住宅建筑設(shè)計(jì)中自然通風(fēng)的考慮及設(shè)計(jì)分析

黃志遠(yuǎn)

安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院

住宅建筑設(shè)計(jì)中自然通風(fēng)的考慮及設(shè)計(jì)分析

黃志遠(yuǎn)

安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院

在住宅建筑設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)是一種極其重要的通風(fēng)方式，其體現(xiàn)的核心價(jià)值是人與自然相融、相親、相近。在本案，筆者首先介紹自然通風(fēng)的原理，然后再進(jìn)一步討論自然通風(fēng)在住宅建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

住宅建筑；自然通風(fēng)；設(shè)計(jì)

1 引言

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2016年民用建筑能耗約占社會(huì)總能耗的30%，其中暖通能耗約占50%，因此降低暖通能耗至關(guān)重要。另?yè)?jù)專家估算，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)可節(jié)省2/3-3/4的建筑能耗，則自然通風(fēng)設(shè)計(jì)被提升日常，其是通過合理開設(shè)煙囪、門窗等來產(chǎn)生空氣流動(dòng)。目前，自然通風(fēng)在世界范圍內(nèi)的民用建筑中都有所應(yīng)用，且潛力巨大。據(jù)此，本案筆者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，淺析自然通風(fēng)及其在住宅建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

2 自然通風(fēng)的原理

在住宅建筑設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)的關(guān)鍵是室內(nèi)、外空氣存在壓力差，而空氣壓力差的成因包括熱壓、風(fēng)壓，詳見圖1。

圖1 自然通風(fēng)圖示

結(jié)合圖1，利用風(fēng)壓、熱壓實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)的表現(xiàn)如下：

2.1 利用風(fēng)壓

風(fēng)壓是與氣流方向的平面垂直時(shí)產(chǎn)生的靜壓，即：在建筑物的阻擋下，迎風(fēng)面氣流受阻而引起靜壓升高，而背風(fēng)面與側(cè)風(fēng)面的局部渦流又導(dǎo)致靜壓下降，如此便會(huì)在背風(fēng)面與迎風(fēng)面形成壓力差。在這一壓力差的影響下，室內(nèi)、外的空氣從高壓力的一側(cè)流向低壓力的一側(cè)。依據(jù)伯努利流體原理，隨著流動(dòng)空氣速度的加快，其壓力逐漸降低，并形成低壓區(qū)。據(jù)此，可在建筑的局部設(shè)計(jì)橫向通風(fēng)道，風(fēng)從中吹過時(shí)會(huì)形成負(fù)壓區(qū)，并帶動(dòng)四周空氣流動(dòng)，同時(shí)為了明確通風(fēng)的風(fēng)向，通風(fēng)通道應(yīng)在不同的方向上封閉和開敞設(shè)計(jì)。

2.2 利用熱壓

建筑室內(nèi)空氣熱壓差（或稱煙囪效應(yīng)）是建筑自然通風(fēng)的另一原理，即：室內(nèi)、外空氣的溫差導(dǎo)致空氣在密度上產(chǎn)生差異，并形成壓力差，從而帶動(dòng)室內(nèi)、外空氣流動(dòng)。當(dāng)室內(nèi)空氣溫度高時(shí)，其比重較小，則會(huì)上升并從建筑上風(fēng)口排出。此時(shí)，在密度較低的空氣分布區(qū)會(huì)形成負(fù)壓區(qū)，導(dǎo)致室外溫度低且比重大的空氣進(jìn)入建筑底部，并最終帶動(dòng)室內(nèi)、外空氣流動(dòng)。

3 住宅建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

建筑自然通風(fēng)的影響因素包括：建筑的長(zhǎng)度、進(jìn)深、高度、迎風(fēng)方位；建筑群的迎風(fēng)方位、排列方式、間距；住宅區(qū)的選址及水面、綠地、道路的布局等。下面，筆者主要從建筑朝向、建筑群的間距與布局等角度淺析住宅建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)。

3.1 建筑朝向

針對(duì)建筑朝向的問題，需要綜合考慮當(dāng)?shù)厝照张c風(fēng)的特點(diǎn)，其中包括夏冬季主導(dǎo)風(fēng)的速度、風(fēng)向和溫度。鑒于不同地區(qū)風(fēng)的特點(diǎn)不同且建筑迎風(fēng)面的壓力最大值出現(xiàn)在風(fēng)向的垂直面上，則建筑主立面的朝向盡量選擇夏季主導(dǎo)風(fēng)向，側(cè)立面則選擇冬季主導(dǎo)風(fēng)向。建筑南向的太陽(yáng)輻射量最多，外加我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)的夏季主導(dǎo)風(fēng)向在朝南方向或南偏東，則建筑朝向的最佳選擇是南方，且這一選擇具有下列優(yōu)勢(shì)：一是調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境、改善夏季自然通風(fēng)條件；二是降低冬季室內(nèi)采暖空調(diào)的負(fù)荷；三是避免西、東曬。

3.2 建筑群的間距

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)建筑南北向的日照間距縮小至一定范圍后，后排建筑會(huì)被前排建筑遮擋，此時(shí)的風(fēng)壓小，因此通風(fēng)效果差；當(dāng)日照間距增大后，后排建筑具有更強(qiáng)的風(fēng)壓，因此自然通風(fēng)效果也更好。據(jù)此，在設(shè)計(jì)住宅區(qū)時(shí)，應(yīng)增大其中一些建筑的間距，并形成組團(tuán)綠地，以改善下風(fēng)側(cè)建筑的自然通風(fēng)效果及為住戶提供環(huán)境優(yōu)越的休閑場(chǎng)所。另外，倘若條件允許，建議增大山墻的間距，究其原因是：在行列布局的建筑群中，室外氣流經(jīng)過時(shí)會(huì)在山墻間形成空氣射流，而在錯(cuò)列布局的建筑群中，利用這一股空氣射流可改善下風(fēng)向建筑的自然通風(fēng)效果。其中，山墻的間距視建筑間距而定，通常要求在建筑間距較大時(shí)，增大山墻間距，以方便空氣射流抵達(dá)后排建筑處。

4 建筑群的布局

關(guān)于建筑群的布局與自然通風(fēng)的相互關(guān)系，可從空間、平面上進(jìn)行如下思考：

4.1 從平面上

(1)建筑布局的含義

針對(duì)建筑的平面布局，其常見的形式包括散點(diǎn)式、周邊式和行列式。行列式布局分為斜列式、錯(cuò)列式和并列式。并列式布局其指的是聯(lián)排式或條式建筑按一定的朝向、間距布局。在并列式建筑布局中，建筑群的受風(fēng)面較窄，而與此相比，斜列式與錯(cuò)列式可斜向?qū)L(fēng)導(dǎo)入建筑群的內(nèi)部，因此其風(fēng)場(chǎng)布局更合理及自然通風(fēng)效果更好。周邊式布局指的是沿院落或街坊周邊布局建筑，使其形成（半）封閉的內(nèi)院空間，因其不利于風(fēng)的導(dǎo)入，則在冬季寒冷地區(qū)更為適用。散點(diǎn)式布局分為高層塔式、多層點(diǎn)式及低層獨(dú)院式住宅布局，其自成組團(tuán)或以公共綠地、中心建筑或水面為中心自由布局，因此通風(fēng)效果非常好。

(2)路網(wǎng)設(shè)計(jì)

在規(guī)劃建筑群時(shí)，應(yīng)同步設(shè)計(jì)路網(wǎng)，借此改善住宅區(qū)的自然通風(fēng)效果，即：1）對(duì)于方正的住宅區(qū)，采用“以曲代直”的方法規(guī)劃小區(qū)道路，可改進(jìn)建筑群的布局，并改善其自然環(huán)境和自然通風(fēng)效果；2）將主通風(fēng)道設(shè)在住宅區(qū)的主要道路上，可引導(dǎo)風(fēng)從通風(fēng)廊道進(jìn)入住宅組團(tuán)內(nèi)，從而帶動(dòng)自然風(fēng)流動(dòng)；3）對(duì)于行列式布局，調(diào)整路網(wǎng)可使建筑原先單一的行列關(guān)系形成組團(tuán)，其中可將綠地設(shè)計(jì)在稀疏的地方，以使自然風(fēng)從主干道進(jìn)入組團(tuán)內(nèi)，從而改善小區(qū)內(nèi)的風(fēng)環(huán)境。

(3)風(fēng)向投射角設(shè)計(jì)建筑群的布局極大地影響著自然風(fēng)的流向。其中，風(fēng)向的投射角指的是建筑墻面法線與風(fēng)向投射線的交角，詳見圖2。

圖2 風(fēng)向投射角的圖示

備注：α-風(fēng)向投射角

結(jié)合圖2，單體建筑的風(fēng)向投射角越小，則自然通風(fēng)條件越好。但對(duì)于建筑群，則需將前、后排建筑的關(guān)系考慮其中。例如，居住區(qū)的建筑通常采用并列布局，則在風(fēng)正吹的情況下，后排建筑較大的風(fēng)影區(qū)會(huì)對(duì)其自然通風(fēng)效果產(chǎn)生不利影響。因此，盡量不要讓建筑的長(zhǎng)軸與夏季主導(dǎo)風(fēng)向垂直，通常建議將建筑與風(fēng)向的投射角設(shè)計(jì)為30°-60°，從而改善建筑的自然通風(fēng)效果。

5 從空間上

針對(duì)建筑的空間布局，應(yīng)保持建筑單體的高低有序狀態(tài)，以使氣流從住宅區(qū)流過時(shí)不會(huì)形成下沖氣流、漩渦等高速氣流。對(duì)于建筑群的組合，倘若某一棟建筑比其他建筑高或突然增大樓間距基本一致的建筑群中某兩棟建筑的間距，則過大的下沖氣流會(huì)形成高速風(fēng)，并造成大量的熱損失，此時(shí)住戶會(huì)感到明顯的不適。另外，在建筑空間布局上，建筑間盡量不要出現(xiàn)風(fēng)的遮擋，即：順著夏季主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行建筑群布局，其中底層和多層建筑布局在臨近主導(dǎo)風(fēng)向的地方或小區(qū)邊緣，而（?。└邔咏ㄖt布局在遠(yuǎn)離主導(dǎo)風(fēng)向的地方，如此既可使自然風(fēng)流入住宅區(qū)中，又能減弱冬季風(fēng)的作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上研究，自然通風(fēng)是一種極為被動(dòng)的通風(fēng)降溫方式，其通過合理設(shè)計(jì)，可改善室內(nèi)及住宅區(qū)內(nèi)的熱環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能、降耗及改善空氣質(zhì)量等目的。據(jù)此，在住宅建筑設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)的社會(huì)潛力非常大，值得高度重視。

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