自然通風(fēng)在住宅建筑設(shè)計中的運用

劉靜

摘要：在建筑設(shè)計中，設(shè)計者應(yīng)該通過建筑物的規(guī)劃、構(gòu)造設(shè)計等過程對自然通風(fēng)的可應(yīng)用性和效果仔細(xì)考慮，有效地利用自然通風(fēng)來解決建筑物的舒適性和空氣質(zhì)量問題，為使用者營造一個健康、舒適的工作環(huán)境和生活環(huán)境。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng);建筑設(shè)計;運用

目前我國能源形勢緊張，能否有效利用資源、降低能源消耗，已成為當(dāng)前建筑界的重點研究課題。而自然通風(fēng)作為一種經(jīng)濟有效的通風(fēng)方式，相對于機械通風(fēng)和空調(diào)而言，能夠在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時，減少初投資和運行費用，減低環(huán)境污染，已得到越來越多設(shè)計人員的重視。因此，如何最大限度地利用自然通風(fēng)來改善室內(nèi)空氣環(huán)境無疑具有重要的現(xiàn)實意義。

一、自然通風(fēng)的實現(xiàn)方式

（一）利用熱壓實現(xiàn)自然通風(fēng)。自然通風(fēng)在建筑設(shè)計中還能利用建筑內(nèi)空氣的熱壓差進行實現(xiàn)，因建筑物內(nèi)外空間中的空氣由于溫差導(dǎo)致空氣密度的差別而產(chǎn)生壓力差，而促使建筑物空間內(nèi)外空氣發(fā)生流動。建筑物內(nèi)溫度高的空氣由于密度小而上升，從建筑物上部的風(fēng)口向建筑物外部排出，這就會在原來低密度空氣區(qū)域形成負(fù)壓區(qū)，而使建筑物從底部吸入建筑物外溫度低且密度大的新鮮空氣，造成建筑物內(nèi)外空氣不停地流動而實現(xiàn)自然通風(fēng)。

（二）通過風(fēng)壓實現(xiàn)自然通風(fēng)。由伯努利流體原理可知，流動空氣壓力同其速度具有反比關(guān)系，這樣會在其速度增加時形成低壓區(qū)。因此，在建筑設(shè)計中可將通風(fēng)通道設(shè)計成橫向，在自然風(fēng)從此通道中吹過就會形成負(fù)壓區(qū)，造成周圍的空氣發(fā)生流動，這也是我們平常所說的管式建筑通風(fēng)原理。管式通道要在一定方向上封閉，然后將其他方向敞開以形成通風(fēng)方向，這樣就會使大進深建筑空間的通風(fēng)效果更加明顯。

二、自然通風(fēng)的應(yīng)用研究

進行建筑物通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮的因素，最主要的有室內(nèi)空氣品質(zhì)、人體感覺舒適、節(jié)能和可靠，另外還要可以比較方便地調(diào)節(jié)控制。

在夏天，房間的空氣溫度保持在較低的水平上，相對濕度維持在50%左右，氣流速度限制在較低的范圍內(nèi)（一般希望不大于0.15 m/s）。然而這種穩(wěn)態(tài)的空調(diào)環(huán)境存在許多問題。首先，人體更習(xí)慣生活在自然環(huán)境中波動的熱環(huán)境，如果在穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境中時間太長就會因為缺少各種波動刺激導(dǎo)致體溫調(diào)節(jié)功能衰退和抵抗力的下降，產(chǎn)生一種空調(diào)不適應(yīng)癥。其次，為了減小冷負(fù)荷節(jié)約用能，現(xiàn)在的建筑門窗密閉性能越來越好房間內(nèi)外的空氣很難交換，室內(nèi)裝修材料散發(fā)大量的揮發(fā)性有機化合物（VOCS）污染得不到合理的稀釋，加之傳統(tǒng)空調(diào)工作區(qū)處于氣流的回流區(qū)，在這種建筑中長期生活可能出現(xiàn)病態(tài)建筑綜合癥。 室內(nèi)熱環(huán)境研究結(jié)果表明，在自然通風(fēng)條件下由于空氣流動室內(nèi)的一般人員可接受的空氣溫度為28℃，在自然通風(fēng)條件下，80%居民可接受的熱環(huán)境的有效溫度上限為30℃;而傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計溫度為24℃，因此自然通風(fēng)系統(tǒng)更為節(jié)能。

自然通風(fēng)會受到多種因素的制約，有時通風(fēng)會變得很困難;例如建筑物所在地的氣象條件和周圍空氣質(zhì)量以及建筑內(nèi)部和其他得熱對建筑熱性能的影響，特別當(dāng)室外空氣質(zhì)量較差、室外溫濕度太高或室內(nèi)建筑表面溫度較高時，通風(fēng)更困難。自然通風(fēng)的驅(qū)動力一般來自室外空氣的熱壓差或風(fēng)壓，但是由于熱壓與風(fēng)壓具有隨機性，因此自然通風(fēng)不能像機械通風(fēng)那樣隨意控制，隨時可能處于超熱超冷或不可接受的空氣分布，尤其當(dāng)室外空氣污染較嚴(yán)重時，可能反而導(dǎo)致室內(nèi)空氣污染。

三、自然通風(fēng)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

對于不同建筑物的設(shè)計，自然通風(fēng)受多種因素影響，建筑物與其高度、迎風(fēng)方位等有關(guān);建筑群體則與建筑間距、迎風(fēng)方位、排列方式等有關(guān);而居民住宅與住宅區(qū)域道路、綠地的布局等有關(guān)系。因此，要針對不同類別建筑物實際，對各影響因素綜合考慮，以實現(xiàn)良好通風(fēng)效果。

（一）建筑物朝向。建筑物朝向在設(shè)計中要結(jié)合日照較多方向及風(fēng)向的相關(guān)特性，而建筑物迎風(fēng)面與風(fēng)向垂直的面壓力最大，在建筑物設(shè)計中，盡可能將建筑主立面朝向設(shè)計在夏季主導(dǎo)風(fēng)向上，側(cè)立面對著冬季主導(dǎo)風(fēng)向上。南向陽光輻射量最多，夏季國內(nèi)多數(shù)區(qū)域都是以南向或南偏東方向為主導(dǎo)風(fēng)向，比較改善自然通風(fēng)、調(diào)節(jié)環(huán)境等方面的一些因素，建筑物朝向最好設(shè)計為南向。

（二）建筑物之間的間距。如果建筑物是南北向就會使日照間距減小，后排建筑會被前排建筑遮擋而造成風(fēng)壓減小，影響通風(fēng)效果;而建筑物日照間距增大則會增大后排建筑的風(fēng)壓，對自然通風(fēng)有利。所以在進行建筑設(shè)計時要適當(dāng)增加樓間距，用于建立綠地，可以有效改善綠建筑物的自然通風(fēng)，并提供休息交流的空間。

由于行列式布局的建筑群被建筑物外氣流吹過時，能夠在建筑物山墻之間產(chǎn)生空氣射流現(xiàn)象。在可能情況下增加山墻間距，通過錯列式布置能夠有效利用山墻之間的空氣射流，改善下風(fēng)向建筑物的自然通風(fēng)。住宅間距能夠決定山墻間距，且與山墻間距具有正比例關(guān)系，能夠使空氣射流吹到后排的建筑物上。

（三）建筑群布局。

1、建筑群平面規(guī)劃。建筑群按照設(shè)計方式的不同，一般分為行列式、周邊式與散點式三類。行列式是建筑群設(shè)計中的最基本布局，主要就是建筑物按照間距合理與同一朝向的特征組成成排布置的方式。并列式是由建筑群錯動而分別形成錯列式、斜列式以及周邊式等各種不同布局，由于建筑群內(nèi)空間流場由不同的風(fēng)向投射角而造成變化，其具有不大的受風(fēng)面;錯列與斜列可以把自然風(fēng)以斜向引進建筑空間內(nèi)，下風(fēng)向的建筑會有較大的受風(fēng)面，分布有比較合理的風(fēng)場實現(xiàn)較好的通風(fēng)效果。

周邊式是建筑物以沿街或院落周邊形式布局的一種方式，會造成建筑內(nèi)空間的封閉或半封閉，使布局風(fēng)很難引入，而且風(fēng)的投射面較小，該方式比較適宜冬季寒冷區(qū)域。

在對建筑群實施設(shè)計規(guī)劃過程中，要同時對路網(wǎng)進行合理設(shè)計，創(chuàng)造建筑群的不同布局方式，實現(xiàn)良好的自然環(huán)境，充分利用自然風(fēng)，實現(xiàn)風(fēng)的自由流動、節(jié)能與優(yōu)化風(fēng)環(huán)境的作用。

建筑群的不同布局能夠影響自然風(fēng)的引入，建筑物同風(fēng)向之間也具有比較重要的關(guān)系。相對于單體建筑，建筑群由于具有較小的風(fēng)向投射角，利于建筑物內(nèi)空間的通風(fēng)。建筑群中的前排建筑形成風(fēng)影區(qū)會對后排建筑產(chǎn)生一定影響，當(dāng)風(fēng)吹向多排建筑的平行排列時，會使風(fēng)影區(qū)增大，對自然通風(fēng)效果產(chǎn)生一定影響。在設(shè)計中要盡可能避免建筑物長軸垂直于夏季主導(dǎo)風(fēng)向，以便于降低建筑物前排對后排通風(fēng)的不利影響。

2、建筑群立面設(shè)計。通過建筑物的氣流發(fā)生漩渦、下沖氣流等高速氣流的現(xiàn)象會對其通風(fēng)造成不利影響，這就需要在建筑群設(shè)計時使各建筑單體間排列高低有序。建筑群中如存在某棟建筑遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其余建筑或者樓間距近的建筑群中含有間距突然增加明顯的兩棟建筑，就會形成下沖氣流增大現(xiàn)象而產(chǎn)生高速風(fēng)，使熱損失增加以及居住人群的不適。

在建筑群設(shè)計中應(yīng)該盡可能降低各建筑之間對風(fēng)遮擋的不利影響，盡可能沿夏季主導(dǎo)風(fēng)向進行布局，靠近主導(dǎo)風(fēng)向的建筑物不應(yīng)該過高，要處于建筑群的邊緣，小高層或高層建筑適宜遠(yuǎn)離主導(dǎo)風(fēng)向，將自然風(fēng)引入建筑群內(nèi)，并實現(xiàn)對冬季東北風(fēng)的有效阻擋。

四、結(jié)語：

自然通風(fēng)一直被業(yè)界廣泛認(rèn)為是比較廉價的一種生態(tài)節(jié)能技術(shù)，建筑設(shè)計人員要將建筑物規(guī)劃、單體設(shè)計與構(gòu)造設(shè)計全過程相結(jié)合綜合考慮自然通風(fēng)的應(yīng)用效果，合理采用自然通風(fēng)以改善建筑物內(nèi)空間的舒適性與空氣質(zhì)量等相關(guān)問題，為人們提供一個健康、舒適的人居環(huán)境。

參考文獻：

[1]歐陽立圖.建筑物理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[2]鐘軍立，曾藝君.建筑的自然通風(fēng)設(shè)計淺析[J].山西建筑，2015.