建筑的自然通风设计

建筑的自然通风设计

摘要：自然通风是建筑节能设计的重要内容，风压和热压是自然通风的基本原理。在建筑设计中，通过地形利用、布局改善，以及天井、开口等形体设计，能够有效组织建筑室内通风。岭南民居中“天井—冷巷—厅堂”体系是自然通风设计的成功经验。

关键词：自然通风；建筑布局；地形；天井；开口设计

正文：自然通风是建筑中常见的降温和防潮措施，我国传统建筑中的底层架空、开阔窗户，深远挑檐以及大坡度屋面设计，能够有效促进室内外空气循环，是建筑与自然相适应的朴素经验。随着现代建筑科技的发展，机械通风逐渐取代自然通风，并增强人类调节建筑室内温湿度的能力。然而，机械通风技术能耗较大，据统计建筑取暖、空调能耗约占建筑总能耗的60%[1]，如何优化建筑布局及平立面设计，运用自然通风技术，低碳经济可持续的改善建筑室内热工环境是一项重要课题。

一.自然通风原理

风是空气在压力作用下的水平运动，建筑室内外形成压力差是自然通风的关键。风压和热压都能形成压力差。

1.风压自然通风

自然界的风作用在建筑物上会产生压力差。当风吹到建筑物上时，在迎风面上，由于空气流通受阻，部分空气的动能转化为静压，使迎风面气压大于大气压，形成正压区。在建筑物背面或两侧，由于气流旋绕，风速加大，气压小于大气压，形成负压区。如果在建筑维护结构上设置窗口，气流就会从正压区流向负压区，形成自然通风。2.热压自然通风

空气受热后温度升高，密度降低；相反，空气遇冷后温度则降低，密度则增加。热空气上浮，冷空气下沉，就会产生空气对流，形成自然通风。当室内温度高于室外温度时，室外空气密度较大而下沉，并通过建筑下部的门、窗口流入室内，同时将较轻的空气从建筑上步的窗口排出。进入室内的空气被室内温度加热后，变轻上升，被新流入的室外空气排出。因此，室内外空气自下而上形成自然通风。

二.建筑布局策略

1.地形利用

地形能够影响局部区域的温度和气流，建筑适应地形布局，能够改善自然通风环境。

地形对气流的影响。山地阻碍气流运动，形成迎风面和背风面，迎风面风度较大，气流翻过山顶后在背风面形成风向逆转，即涡旋。背风面坡度越大，涡旋现象越明显。另一方面，在日照和地形的综合作用下，山地地形较易形成热压差，产生山谷风。在建筑设计中，若希望增强自然通风，建筑适宜布置在气流经过的通道上，通常迎风面和向阳坡更易产生风压和热压。同时，高大乔木、密林或大型建构筑物能够改善区域微地形，影响气流和热压的分布。

2.建筑布局

建筑物与主导风向垂直是自然通风的最佳位置，但在建筑物背后将形成风影区，即建筑物背风处的逆向涡旋区。风影区内不易通风换气，其长度一般为建筑高度的3倍。[2]为集约利用土地，使建筑群中更多的建筑单体获得自然通风，主要思路是组织建筑物水平和垂直错位。水平错位是指建筑物南立面与主导风向呈锐角关系，研究表明，当风向投射角在0-30度之间时，建筑物风影区较大；当风向投射角在30-60度之间时，建筑物风影区大大减小。因此，建筑物与夏季主导风向呈现30-60度时，能加大通风间距，减小对下风口建筑的影响，集约利用土地。[3]垂直错位是指建筑物在主导风向上的高度变化（前低后高或高低错落），前低后高的布局形式能够争取较多的迎风面；高低错落的布局形式可以在较高的建筑前后形成正、负压区，形成横向穿堂风。在高密度建筑中，纵横交叉的街巷体系能够形成风道，加强区域内自然通风。

三.建筑设计策略

1.天井设计

天井是风压通风的通道。气流经过天井上空，在天井内形成负压，天井内空气被吸走，天井四周建筑室内空气迅速补充到天井中，形成气流循环。天井风压的强弱与天井的高宽比有关，当高宽比为1：1时，能够产生较好的风压效果。

[4]如果建筑组合前低后高，在较高建筑的迎风面形成正压区，则气流在正压区的作用下，由天井进入室内。

2.开口设计

开口设计的主要目的是形成穿堂风。当建筑外墙上的进风口和出风口对应时，建筑室内将形成气流，即穿堂风。营造穿堂风要考虑两个因素：风力和均匀度。

穿堂风的均匀度也与开口的大小有关。在开口总面积不变的情况下，进风口小，出风口大的建筑，气流速度较快而均匀度较差。若进风口大，出风口小，则气流速度慢但均匀度较好。建筑设计中，如果想营造集中通风区域，应选择小进风口，大出风口；如果室内活动较分散，则应考虑气流的均匀性，设置大进风口，小出风口。

四.自然通风建筑实践——以岭南民居为例

岭南地区大部分属于热带，河流纵横于平原及丘陵之间，是典型的亚热带季风气候，具有“湿、热、风、雨”的气候特点，炎热多雨，湿度较高。为适应地域环境，岭南传统民居做出多种实践，形成“天井——冷巷——厅堂”的建筑自然通风体系。[5]

1.天井

天井具有风压和热压通风双重功能。天井开口的大小决定通风效应，部分民居在天井通风道上设置雨棚或种植植物，影响了通风效应，将雨棚和植物撤除后，天井的通风效果提高2-3倍。在双天井建筑中，后天井比前天井具有更强的通风潜能。主要是因为后天井与室内厅堂的门窗形成一对进出风口，形成屋内气流循环；而前天井与入口门窗形成进出风口，距离较近，气流未能在室内充分循环。

2.冷巷

冷巷是极具岭南民居特色的空间，它串联室内功能空间，既有组织建筑内部交通的功能，又是室内主要气流通道，并具有加快风速的效果。冷巷优良的通风效应具有两方面的原因。一是狭长，当气流从相对开阔的天井或厅堂进入冷巷时，受压两侧墙体挤压，气流具有较快的速度，从而加强了冷巷的通风效果。二是贯通，冷巷连接室内厅堂、房间和天井，与室内各空间形成气流循环整体。因此，冷巷的通风效果不言而喻。此外，冷巷的长纵深能够保持空间内长期处于低温状态，炎炎夏日，人们常在冷巷中纳凉避暑。

3.厅堂

高大的厅堂是岭南民居的空间特色，高度一般在4-5米，能够带来良好的通风条件。第一，高大开敞的厅堂为空气对流提供充足的扩散空间，使在风压或热压作用下的气流能自由舒展。第二，高大厅堂的门上均设有亮窗，门扇做成一大一小，平时亮窗是敞开的，门扇中较大的一扇敞开，较小的一扇关闭，厅堂成为相对通透的空间，其气流循环和自然通风效果较好。

五.结语

自然通风是建筑节能设计的重要内容，对降低建筑能耗，促进资源循环和可持续发展具有积极作用，在建筑设计中要结合环境气候，充分运用地形，改善建筑布局，以获得较充足的自然风。同时，要加强建筑内部自然通风组织，通过天井、门窗、格栅、通风隔层等建筑空间的谋划，增强建筑内部自然通风效果。岭南民居中“天井—冷巷—厅堂”的通风组织模式，对现代建筑自然通风设计具有启发意义。

参考文献

[1]马俊.谈自然通风与建筑设计[J].山西建筑,2010（32）：166-167.