建筑自然通风设计

建筑的自然通风设计浅析

摘要：自然通风是节能建筑中广泛采用的一项技术手段，也是绿色建筑的空调技术发展的方向。利用自然通风的原理和实现的技术手段可以分为：利用风压实现的自然通风、利用热压实现的自然通风、风压与热压相结合的自然通风以及机械辅助通风等几种形式。本文将从自然通风的实现方法着手，结合具体实例，分析其原理，并对双层维护结构和高层建筑的自然通风问题进行了深入的分析。具有一定的指导意义。

关键词：节能；自然通风；实现手段

中图分类号：te08 文献标识码：a 文章编号：

空调技术的发展，为人们创造了舒适的通风环境。越来越能更加主动的控制室内环境，创造前所未有的室内舒适气候要求，从而使人们逐渐淡化了对自然通风这种气候适宜性技术的应用。然而，在今天全球能源紧张、节能压力增大、空气品质恶化以及建筑综合征等发生的情况下，人们不得不从新审视和重视自然通风这一传统的气候适宜性技术自然通风是一项古老的技术。与复杂、耗能的空调技术相比，自然通风是能够适应气候的一项廉价而成熟的技术措施，与空调系统相比，其可以在降低能源消耗的同时为室内引入新风，有利于人体生理和心理健康。通常认为自然通风具有三大主要作用：提供新鲜空气、生理降温、释放建筑结构中蓄存的热量。随着建筑技术水平的进步和提升、城市人口的迅速增长、不同使用性质的建筑组合,建筑的体量和规模逐渐膨胀,同时部分建筑师忽视

自然通风,完全依赖于机械通风。然而城市风由于城市街道、河流、建筑高度、布局、以及太阳辐射、温湿度的不同,会发生很大的变化,继续利用城市主导风向作为建筑自然通风分析的边界条件,会

产生很大的误差。所以造成大量的建筑用房自然通风不畅,因而建筑的耗能增加,室内空气质量恶化,形成“建筑综合症”和“空调病”,产生“病态建筑”。在发达的国家,近40%的能源是在建筑中消耗的,据专家估算,其中2/3~3/4可通过正确的、理想的建筑措施节省下来。

自然通风的实现方式

自然通风作为一项改善建筑热环境、节约空调能耗的技术已经得到了建筑界的普遍认可。采用自然通风可以取代或者部分取代空调制冷系统,一方面降低能耗,另一方面可以提供新鲜清洁的自然空气,有利于人的身心健康。自然通风的原理在很早的时候就被利用。人们常说的“传堂风”,就是利用风压在建筑内部产生空气流动。在一些湿热地区,自然通风的重要性甚至影响了建筑的外部形象。如西双版纳傣族民居。目前, 常规建筑自然通风设计均是基于城市尺度的主导风向和风速,并未考虑建筑所处地区的地理位置对主导风速和风向产生的影响,而建筑中常用的自然通风实现方式主要有以下几种:

1. 利用风压实现自然通风

风压是自然通风最基本的动力之一。在我国大量的非空调建筑中,利用建筑的室内空气流通,改善室内的空气环境质量,是一种常用

的建筑处理手段。风洞试验表明:当风吹向建筑时,因受到建筑的阻挡,会在建筑的迎风面产生正压力。同时,气流绕过建筑的各个侧面及背面,会在相应位置产生负压力。风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。

压力差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境有关。如果希望利用风压来实现建筑自然通风,首先建筑要有理想的外部风环境(平均风速一般不小于3~4m/s)。建筑要选择适宜的朝向和布局的形式,建筑布局方式在平面上有并列式、错列式、斜列式(统称为行列式)、周边式和自由式,一般来说,建筑的朝向应与当地夏季主导风向保持合适的角度,更有利于自然通风。建筑进深不应过大(一般宜小于14m),这样易形成“传堂风”。其次要组织好建筑平面和开口的位置及面积,为了引风入室,争取穿堂风,要从平面、剖面及建筑细部来考虑,如内外建筑构件要尽量通透,尽可能把门窗对齐布置在一条直线上,这样可以减少气流阻力、保证风速,使通风流畅;开口面积应大,减小开口边缘阻力。相比之下外推窗比推拉窗好,圆滑渐缩的开口比锐缘开口好。

另外，地下空间可以作为城市空间的一个整体,在城市发展的过程中起到越来越重要的作用。空气环境是困扰地下建筑发展的一个难题。为了改善地下建筑室内空气环境,大多采用机械通风的方式,这将使整个地下建筑中的运行能耗费用大幅度提高。在提倡可持续发展和生态建筑的今天,地下建筑的生态化和绿色化成为一个不可回避的话题。应该提出相应的解决方案,研究形成一套地下建筑生

态化自然通风的基本模式的可能性。

2. 风压与热压相结合实现自然通风

实际建筑环境复杂, 因此, 建筑中的自然通风往往是风压与热

压共同作用的结果。风压作用受到天气、环流、建筑形状、周围环境等因素的影响, 具有不稳定性, 所以在与热压同时作用时可能

还会出现减弱通风效果的情况。

3.机械辅助式自然通风

在一些大型建筑中, 由于通风路径较长, 流动阻力较大, 单纯

依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市, 直接的自然通风还会将室外污浊的空

气和噪声带入室内, 不利于人体健康。在这种情况下, 常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。

4. 双层维护结构

双层维护结构是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“可呼吸的皮肤”。双层维护结构一般由双层玻璃或三层玻璃组成，在两层玻璃之间留有一定宽度的空隙形成空气夹层，并配有可调节的深色百页。在冬季，空气夹层和百页可以形成一个利用太阳能加热空气的装置，提高建筑外墙表面温度，有利于建筑的保温采暖；在夏季，则可以利用热压原理将热空气不断从夹层上部排出，达到降温的目的。对于高层建筑来说，直接对外开窗容易造成紊流，不易控制，而双层维护结构则能够很好的解决这一问题。

与建筑的自然通风相关的几个问题

1、自然通风与机械通风相结合

并不是所有建筑都将自然通风的设计作为设计考虑的重点。对于一些大型的体育场馆、展览馆、商业建筑等,由于通风路径较长,空气流动阻力较大,单纯依靠自然通风不足以实现自然通风。同时,某些建筑环境、建筑功能可能对建筑通风有特殊的要求,如研究所或实验室,这时需要考虑机械通风。因此,当我们为建筑的自然通风设计寻找合适的策略时,要清楚它可能产生的不足。自然通风与机械通风结合设计时,应当使自然通风取得尽可能大的成效,从而节省

能源,保护环境。

2、风的垂直分布带来的问题

风的垂直分布特性使中庭、天井等空间比较容易实现自然通风。但在建筑内部,如果设计有高度较高的中庭,烟囱效应使得下层热

空气上升,往往导致下部空间的采暖效率变低,采暖效果变差。对于高层建筑的中庭、天井等空间,还会出现风速过大造成紊流的现象。

3、建筑通风与遮蔽物

绿化树木、围墙、隔断或拱廊等设在建筑易产生气流剥离的角度及周围,会产生遮蔽作用。建筑周围的树木种类、布置方式在一定程度上都会影响自然通风的效果。一边或两边行列式布置的树木有利于建筑物的通风,但如果三面都围以树木,房间的通风效果便会

受到影响;当房屋迎风面的窗前种植树木时,如果树丛把檐口挡住,则会把风引向顶棚,若树丛距外墙有一定距离,那么吹来的风很有

可能大部分越过窗户从屋顶穿过;在窗台前4.5~5m以内种植的灌木,