建筑室內(nèi)空間自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的思考

廣州普格貝森裝飾設(shè)計(jì)有限公司 廣東廣州 510000

摘要：本文主要針對建筑室內(nèi)空間自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了思考，對自然通風(fēng)的原理以及實(shí)踐作了詳細(xì)的介紹和系統(tǒng)的分析，并論述了風(fēng)的文化意蘊(yùn)，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

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

0 引言

建筑設(shè)計(jì)作為建筑施工中的重要一環(huán)，設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接對整個(gè)建筑工程產(chǎn)生一定的影響。在建筑設(shè)計(jì)中，如何進(jìn)行室內(nèi)空間通風(fēng)設(shè)計(jì)是必須要考慮的一個(gè)問題?；诖?，本文就建筑室內(nèi)空間自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)展開了探討，相信對建筑室內(nèi)空間自然通風(fēng)的有關(guān)設(shè)計(jì)能有一定的幫助。

1 自然通風(fēng)

自然風(fēng)在氣候舒適的季節(jié)可以給室內(nèi)帶來吹風(fēng)感，可以帶走室內(nèi)污濁的空氣，有利于人體的健康和身心放松。在氣候濕熱的季節(jié)，利用自然通風(fēng)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的除濕和散熱，提高室內(nèi)氣候環(huán)境的舒適度。在氣候溫和地區(qū)，通過自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，完全可以替代人類對空調(diào)系統(tǒng)的依賴；在氣候惡劣地區(qū)，通過自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，可以減少空調(diào)系統(tǒng)的使用時(shí)間，減少能耗，同時(shí)可以避免空調(diào)系統(tǒng)排出物對大氣的污染。

1.1 自然通風(fēng)的原理

自然通風(fēng)的原理是利用室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓和室內(nèi)外溫度差造成的熱壓來驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)，達(dá)到自然通風(fēng)的目的。

當(dāng)風(fēng)吹向建筑時(shí)，在建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間形成壓力差，利用兩者的壓力差，可以實(shí)現(xiàn)空氣的對流，即風(fēng)壓通風(fēng)。因此，如果在建筑表面設(shè)置合理的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，可以形成氣流通暢的風(fēng)道。同時(shí)，在同一流線，流體的速度增大時(shí)，其壓力越小。前述風(fēng)道中因?yàn)轱L(fēng)的快速流動(dòng)，風(fēng)道較兩側(cè)的房間產(chǎn)生負(fù)壓力，對兩側(cè)的房間產(chǎn)生拔風(fēng)作用，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部的空氣對流，可以用來解決大尺度建筑的室內(nèi)通風(fēng)問題。

空氣溫度的差異導(dǎo)致空氣密度產(chǎn)生差異，引起高溫空氣向上流動(dòng)，低溫空氣向下流動(dòng)，利用空氣的熱壓差來進(jìn)行自然通風(fēng)即熱壓通風(fēng)。因此，通常在建筑上部設(shè)排風(fēng)口，將室內(nèi)污濁的熱空氣從上部排出，而在建筑底部設(shè)進(jìn)風(fēng)口，吸入室外新鮮的冷空氣。熱壓作用的效果與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān)，室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大，則熱壓作用越好。實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往采用一些利用太陽能熱作用的措施來增強(qiáng)熱壓的作用。

1.2 自然通風(fēng)的實(shí)踐

1.2.1 管式住宅

管式住宅（圖1）是著名建筑師柯里亞在滿足高密度開發(fā)建設(shè)條件下，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，創(chuàng)造的多層貫通流動(dòng)空間，解決了大進(jìn)深建筑的自然通風(fēng)。管式住宅是一種狹長型平面的住宅模式，寬3.6m進(jìn)深18.2m，側(cè)墻封閉，前后有開口，內(nèi)部空間是前后貫通的腔體，如同整個(gè)建筑是一個(gè)大通風(fēng)弄。當(dāng)前方來風(fēng)時(shí)，室內(nèi)貫通度極高的空間產(chǎn)生的阻抗很小，能有效加強(qiáng)自然通風(fēng)。并且其內(nèi)部多有躍層出現(xiàn)，因高差產(chǎn)生熱壓通風(fēng)的拔風(fēng)效應(yīng)加速室內(nèi)空氣流動(dòng)，可以起到一定的降低室溫的作用。

圖1 管式住宅

圖2 干城章嘉公寓

在后來的發(fā)展過程中，柯里亞將其引入了點(diǎn)式高層住宅中，既印度孟買的干城章嘉公寓（圖2）。建筑內(nèi)部空間同樣是前后貫通的腔體，通過錯(cuò)層的方式產(chǎn)生拔風(fēng)效應(yīng)，以此加強(qiáng)自然通風(fēng)帶走室內(nèi)潮濕高溫的空氣，在節(jié)約能源的前提下提高了居住的的舒適性。

1.2.2 單層高大空間

體育館和大禮堂等單層高大空間建筑往往在屋脊處開設(shè)天窗，使下層濕熱的氣體在熱壓作用下從屋脊天窗處排出；低處設(shè)進(jìn)風(fēng)口補(bǔ)充新鮮干燥的空氣。如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)體育館，其結(jié)構(gòu)形式是門式鋼架結(jié)構(gòu)，形成高度錯(cuò)落的條形屋頂，之間以豎向可開啟高側(cè)窗相連。在通風(fēng)季，高側(cè)窗打開后館內(nèi)的空氣和館外的空氣形成自然的對流，使在熱壓作用下聚集在屋頂下方的熱空氣被驅(qū)散一空。通過自然通風(fēng)使得體育館內(nèi)的溫度和館外的溫度基本一致。斯特拉特福德車站（圖3）屋頂是一個(gè)弧形的南高北低的雙層大屋頂。新鮮空氣從建筑南面下部和北面的地下通道被引入。污濁的熱空氣則從南面的高側(cè)窗排出，或者通過北面被太陽加熱的雙層屋面的空腔而后從南部最高處的縫隙中排出。

圖3 斯特拉特福德車站

1.2.3 中庭空間

中庭空間通常是指建筑內(nèi)部的庭院空間，其最大的特點(diǎn)是形成具有位于建筑內(nèi)部的“室外空間”，具有人流聚散、休憩交流、通風(fēng)和采光等多種功能，是現(xiàn)代建筑常用的組織空間的手法之一。中庭按其在建筑平面中的位置，可分為核心式中庭和邊庭，其通風(fēng)原理也不盡相同。

核心式中庭一般用于體量較大的建筑，中庭被其他用房四面圍合，利用其空間高度以形成溫度分層，產(chǎn)生自下至上的氣流，帶走室內(nèi)產(chǎn)生的熱量；進(jìn)風(fēng)口通常為每層的窗戶，也有利用空氣凈化裝置從地下室引入清潔而涼爽的空氣。

某大廈（圖4）希望強(qiáng)化自然通風(fēng)以達(dá)到能源控制。采用熱壓通風(fēng)的策略，通過太陽能加熱屋頂天窗處的空氣，驅(qū)動(dòng)中庭內(nèi)部空氣自下而上流動(dòng)，加上人字形中庭具有的煙囪效應(yīng)，從中庭下部的窗戶進(jìn)入的新鮮空氣經(jīng)過濾器過濾后散發(fā)到室內(nèi)，在熱壓作用下沿著中庭上升，使建筑內(nèi)部獲得良好的自然通風(fēng)。

圖4 日本MATSUSHITA電子公司大廈

高層建筑室外風(fēng)速隨高度的增加而增加，這一特性使得高層建筑比較容易實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，但是高層中過強(qiáng)的風(fēng)速在中庭內(nèi)部和建筑外圍形成紊亂的氣流。某商業(yè)銀行（圖5）是世界上第一座高層生態(tài)建筑，也是全球最高的生態(tài)建筑。整座大廈除非在極少數(shù)的嚴(yán)寒或酷暑天氣中，全部采用自然通風(fēng)。為了避免過強(qiáng)的風(fēng)壓和熱壓形成紊亂的氣流，將12層作為一個(gè)單元，在每個(gè)單元內(nèi)部房間利用熱壓來進(jìn)行自然通風(fēng)，各個(gè)單元之間通過透明玻璃來分隔。而針對高層建筑無法直接開窗進(jìn)行自然通風(fēng)的問題，銀行通過雙層玻璃幕墻的空氣腔作為風(fēng)速緩沖，將外界的風(fēng)速調(diào)整合適后再引入室內(nèi)。雙層玻璃幕墻已經(jīng)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。

邊庭的通風(fēng)原理與核心式中庭類似。但考慮到我國冬季陽光幾乎全集中于南面，南面采光的邊庭是冬暖夏涼的最佳選擇。南面的邊庭夏季可以起到熱緩沖的作用，邊庭底層的綠化和水體可以冷卻從室外進(jìn)入的熱空氣，再從頂部的通風(fēng)口出，其間流經(jīng)工作室，給人們帶來習(xí)習(xí)涼風(fēng)。冬季南面的邊庭可以起到暖房的作用，夜晚作為一個(gè)蓄熱體為北面的工作室提供熱量來源。

圖5 商業(yè)銀行

1.2.4 內(nèi)部冷巷和天井

在中國南方的許多傳統(tǒng)建筑中都有這種內(nèi)部冷巷，叫做“手巾寮”（圖6），在一些地方叫護(hù)厝弄，其主要功能是交通和通風(fēng)。內(nèi)部冷巷由于遮陽充分，又有樓板或屋面作為熱緩沖層，溫度及其波幅明顯低于室外。只要在自然風(fēng)能夠到達(dá)的深度內(nèi)使得內(nèi)部冷巷擁有足夠的進(jìn)出風(fēng)口面積，并保持冷巷內(nèi)部界面的通暢，將冷巷的低溫空氣引入室內(nèi)，能夠更有效地解決室內(nèi)過熱問題，能夠?qū)崿F(xiàn)大進(jìn)深建筑的自然通風(fēng)。

圖6 泉州手巾寮

當(dāng)進(jìn)一步將這種冷巷模式與天井結(jié)合，冷巷作為通風(fēng)道，天井作為冷巷的進(jìn)出風(fēng)口，可以解決巷廊更長，進(jìn)深更大的建筑通風(fēng)問題，同時(shí)使建筑在進(jìn)深方向的各個(gè)部分都獲得通風(fēng)的均好性。天井式冷巷，在室外自然風(fēng)風(fēng)速較小的情況下也能有效地組織通風(fēng)。

某公寓（圖7）的設(shè)計(jì)就運(yùn)用了冷巷原理組織建筑的自然通風(fēng)，達(dá)到了理想的效果。在南方炎熱地區(qū)，以往學(xué)校宿舍多是南向外廊式，有利于自然通風(fēng)，但外廊因?yàn)槭艿教柕闹苯虞椛?，空氣溫度較高。而在北方寒冷地區(qū)以往學(xué)校宿舍多是內(nèi)廊式，廊道較為陰涼卻不利于自然通風(fēng)。公寓創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)了相對的南向和北向外廊，在外廊之間形成較窄的室外空間，類似“冷巷”。在太陽輻射下建筑外圍氣溫升高，因?yàn)闊釅鹤饔美湎镏械牡蜏乜諝饩妥匀涣魅雰蓚?cè)宿舍，實(shí)踐證明取得了很好的通風(fēng)效果。

圖7 公寓

1.2.5 架空式院落

有別于底層架空，架空式院落可以是建筑的任意一層或幾層。因?yàn)樯喜拷ㄖ恼趽跣纬杉芸帐皆郝漭^低的空氣溫度，從而產(chǎn)生自下而上的氣流，帶走建筑內(nèi)部人群活動(dòng)產(chǎn)生的熱量。結(jié)合水體和綠化等自然元素的營造，往往使架空式院落形成舒適的半室外活動(dòng)空間，是現(xiàn)代建筑常用的設(shè)計(jì)手法之一。由理查德·羅杰斯設(shè)計(jì)的戴姆勒·奔馳公司大樓就利用這一手法創(chuàng)造了一種舒適且低能耗的辦公環(huán)境。大樓底層商業(yè)和上層辦公之間形成架空式院落作為進(jìn)風(fēng)口引入新鮮空氣，利用中庭的拔風(fēng)作用，加速空氣流動(dòng)，取得比較好的自然通風(fēng)效果。中庭配植了多種植物，在室內(nèi)營造了一種輕風(fēng)徐徐，綠意盎然的類室外環(huán)境。

1.2.6 縫隙空間

縫隙空間往往位于建筑的公共空間中，有利于空氣在縫隙間的流動(dòng)。其作用是通過拔風(fēng)在水平方向?qū)⒖諝庖??？p隙空間可以是兩個(gè)主體部分的連接體，也可以是某個(gè)局部與室外相通的縫隙。在住宅中，縫隙空間被作為交通體使用，廚房和衛(wèi)生間朝向它，以獲得良好的自然通風(fēng)條件。

在某大廈（圖8）設(shè)計(jì)中，楊經(jīng)文將整個(gè)大廈分裂為兩棟獨(dú)立的塔樓，之間以一個(gè)開敞的中心交通核連接，它不僅有利于通風(fēng)和散熱，而且從這個(gè)縫隙中滲透的景色，將長時(shí)間地停留在人們的記憶中。此外，塔樓每隔三層設(shè)一個(gè)兩層高的空間院落貫穿其中，使得冷空氣可以在這許多的空隙中流動(dòng)，帶走熱空氣，降低溫度。

圖8大廈

1.2.7 合理設(shè)置房間的進(jìn)出風(fēng)口

在房間適當(dāng)位置開口，合理設(shè)置進(jìn)出風(fēng)口大小之比，可以引導(dǎo)自然風(fēng)流經(jīng)房間的路徑、風(fēng)速、流經(jīng)的面積等（圖9）。

圖9

1.2.8 合理設(shè)置室內(nèi)導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件

在室內(nèi)公共區(qū)域設(shè)置的導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件可以改變風(fēng)的路徑和氣流壓力，從而引導(dǎo)自然風(fēng)流經(jīng)需要進(jìn)行自然通風(fēng)的房間（圖10）。

圖10

2 風(fēng)的文化意蘊(yùn)

“風(fēng)”在中國古典文化中有著特殊的意蘊(yùn)。古代文人借對風(fēng)的描繪寄托對社會(huì)、人生和自然的理想。如司馬光的《獨(dú)樂園記》有“明月時(shí)至，清風(fēng)自來，行無所牽，止無所柅，耳目肺腸，悉為己有，踽踽焉、洋洋焉，不知天壤之間復(fù)有何樂可以代此也。”表達(dá)了其對天人合一，對心靈與自然界合一的無限向往和追求。在宗教里，風(fēng)呼嘯而過，可以蕩滌一切污穢，給我們一個(gè)干干凈凈的世界。在政治上，儒教經(jīng)義提倡“仁風(fēng)”。因此，在中國古典園林中，常借“風(fēng)”來豐富園林的空間意境。古典園林中這方面的景觀、建筑極多，極常有。現(xiàn)代建筑空間借“風(fēng)”來豐富空間內(nèi)涵的實(shí)踐中，“風(fēng)的教堂”是其中最為人稱道的一個(gè)。安藤忠雄讓風(fēng)在教堂入口長廊中蕩滌，以此來凈化人的靈魂，作為進(jìn)入圣潔的宗教殿堂的必要前奏。這一設(shè)計(jì)手法可以說是神來之筆，令人嘆為觀止。

3 結(jié)語

綜上所述，自然通風(fēng)一直以來都是建筑室內(nèi)空間設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因此，我們需要通過采取有效的策略，將自然通風(fēng)巧妙的結(jié)合在室內(nèi)空間設(shè)計(jì)中，以提高建筑自然通風(fēng)效果，減少能源消耗，促進(jìn)我國建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的不斷發(fā)展。

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