，在建筑物上部設(shè)排風(fēng)口，排出室內(nèi)被污染的空氣，吸入室外新鮮的空氣。由于溫度差的存在，室內(nèi)外密度差產(chǎn)生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度，如果室內(nèi)溫度高于室外，建筑物的上部將會有較高的壓力，而下部存在較低的壓力。當(dāng)這些位置存在孔口時(shí)，空氣通過較低的開口進(jìn)入，從上部流出；如果室內(nèi)溫度低于室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個開口處的高度差和室內(nèi)外的空氣密度差。在設(shè)計(jì)中，可利用建筑物內(nèi)部貫穿多層的豎向空腔，如樓梯間、中庭、拔風(fēng)井、管道井等，滿足進(jìn)、排風(fēng)口的高度差，將建筑各層的熱空氣排出，使得建筑物能夠具有良好的通風(fēng)效果。與風(fēng)壓自然通風(fēng)相比較，熱壓自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境。

3.風(fēng)壓、熱壓共同作用下的自然通風(fēng)

在實(shí)際建筑中的自然通風(fēng)是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果，只是各自的作用有強(qiáng)有弱。由于風(fēng)壓受到天氣、室外風(fēng)向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響，風(fēng)壓與熱壓共同作用時(shí)并不是簡單的線性疊加。如同一建筑物，迎風(fēng)面下部熱壓，風(fēng)壓作用的方向一致，進(jìn)風(fēng)量要比熱壓單獨(dú)作用時(shí)大，如果迎風(fēng)面上部的風(fēng)壓大于熱壓，就不能從上部開口排氣，相反將變?yōu)檫M(jìn)氣，進(jìn)成倒灌。但由于室外風(fēng)速，方向甚至在一天內(nèi)也變化不定，為了保證自然通風(fēng)的效果，風(fēng)壓在計(jì)算中一般均不予考慮；不過由于風(fēng)壓是客觀存在的，故定性地考慮風(fēng)壓在自然通風(fēng)中的影響，使風(fēng)壓和熱壓作用相互補(bǔ)充，密切配合使用，仍是必要的。

4.機(jī)械輔助式自然通風(fēng)

在一些大型建筑設(shè)計(jì)中，由于通風(fēng)路徑較長，流動阻力較大，單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)；且對于空氣污染和噪聲污染比較嚴(yán)重的城市，直接的自然通風(fēng)還會將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi)，不利于人體身體健康。在這種情況下，可借助一種機(jī)械輔助方式加速室內(nèi)通風(fēng)。

四、實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的方式與設(shè)計(jì)理念

通風(fēng)是建筑最基本的功能之一。它能降低建筑能耗，使建筑的室內(nèi)環(huán)境和自然環(huán)境達(dá)到動態(tài)的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學(xué)要求后應(yīng)追求的更高、更完美的目標(biāo)。

1.合理控制建筑布局與設(shè)計(jì)體型

建筑布局受很多因素控制，不同布局的建筑群和建筑體型對于自然通風(fēng)的效果影響很大。從生態(tài)的角度上，影響布局的主要因素有陽光與風(fēng)向。防止單體建筑吸熱與太陽輻射過度的同時(shí)，應(yīng)該盡量使建筑的法線與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致：對于建筑群體，若風(fēng)沿著法線方向吹向建筑，會在建筑物背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū)，對后排建筑的通風(fēng)不利。所以在建筑設(shè)計(jì)中要根據(jù)風(fēng)向投射角對室內(nèi)風(fēng)速的影響來決定合理的建筑間距，同時(shí)還要結(jié)合建筑群體布局的改變以達(dá)到縮小間距的目的。在單體設(shè)計(jì)中還應(yīng)結(jié)合總體布局對建筑的體型，包括進(jìn)深、高度、面寬乃至形狀等實(shí)行一定的控制，解除前幢建筑對后幢建筑通風(fēng)的影響。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑物門窗開口

建筑物開口的配置以及開口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式、窗墻面積比等的合理設(shè)計(jì)，直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動以及通風(fēng)效果。若進(jìn)風(fēng)口大，則流場大；進(jìn)風(fēng)口小，流速雖然增加，但是流場縮小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，當(dāng)開口寬度為開間寬度的1/3～2/3時(shí)，開口大小為地板總面積的15%～25%時(shí)，通風(fēng)效果最佳。另外進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口應(yīng)相對錯開位置，這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向，使室內(nèi)氣流均勻，通風(fēng)效果更好。

3.有效組織穿堂風(fēng)

所謂“穿堂風(fēng)”是指在風(fēng)壓作用下，室外空氣從建筑物一側(cè)進(jìn)入，貫穿內(nèi)部，從另一側(cè)流出的自然通風(fēng)?！按┨蔑L(fēng)”是自然通風(fēng)中效果最好的方式，應(yīng)該盡量組織好室內(nèi)的通風(fēng)，有效組織穿堂風(fēng)的具體措施有：主要房間應(yīng)該朝向主導(dǎo)風(fēng)迎風(fēng)面，背風(fēng)面則布置輔助用房；利用建筑物內(nèi)部的窗戶和門的開口，引導(dǎo)氣流；根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)風(fēng)口，改變風(fēng)速風(fēng)量。另外合理的布局家具與隔斷，還能讓風(fēng)的流速、風(fēng)量更加宜人。穿堂風(fēng)的具體設(shè)計(jì)要求有：①氣流路線應(yīng)流經(jīng)人的活動范圍；② 有必要的風(fēng)速，最好達(dá)到0.3m/s以上。對有大量余熱和有害物質(zhì)的生產(chǎn)車間，組織自然通風(fēng)除保證必要通風(fēng)量外，還應(yīng)保證氣流的穩(wěn)定性和氣流線路的短捷性。