在住宅建筑設計中自然通風的應用

陳超

摘要：在現(xiàn)代建筑中引入自然通風設計理念，是整合古老通風方式與現(xiàn)代建筑技術，從而降低了空調(diào)等電氣設備的使用率，實現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，加強了人們與自然的溝通，提高了人們的居住環(huán)境質(zhì)量和生活品質(zhì)。本文針對住宅建筑設計中自然通風技術的應用進行探析。

關鍵詞：住宅；建筑設計；自然通風

前言

隨著我國社會和經(jīng)濟的高速發(fā)展，傳統(tǒng)住宅所重視的安全性、舒適性已經(jīng)無法滿足人們對住宅這種主要生活和居住場所的需求。隨著綠色住宅概念在住宅建筑設計中的引用，住宅的居住特點更多的和自然與環(huán)保結合在一起，自然通風措施作為綠色住宅重要的項目指標，不僅能在節(jié)約能源的前提下改善住宅內(nèi)環(huán)境溫度，還能夠提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和居住舒適度。

1 自然通風的理論機理

采用自然通風技術可以完全或者部分替代空調(diào)制冷技術。在降低能耗的同時，還可以提供有利于身心的清潔自然空氣。自然通風的原理在很早的時候就被利用。民間的“穿堂風”的說法就是保證建筑物在風向上實現(xiàn)貫通，達到自然風正常通過建筑體本身實現(xiàn)流動的目的。就是利用風壓在建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動。在目前的住宅建筑中，自然通風的理論方法主要有以下幾種：

1.1 利用風壓實現(xiàn)自然通風

風壓是自然通風的動力最基本的動力之一。在我國大量的非空調(diào)建筑中，利用建筑的室內(nèi)空氣流通，改善室內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量，是一種常用的建筑處理手段。風洞試驗證明：自然風吹向建筑時，由于受到建筑的阻擋，會在其迎風面產(chǎn)生正壓力；自然風的氣流繞過建筑的側面和背面時，會產(chǎn)生負壓力。利用建筑體迎風面與背風面之的風力壓差實現(xiàn)空氣的流通就是我們常說的風壓通風。

建筑體的外部形態(tài)，其與風的夾角和建筑周圍的外部環(huán)境都會影響到壓差的大小。理想的外部風環(huán)境，是實現(xiàn)合理建筑體自然通風的必要條件。主要的平面布局有并列式、錯列式及斜列式一以上統(tǒng)稱行列式，以及周邊式與自由式。為了達到夏季自然通風的目的，建筑物的朝向通常與當?shù)叵募局饕L向保持合理的角度。要求建筑物的進深不能過大，否則，否則會影響自然風的流動。另外，建筑物的平面與開口的位撇、面積要設計合理。主要考慮平面、剖面和建筑細節(jié)等問題，建筑物整體內(nèi)外要保持通透效果，門和窗戶要對齊并盡量做到在同一軸線上。此方法能有效的降低氣流阻力，達到自然風流動的速度，實現(xiàn)風俗流暢的目的：建筑物外部的開口面積要保持較大范圍，盡量使開口周圍平整降從而降低相應阻力。此外，從效果看，窗戶設計上外推的比平面推拉的效果好。開口也盡量設計為圓滑形式的，相對效果較好。

由于城市的迅速發(fā)展，地下室以及地下停車場等地下空間也逐漸成為城市空間的一個主要內(nèi)容。但是，在這個環(huán)境中的通風模式主要采用機械通風，這無疑是對能源的很大消耗。為了實現(xiàn)這部分區(qū)域的生態(tài)化與綠色話，就成為建筑設計人員面臨的又一個主要問題。要以自然通風為目的，實現(xiàn)無機械或者半機械形式達到空氣循環(huán)交換。

1.2 利用熱壓實現(xiàn)自然通風

自然通風的另一原理是利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差來實現(xiàn)建筑的自然通風。利用熱空氣上升的原理，在建筑上部排風口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。

在建筑設計中，可利用建筑物內(nèi)部的貫穿多層的豎向空腔一如樓梯間、中庭、拔風井等滿足進排風口的高差要求，并在頂部設置可以控制的開口，將建筑各層的熱空氣排出，達到自然通風的目的。與風壓式自然通風不同，熱壓式自然通風更能適應常變的外部風環(huán)境和不良的外部風環(huán)境。

1.3 風壓和熱壓共同作用實現(xiàn)自然通風

風壓和熱壓是實現(xiàn)通風的主要方式。以通風為目的的建筑設計中，這兩種方法適宜綜合考慮，互為補充。因為室外自然風的風速與風向是不確定的因素，所以單純的使用風壓或者熱壓都無法有效的實現(xiàn)自然通風的目的。而在我國采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范中，通常只考慮熱壓的作用，卻忽略了風壓因素。這種放棄或忽略風壓對自然通風地影響是錯誤的指導原則。進深較小的建筑體適宜多采用風壓通風，反之，適宜采用熱壓以實現(xiàn)通風的效果。

2 實現(xiàn)自然通風的主要設計方法

2.1 總平面布局

為了能夠合理的利用風壓也熱壓來達到提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和居住舒適度的效果，需要在規(guī)劃小區(qū)總平面布局時根據(jù)當?shù)氐淖匀粭l件和氣候因素，合理規(guī)劃建筑物的朝向、間距等，避免因為間距過小而導致空氣流通不暢。

2.2 合理布置住宅朝向

通過組織好穿堂風有利于建筑物獲得更加良好的自然通風，改善室內(nèi)的熱環(huán)境。為了達到這一目的，需要結合以往的實踐經(jīng)驗和實際的建筑環(huán)境，進行風力測試，然后根據(jù)測試結果，規(guī)劃建筑朝向。實踐表明，建筑的迎風面與夏季最多風向宜成60°～90°角，且不應小于45°。

2.3 合理確定建筑物間距

建筑物之間的距離規(guī)劃是否合理，決定著自然風的流通是否順暢，因此在建筑設計時，規(guī)劃好建筑物之間的距離顯得至關重要。但是現(xiàn)在隨著可利用建筑面積的減少，很多建筑商為了獲取單位面積內(nèi)更大的經(jīng)濟效益，盲目地壓縮建筑間距，以提高建筑密度，這樣極大地影響了自然風的順利進入以及日照效果，使人們的居住質(zhì)量和熱舒適性大大降低。因此，在實際的建筑規(guī)劃過程中，要根據(jù)具體的日照時間和自然風向確定建筑間距，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和居住舒適性的統(tǒng)一。

2.4 合理設計戶型平面

利用板式高層住宅建筑可以使更多的主要房間位于主導風的迎風面，并提高對自然光線的利用效率，同時有利于實現(xiàn)南北雙向通風的效果。但是這樣需要利用較多的土地面積，在當前土地資源緊缺的情況下，很多建筑開發(fā)商都不愿意采用。隨著空氣質(zhì)量的不斷惡化，人們對房屋居住環(huán)境的要求越來越高，居民都希望可以通過對自然風的利用來減少納涼和取暖設備的使用頻率，這不僅有利于自身的健康，更滿足了其綠色環(huán)保的生活方式的需求。為了達到這一目的，在設計過程中，可以盡量讓進出風口對位，從而減少空氣阻力，更好地實現(xiàn)氣流的自然流通。

2.5 窗戶設計對自然通風的影響

作為自然風的主要進出口，住宅建筑中窗戶的朝向、位置、面積、形狀等設計至關重要。因為窗戶不僅影響到實際的通風效率，更與室內(nèi)的氣流組織和熱舒適度以及控制質(zhì)量息息相關。一般情況下，采用外推旋轉窗的設計可以有效的改變自然風進入室的方向，從而根據(jù)日常的居住活動需求增加室內(nèi)空氣流通。需要注意的是，在進行建筑設計時，要盡量使窗戶的開口高度接近人的活動區(qū)域。同時，為了增加通風效果，窗臺高度不應該大于1.2m，這樣比較符合人坐下來的高度，提高居住質(zhì)量和舒適度。

2.6 自然通風強化措施

為了提高對自然風的利用效率，可以結合實際建筑環(huán)境，采用以下措施：

（1）采用捕風裝置

利用補風裝置可以使風壓和室內(nèi)壓形成一定的壓力梯度，這樣有利于新鮮的空氣進入室內(nèi)，與室內(nèi)較為渾濁的空氣進行交換，進而提高空氣質(zhì)量，并使室內(nèi)溫度維持在較為舒適的狀態(tài)下。

（2）采用屋頂無動力風帽

利用這種裝置，可以轉變空氣的流動方式，并加快其流動速度，空氣能夠通過自上而下的垂直運動將室內(nèi)的渾濁氣體大量排出，以提高室內(nèi)通風換氣效果。

（3）使用太陽能進行誘導式通風

太陽能的誘導通風方式主要是利用太陽能的加熱功能，在建筑物的內(nèi)部產(chǎn)生局部熱量，使得中心區(qū)域與周圍環(huán)境之間的溫度差異增加，從而產(chǎn)生風力。這種通風方式與傳統(tǒng)的受到溫差發(fā)生的風力相比，獲得的風力較大也更為有效。

3 結語

由于自然通風具有節(jié)能、清潔等優(yōu)點，所以在新建筑設計當中具有很大的綜合效益。科學技術的進步和新材料的不斷出現(xiàn)，為我們提供了更廣闊的設計理念。建筑設計人員應依據(jù)自然規(guī)律，在規(guī)劃設計當中更好的引進自然通風方法，為節(jié)能環(huán)保做出最大的貢獻。