建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)在濕熱地區(qū)應(yīng)用初探

李 爾 威

(華南理工大學(xué)建筑學(xué)院,廣東 廣州 510641)

0 引言

建筑創(chuàng)作中的自然風(fēng)設(shè)計(jì)是一個(gè)協(xié)調(diào)眾多限制要素的復(fù)雜過程。找出這些設(shè)計(jì)限制要素并提煉出它們的最佳解決辦法，本文的目的是要尋出一個(gè)既滿足功能形式又能顯現(xiàn)出設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念的方案。

本文研究的課題為建筑創(chuàng)作中自然風(fēng)設(shè)計(jì),研究重點(diǎn)是建筑設(shè)計(jì)中的形式、構(gòu)造、功能受風(fēng)影響的范疇。我國(guó)南方大片地區(qū)氣候濕熱，通風(fēng)在很大程度上影響建筑設(shè)計(jì)。本文基于筆者在嶺南廣州府和鄂西南長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣三口堰村做過的兩個(gè)生態(tài)建筑的課程設(shè)計(jì)為主，闡述自然通風(fēng)系統(tǒng)在濕熱地區(qū)的應(yīng)對(duì)策略。

本文就筆者所了解的建筑生態(tài)學(xué)及其相對(duì)應(yīng)的建筑形態(tài)進(jìn)行剖析,總結(jié)出在不同自然風(fēng)影響下建筑所展現(xiàn)出的不同特征。完成課程論文的同時(shí)，鞭策自己及時(shí)總結(jié)所學(xué)的綠色建筑相關(guān)知識(shí)，希望自己能在未來的建筑設(shè)計(jì)道路上更多的考慮建筑通風(fēng)方面的設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出更加適宜生活的綠色生態(tài)空間。

1 自然通風(fēng)概述

自然通風(fēng)，是指室外空氣在溫差、風(fēng)壓、空氣密度差的驅(qū)使下，與室內(nèi)或井巷進(jìn)行氣流轉(zhuǎn)換，也是改善室內(nèi)環(huán)境生態(tài)的重要手段。又因?yàn)轱L(fēng)是可再生資源,所以也能達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。可以將建筑中的通風(fēng)方式分為以下4種。

1.1 風(fēng)壓通風(fēng)

當(dāng)風(fēng)吹向建筑時(shí)，因受到建筑的阻擋，迎風(fēng)面氣壓力增強(qiáng)，與背風(fēng)面產(chǎn)生壓差，從而產(chǎn)生由迎風(fēng)面流向背風(fēng)面的氣流。濕熱氣候地區(qū)恰恰是風(fēng)壓通風(fēng)最有潛力的地區(qū)，也正是我們的研究范圍。

1.2 熱壓通風(fēng)

熱壓通風(fēng)是因?yàn)槭覂?nèi)外溫差帶來的空氣密度差形成的，會(huì)產(chǎn)生熱氣升高冷空氣下降的流動(dòng)趨勢(shì)。溫差越大,熱壓通風(fēng)流速越高,在氣候溫和和干熱的地區(qū)，干爽的空氣也會(huì)減弱了通風(fēng)阻力。實(shí)際上，熱壓與風(fēng)壓通風(fēng)是同時(shí)存在的，建筑進(jìn)深小的空間更多的形成風(fēng)壓直接通風(fēng)，進(jìn)深較大的空間則可以用熱壓來改善通風(fēng)效果。

1.3 高層建筑垂直通風(fēng)

在豎向分布的風(fēng)壓有利于增強(qiáng)高層建筑內(nèi)的風(fēng)循環(huán)效應(yīng),但過高的中庭風(fēng)壓會(huì)使門窗開啟阻力變大,室內(nèi)空氣也會(huì)變得紊亂,并且在冬季會(huì)帶走熱量,減弱了保溫效果。

1.4 機(jī)械輔助式通風(fēng)

在城市中，對(duì)于一些商業(yè)建筑和大型公建來說，簡(jiǎn)單的依靠風(fēng)壓、熱壓通風(fēng)，無法在復(fù)雜的室內(nèi)空間實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。這種情況下可以采用機(jī)械輔助通風(fēng)系統(tǒng)，既解決了通風(fēng)問題，又可以防止污濁的空氣和噪聲進(jìn)入到室內(nèi)。

2 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)策略探究

2.1 組團(tuán)設(shè)計(jì)策略

2.1.1平面的布局

街道的朝向和布局對(duì)建筑群體的采光、降溫、采暖、通風(fēng)有著重要影響。當(dāng)室外氣候潮濕炎熱時(shí)，首選的策略應(yīng)當(dāng)是所有季節(jié)的通風(fēng)，其次是所有季節(jié)的遮陽(yáng)。應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：1)朝向使夏季風(fēng)向入射角在20°～30°；2)也要考慮第二個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向；3)與主要朝向成一定傾角，增加街道的遮陰；4)布置東西街道并盡量延長(zhǎng)；5)增加街道寬度以使通風(fēng)流暢；6)讓空氣流動(dòng)最大化，但地面不要硬鋪；嶺南地區(qū)的廣府民居梳式布局為典型案例。廣府梳式布局的朝向以東向至南向?yàn)橹?，這是為了充分利用東南向?yàn)橹鞯南募炯撅L(fēng)，為民居群組內(nèi)部通風(fēng)帶來良好的動(dòng)力。群組一般還會(huì)背靠丘陵或樹林而建造，以減少冬季北風(fēng)帶來的影響。

2.1.2通風(fēng)廊道的利用

將街道或室外空間順風(fēng)安排成通風(fēng)廊道，有利于建筑群降溫和空氣污染物排走。城市大量人為熱和下墊面蓄熱是引起城市熱島效應(yīng)的兩大主要原因。由于城市區(qū)空氣溫度較城郊區(qū)空氣溫度高，熱空氣從城市區(qū)上升，冷空氣從城郊向城市中心流動(dòng)。這種流動(dòng)在夏季無風(fēng)的夜晚尤為明顯。如果城市郊區(qū)有帶狀的植被或河流，與城市街道形成通風(fēng)廊道，這樣就可以起到冷卻城市的作用，同時(shí)帶走城市產(chǎn)生的氣體污染物。通風(fēng)廊道的布置，可以是輻射式，以冷卻城市的一個(gè)中心或幾個(gè)中心，也可以順著夏季主導(dǎo)風(fēng)方向布置。如果建筑群是在坡地上，還可以在建筑群的上坡向綠化，利用冷空氣下沉流動(dòng)的原理來降溫。

在我國(guó)嶺南地區(qū)，氣候濕熱，建筑之間常相互遮陰，這種狹窄街道稱為冷巷。高墻冷巷：讓大部分場(chǎng)地處于陰影內(nèi)，較少受到太陽(yáng)直射，有效減少熱輻射量，具有很好的遮陽(yáng)防曬效果，此時(shí)街道內(nèi)部溫度較低，空氣密度大，與外界形成對(duì)流，產(chǎn)生自然風(fēng)。

2.2 建筑物設(shè)計(jì)策略

2.2.1風(fēng)壓通風(fēng)策略

風(fēng)壓通風(fēng)不僅可以帶走室內(nèi)的熱量，還可以增加皮膚的蒸發(fā)散熱使人感到?jīng)鏊?。?dāng)風(fēng)向入射角在0°～45°之間時(shí)，可得到有效的風(fēng)壓通風(fēng)。其次要注重建筑平面布置的通透性，減少風(fēng)在流動(dòng)過程中所受的阻力。

2.2.2熱壓通風(fēng)策略

熱壓通風(fēng)與建筑朝向的關(guān)系不大。氣流流速與進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口的垂直高差、進(jìn)出風(fēng)口的大小以及室外氣溫與室內(nèi)平均氣溫的溫差有關(guān)。

例如傣族竹樓底層架空和開敞山花的通風(fēng)，底層的完全通透，一層頂棚(也就是二層的樓板)用木板拼貼而成，其間留有縫隙，有利于自然風(fēng)從樓下順暢的通過而不受阻隔，同時(shí)可以通過木片制成的樓板進(jìn)入二層樓面，為二樓提供涼爽空氣，最后從屋頂開敞的山花部分流出，形成一定的熱壓通風(fēng)。

2.2.3捕風(fēng)器和地冷空調(diào)策略

在高密度的城市中，并不是每棟建筑都有良好的通風(fēng)條件。這種情況可利用捕風(fēng)器，可以從任何方向?qū)⒏咛幚涠蓛舻目諝鈱?dǎo)入房間內(nèi)。無論是在夏天還是在冬天，地下的溫度總比地表溫度適宜。所以地冷空調(diào)的原理是通過捕風(fēng)器將風(fēng)捕捉，并通入地下進(jìn)行舒適化的升溫或降溫，再?gòu)牧硪欢伺湃虢ㄖ铮黾邮覂?nèi)通風(fēng)，改善室內(nèi)溫度。

2.2.4風(fēng)壓和熱壓相結(jié)合的通風(fēng)策略

圖1，圖2為筆者在湖北長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣三口堰村設(shè)計(jì)的村民活動(dòng)中心。村民活動(dòng)中心應(yīng)該學(xué)習(xí)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑與山水間的關(guān)系，在滿足功能需求的同時(shí)，以一個(gè)舒適、低能耗、符合地域建筑特色的姿態(tài)呈現(xiàn)在環(huán)境中。

我們面臨的氣候是夏季濕熱，冬季寒冷，解決問題的關(guān)鍵是通風(fēng)，同過對(duì)當(dāng)?shù)叵?、冬季風(fēng)向的風(fēng)頻率、平均風(fēng)溫度、平均相對(duì)濕度、平均降雨量的分析，確定夏季有利于建筑通風(fēng)的朝向是：西南；冬季要規(guī)避的風(fēng)向是：東北。

夏季主導(dǎo)風(fēng)和谷風(fēng)從正面吹過，經(jīng)過池塘被降溫后進(jìn)入緩沖間。由于煙囪效應(yīng)被加熱后氣流上升，在雙層屋頂處帶走室內(nèi)氣流，從而把建筑后側(cè)樹林中的富氧空氣吸入室內(nèi)，形成高品質(zhì)環(huán)境。緩沖間溫度雖高，但濕度較小氣流速度大，同樣可使人體感到舒適。室內(nèi)溫度濕度氣體流速均可達(dá)到舒適狀況。冬季主導(dǎo)風(fēng)被建筑后側(cè)擋風(fēng)林阻擋。冬季陽(yáng)光入射緩沖間，形成太陽(yáng)房，外加高熱容又兼顧保溫的夯土墻，將溫度向室內(nèi)擴(kuò)散。緩沖間溫度高，濕度和氣體流速均較低，環(huán)境舒適。室內(nèi)溫度較高，濕度和氣體流速同樣可達(dá)到舒適狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

自然風(fēng)設(shè)計(jì)是一種生態(tài)設(shè)計(jì)方式，需要協(xié)調(diào)好建筑、人、自然三者之間的關(guān)系，充分融合環(huán)境，讓建筑設(shè)計(jì)意圖得到充分的施展。所以我們分析當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件之后，兼顧小氣候，充分利用自然通風(fēng)，合理搭配組合通風(fēng)方案，改善室內(nèi)物理環(huán)境，解決功能與能耗污染平衡問題。