自然通风在建筑设计中应用

浅谈自然通风在建筑设计中的应用摘要：通风是指用自然或机械的方法向某一房间或空间送入室外空气，或由某一房间或空间排出空气的过程，送入的空气可以是处理的，也可以不经处理的,自然通风除了能够有效地实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染，极大地改善室内环境品质。

关键词：自然通风建筑设计

一、通风与建筑设计的关系

挡风遮雨是建筑产生之重要原因。从人类开始建筑房屋之时，防风是风和建筑之间重要的关系。随着人类的探索，建筑技艺水平不断的提高，通风技术开始被人们所利用。但这时期的利用还只是经验上的掌握。随着工业文明的发展，到19世纪和20世纪的上半页，西方国家掌握了现代的通风空调技术，这时候，人们已经可以有效的控制建筑内的风了。

在20世纪下半页，在自然科学，社会科学和人文领域的不断的进步的推动下，通风空调技术在西方不再以只改变建筑室内热湿环境的身份而出现了。通风空调技术开始对建筑设计及建筑师们产生了更为深刻的影响。

二．自然通风的原理

1、利用风压实现自然通风

所谓风压,是指空气流受到阻挡时产生的静压。当风吹向建筑物正面时候，受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上静压增高，产生正

压区，气流再向上偏转，同时绕过建筑物各侧面及背面，在这些面上产生局部涡流，静压降低，形成负压差，风压就是利用建筑迎风面和背风面的压力差，室内外空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。而这个压力差与建筑形式、建筑与风的夹角以及周围建筑布局等因素相关。当风垂直吹向建筑正面时，迎风面中心处正压最大，在屋角及屋脊处负压最大。我们通常所说的“穿堂风”就是典型的风压通风。

2、利用热压实现自然通风

热压通风即通常所说的烟囱效应，其原理为室内外温度不一，二者的空气密度存在差异，室内外的垂直压力梯度也相应有所不同，此时，若在开口下方再开一小口，则室外的空气就从此下方开口进入，而室内空气就从上方开口排出，从而形成“热压通风”。当室内外空气温差越大，则热压作用越强，在室内外温差形同和进气、排气口面积相同的情况下，如果上下开口之间的高差越大，热压越大。

3、利用热压与风压实现自然通风

建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果,只是各自作用的程度不同,对建筑物整体自然通风的贡献不同。热压作用相对稳定,烟囱效应拔风的产生条件较容易实现;而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响,具有不稳定性。所以,当风压与热压同时作用的时候,还可能出现减弱通风效果的情况。当风向与热压作用的流线方向相同时,会相互促进;

反之,则会相互阻碍,从而影响自然通风的效果。

三．应用自然通风需考虑的因素

1.室内得热量

应用自然通风的前提是室外空气温度比室内低，通过室内空气的通风换气，将室外风引入室内，降低室内空气的温度。对于完全依靠自然通风系统进行降温的建筑，其使用效果则取决于很多因素，建筑的得热量是其中的一个重要因素，得热量越大，通过降温达到室内舒适要求的可能性越小。

2.室内空气湿度

应用自然通风对降低室内空气温度效果明显，但对调节或控制室内空气的湿度，效果甚微。因此，自然通风措施一般不能在非常潮湿的地区使用。但对于室外环境中空气温、湿度比较温和适宜的地区(如英国)，该技术被广泛应用而且非常成熟。

3.环境噪音和空气污染物

根据目前的一些标准要求，采用自然通风的建筑，其建筑外的噪音不应该超过70 db。同时，自然通风进风口的室外空气质量应该满足有关卫生要求。可是如今在一些大中型城市，自然通风环境噪音水平和空气污染物浓度是目前城市环境治理中的难点，从而成为自然通风技术在城市建筑中应用的主要障碍。

4.其他外在因素

建筑物会由于周围环境的地形起伏、水陆分布和绿化等状况，而受到水陆风、山谷风、林原风、街巷风、天井风、庭园风等地方

风的影响，于是在进行小区和建筑单体设计时就要充分考虑如何利用这些地方风和如何防止这些风所带来的危害。

另外，在高层建筑中，由于风在高大室内空间流动时，会与空间内设有各种各样用途的设施与设备和墙壁等接触撞击，使风消耗很多的能量，仅仅靠风力与建筑物所形成的压力无法使建筑物完成良好的自然通风，就要借助机械装置对自然风提供动力。

四．自然通风在现代建筑中的应用

建筑物中的自然通风在实现原理上是由“风压”和“热压”引起的空气流动。在实践中，往往由于条件所限制，单纯利用风压或热压不能满足通风需要，因此，必须采用一些特殊的方法增强风压或热压，甚至采用机械辅助自然通风以达到强化自然通风的目的。下面介绍一些自然通风应用于建筑设计的方式：

1.有效地组织穿堂风

“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指在风压作用下，室外空气从建筑物一侧进入，贯穿内部，从另一侧流出的自然通风。应该尽量组织好室内的通风：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑内部的开口，引导气流；建筑的风口应该可调节，以根据需要改变风速风量；合理的家具布局与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。

2.利用“烟囱效应”自然通风

中庭是利用竖直通道所产生的“烟囱效应”以及层高所引起的热压来有效组织自然通风。比如在冬天，阳光透过玻璃屋顶直射进

来，中庭屋顶的侧窗关闭，使中庭成为一个巨大的“暖房”，到了夜晚，白天中庭储存的热量又可以向两侧的房间辐射；而夏天，中庭屋顶的侧窗开启，将从门厅引进的自然风带着热量一并排出，使建筑在夜间能冷却下来。另外，拔风井同样也是利用“烟囱效应”，造成室内外空气的对流交换，形成自然通风。

3.屋顶的自然通风

通风屋顶内部一般有一个空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气的温度。通风隔热屋面通常有以下两种方式：（1）在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上,利用中间的空气间层带走热量,达到屋面降温的目的,另外架空板

还保护了屋面防水层。（2）利用坡屋顶自身结构,在结构层中间设置通风隔热层,也可得到较好的隔热效果。

4.利用太阳能的自然通风

太阳能强化自然通风,充分利用了太阳能这一可持续能源转化

为动力进行通风。其利用太阳的热量,加热采热构件,并使建筑内部的空气上升,形成热压,引起空气流动。太阳能强化自然通风在建筑的实现上常见的有三种方式：屋面太阳能烟囱、trombe墙和太阳能空气集热器。

5.双层玻璃幕墙的自然通风

双层幕墙由内外两道幕墙组成，两层玻璃幕墙之间留一个空腔,空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。为了更好地实现隔热,