建筑設(shè)計(jì)與自然風(fēng)

華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司 530011

摘要：地球環(huán)境的日益惡化威脅到了人類的生存。人們?yōu)榱烁淖冞@一狀況，開始著眼于節(jié)約型建筑設(shè)計(jì)，創(chuàng)造自然通風(fēng)設(shè)計(jì)也成為重要課題。本文結(jié)合自然風(fēng)的特性，分析建筑設(shè)計(jì)過程中如何更好地利用自然風(fēng)來提高建筑的舒適度。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；自然風(fēng)；舒適度

前言

建筑創(chuàng)作的自然風(fēng)設(shè)計(jì)就是通過一定的設(shè)計(jì)方法，促進(jìn)建筑對(duì)自然風(fēng)的最優(yōu)利用，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括了自然通風(fēng)設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)。其中自然風(fēng)設(shè)計(jì)方面是一個(gè)復(fù)雜而集中的思維過程，需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣饕约爸苓叚h(huán)境、建筑的形態(tài)、建筑空間設(shè)計(jì)、建筑的外維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。同時(shí)自然風(fēng)在建筑設(shè)計(jì)的運(yùn)用也是一個(gè)系統(tǒng)的、綜合的過程，需要多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)配合，才能最終實(shí)現(xiàn)建筑的最優(yōu)自然風(fēng)設(shè)計(jì)。

1.建筑自然風(fēng)的特性

自然風(fēng)是大自然基本環(huán)境元素，自古以來就被認(rèn)為具有神圣的力量和神奇的功效?，F(xiàn)代社會(huì)為在設(shè)計(jì)中創(chuàng)造良好的自然通風(fēng)效果，需要了解自然風(fēng)的特性：空氣總是都是由高壓區(qū)流向低壓區(qū)，因此自然風(fēng)在建筑物的不同開口處造成的氣壓不同，就能在建筑內(nèi)部形成氣流；阻擋物可改變風(fēng)向；層流式氣流和相鄰空氣以相同方向與速率平順的進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)緩慢且溫和的氣流方向改變時(shí)，層流式氣流的方向不會(huì)發(fā)生改變；而劇烈的氣流方向改變時(shí)則會(huì)造成亂流，因此流線形導(dǎo)風(fēng)體導(dǎo)風(fēng)效果最好。

2.建筑與自然風(fēng)關(guān)系

2.1建筑位置與風(fēng)影的關(guān)系

建筑物位置周邊，會(huì)形成風(fēng)遮蔽效應(yīng)，根據(jù)不同氣候區(qū)，所采取的相對(duì)措施也不一樣。在干熱氣候區(qū)，白天多出現(xiàn)高溫?zé)犸L(fēng)，因此利用建筑物形成的風(fēng)影，可以避免高溫?zé)犸L(fēng)的吹入，不讓高溫空氣進(jìn)入室內(nèi)影響室內(nèi)環(huán)境的溫度，因此建筑物排列位置應(yīng)盡量創(chuàng)造最大風(fēng)影面積[1]，如圖1所示。

在濕熱氣候區(qū)，夏季必須利用自然風(fēng)增加室內(nèi)排熱及人體散熱，以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和讓使用者感到?jīng)隹臁Ｒ虼诵璞苊庾尳ㄖ镂恢迷陲L(fēng)影影響范圍內(nèi)，以增加室內(nèi)自然風(fēng)通風(fēng)機(jī)會(huì)，提升熱舒適度如圖2所示。

圖1 干熱氣候建筑物位置與風(fēng)影的位置關(guān)系

圖2 濕熱氣候建筑物位置與風(fēng)影的位置關(guān)系

2.2利用自然通風(fēng)增加建筑內(nèi)部熱散失

低溫涼爽的環(huán)境空氣所含熱量較少，因此經(jīng)常用于建筑通風(fēng)，并成為了降低非空調(diào)型建筑室內(nèi)溫度最有效的方法之一。

在熱帶地區(qū)，尤其是濕熱地區(qū)，傳統(tǒng)建筑的通風(fēng)設(shè)計(jì)，以創(chuàng)造最大對(duì)流效果為主。在內(nèi)陸地區(qū)，如果當(dāng)?shù)刈匀伙L(fēng)風(fēng)速低，會(huì)采用在受風(fēng)坡地上興建房屋等方式，以獲取較大風(fēng)速。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，為使建筑物內(nèi)形成對(duì)流通風(fēng)，有效降低室內(nèi)溫度，可以利用風(fēng)機(jī)設(shè)備創(chuàng)造氣流的強(qiáng)制通風(fēng)方式，也可以通過導(dǎo)入自然風(fēng)的自然通風(fēng)方式。通過補(bǔ)入較冷空氣替代并排出熱空氣，造成建筑室內(nèi)熱散失?？臻g氣流同時(shí)也能增加人體人體體表的對(duì)流及汗液蒸發(fā)，帶走熱量，而使室內(nèi)有效溫度（ET）降低。

在空調(diào)型建筑中，夏季室外氣溫往往比室內(nèi)氣溫高，通風(fēng)會(huì)造成室內(nèi)熱得，為確保熱得在最低程度，需依據(jù)室內(nèi)新鮮空氣量來決定通風(fēng)量[2]。

3.建筑設(shè)計(jì)中結(jié)合自然風(fēng)的設(shè)計(jì)手法

3.1建筑位置的設(shè)計(jì)方法

建筑要與主導(dǎo)風(fēng)向成30°～45°角，前后錯(cuò)列斜列，前低后高，前疏后密，充分利用地形，合理布置樹木、車庫等。建筑的中庭可調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候，合理設(shè)計(jì)的中庭可以形成煙囪效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)上下對(duì)流通風(fēng)或拔風(fēng)，有效降低室內(nèi)溫度，有節(jié)約能耗的作用。設(shè)置通風(fēng)塔，利用熱壓通風(fēng)原理可起換氣作用；雙層外墻系統(tǒng)中間可形成生態(tài)氣候緩沖層，能保溫隔熱又能保證高層建筑的良好通風(fēng)。

3.2高層建筑對(duì)自然的順應(yīng)和利用

高層建筑難以依靠開窗實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自然通風(fēng)，靠機(jī)械通風(fēng)浪費(fèi)能源。增強(qiáng)高層建筑對(duì)自然風(fēng)的利用的方法有：①雙層墻面，化解不利風(fēng)的影響。②豎向綠化，把綠化引入室內(nèi)，可緩沖強(qiáng)氣流入室內(nèi)（如德國49層的法蘭克福銀行總部高樓）。③利用交通核形成抽風(fēng)筒，以及優(yōu)化平面布局。

高層建筑還可以通過合理布置風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能源的轉(zhuǎn)化。例如，風(fēng)能機(jī)安裝在風(fēng)阻較小的屋頂或風(fēng)力被強(qiáng)化的風(fēng)口、夾縫等部位。也可以將風(fēng)力發(fā)電滑輪機(jī)固定在高層建筑之間的橋梁上，如某高層建筑雙塔樓之間16層、25層、35層各設(shè)一橋梁，安裝3個(gè)直徑29米的水平軸風(fēng)力發(fā)電滑輪機(jī)。

高層建筑建設(shè)會(huì)對(duì)城市風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生一定負(fù)面影響。主要由以下三方面：①建筑高度及體量造成陰影。②氣流受阻轉(zhuǎn)而向下運(yùn)動(dòng)，使建筑底部空間風(fēng)環(huán)境復(fù)雜化。③高層建筑群體之間形成狹管風(fēng)效應(yīng)。高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)順應(yīng)自然風(fēng)布局，可減少對(duì)城市風(fēng)環(huán)境的負(fù)面影響。主要有以下方法：①取圓形建筑平面。②建筑型體退臺(tái)。③流線形體及螺旋凹口線形外皮[3]。

3.3室內(nèi)風(fēng)環(huán)境

合理布局避免室內(nèi)“風(fēng)害”，與室外自然通風(fēng)布局是“雙刃劍”，因此解決室內(nèi)風(fēng)環(huán)境問題要與室外風(fēng)環(huán)境同時(shí)考慮。高層建筑的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境與建筑在城市中建筑高度的梯度效應(yīng)有關(guān)，通常主要考慮單層的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的外圍護(hù)設(shè)計(jì)。

通過外窗布置可改善高層建筑的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，如：設(shè)置擋風(fēng)板改變氣流進(jìn)人室內(nèi)的方向；下懸窗氣流從底部入室后向上方流動(dòng)，可減少對(duì)人體的影響；單面平開式，開啟角度小，風(fēng)從側(cè)面進(jìn)入，開啟方向要回避人在室內(nèi)坐立的范圍。另外運(yùn)用靈活可開啟的雙層圍護(hù)面，引入豎向綠化、形成多方向多層次的綠化系統(tǒng)等方法，對(duì)水平的強(qiáng)氣流有緩沖作用。

在室內(nèi)風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)中，合理的平面布置為：布局寬松，間距大，朝向主導(dǎo)風(fēng)向。同時(shí)空間體量處理能加速或引導(dǎo)室內(nèi)氣流，圍護(hù)結(jié)構(gòu)要盡可能通透，風(fēng)道通暢。此外，合理的通風(fēng)時(shí)機(jī)，早晚的門窗開閉，開窗的方式、位置等都很重要。

3.4室外自然風(fēng)管理規(guī)劃

建筑自然風(fēng)利用設(shè)計(jì)首先要考慮建筑基地的選定。當(dāng)?shù)氐牡匦?、地面紋理會(huì)影響自然風(fēng)的條件。茂密植物的阻擋會(huì)大大削減風(fēng)速。開放的地形會(huì)加強(qiáng)風(fēng)速。并且風(fēng)速一般會(huì)隨高度而增加，因此建筑高樓層一般會(huì)有較好的涼風(fēng)。而高層建筑密度非常大的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生氣流干擾現(xiàn)象，影響通風(fēng)效果。

建筑自然風(fēng)利用設(shè)計(jì)其次要考慮周邊臨近環(huán)境狀況。需仔細(xì)規(guī)劃各建筑物位置，讓氣流不被阻擋，有利于自然風(fēng)流通到各建筑物去。在方格塊式基地配置中，建筑間距為建筑高度的6倍是最佳距離，能夠確保第二排建筑有足夠的氣流。自然風(fēng)在高層建筑阻擋下，氣流會(huì)在建筑物表面分開，一部分向上流動(dòng)越過屋頂，一部分向下流動(dòng)形成一個(gè)大漩渦，形成極大的氣壓差。在高層建筑的側(cè)面會(huì)出現(xiàn)高速風(fēng)，稱為大樓風(fēng)，有利于建筑物的自然通風(fēng)。在前面有非常高的建筑面對(duì)自然風(fēng)時(shí)，其后面的矮建筑會(huì)形成很強(qiáng)的負(fù)壓區(qū)，而出現(xiàn)反氣流，風(fēng)向與自然風(fēng)相反，有利于矮建筑自然通