对建筑物自然通风设计的探讨

建材与装饰２００８年１月下旬刊

对建筑物自然通风设计的探讨

杨玲

（江门市建筑设计院）

１自然通风

建筑内部的通风条件是决定人们健康、舒畅的重要因素之一。它通过空气更新和气流的生理作用对人体的生物感受起到直接的影响作用，并通过对室内气温、

湿度及内表面温度的影响而起到间接的影响作用［１］。通常认为，自然通风的作用具有三种不同的功能［２］：第一，健康通风，即保证室内空气质量ＩＡＱ；第二，热舒适通风，即增加体内散热，以及防止由皮肤潮湿引起的不舒适以改善热舒适条件；第三，降温通风，即当室内气温高于室外的气温时，使建筑构件降温。据测定，室内外温差大时，开窗１０～１５ｍｉｎ可完全换气一次；

温差小时，大约０．５ｈ可交换一次。自然通风最基本的动力为风压和热压。通常的作法为利用建筑物外表面的风压，利用室内的热压，以及风压与热压相结合。

１．１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。在迎风面上的风压为自由风速动压力的０．５～０．８倍，而在背风面上，负压为自由风速动压力的０．３～０．４倍［６］。

风对建筑物产生的作用力可以分解成一个水平的阻力和一个垂直的升力，对风压的利用往往是利用水平方向阻力来设计和组织通风的。垂直方向的力会产生伯努力效应（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ－Ｅｆｆｅｃｔ）。

例如进风面的斜屋顶，会形成巨大的抽吸力，这种形式的屋顶起到兜风的作用。如位于巴基斯坦的传统建筑屋顶的招风斗（见图１、图２），设置的越高，风速越大，建筑物的影响就越小，兜风效果越显著，同时形成了典型的民族地方特色［４］。

风压引起的另一个效应就是文丘里效应（Ｖｅｎ－ｔｕｒｉＥｆｆｅｃｔ）。气流流动时，会因为空间的收缩而引起加速，于是收缩段形成负压区。德国著名建筑师托马斯・赫尔佐格ＴｈｏｍａｓＨｅｒｚｏｇ设计的汉诺威２０００年世博会２６号馆是充分运用文丘里效应创造自然通风的典范之作。通过建筑师和工程师的密切合作，对热气流自然运动的仔细研究，以取得最大限度的自然通风，使得如此巨大的室内空间中机械通风被减到最小。其夏季降温措施为：①立面上的开口引入自然风；②距离地板４ｍ的玻璃通风管道将冷空气散发到展厅中；③空气吸收室内人群和机械设备等的热量后变热上升；④热空气从锯齿形屋顶的开口自然排出，空气的回流被可调节的翼片所阻挡，翼片安装在屋脊上，可根据外界风的方向调整；⑤其冬季供暖措施为事先加热后的空气直接通过管道送入室内；⑥热空气上升排出。波形屋顶的尖峰具有很强的造型感，其原型是传统工业建筑中常用的北向天窗（见图３）。在应用生态策略以节约能源、提供舒适性的同时还创造了极富表现力的建筑形象［５］。

１．２利用热压实现自然通风

烟囱使室内的烟不用机械方式而有组织的排出室外，大大改善了室内空气质量，这就是常说的“烟囱效应”（ＣｈｉｍｎｅｙＥｆｆｅｃｔ）。所谓热压通风，就是利用该原理，根据建筑内部由于空气密度不同，热空气趋向于上升，而冷空气则趋向于下降的特点，促进自然通风。热压作用于进风和出风的风口高度差，以及室内外空气温度差存在着密切的关系：高度差愈大，温度差愈大，则热压通风效果愈明显。应用烟囱效应拔风的优秀范例有很多，传统的如蒙古包的“天窗”拔风。应用烟囱效应的现代建筑包括德国ＲＷＥ大厦、英国新国会大厦、英国Ｄｅｍｏｎｔｆｏｒｔ大学的Ｑｕｅｅｎ＇ｓＢｕｉｌｄｉｎｇ等。

同时，热压通风还存在一种“漏斗效应”。根据热力学第二定律，热量由高温传向低温一侧，那么在漏斗空间中的热量传导也符合从下部传向上部的规律，即漏斗作用将会对热空气的上升起到推波助澜的效果，有效的加剧热量的上升扩散［５］。尼肯・塞克（ＮｉｋｋｅｎＳｅｋｋｅｉ）设计的日本Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ电子公司的信息传播中心大厦中，建筑沿南北方向进深层层退台，内部配置了一个梯形状倾斜的中庭（见图４）。新鲜空气通过中庭下部的窗户进入过滤器后，再散发到室内。从窗户下吸入的冷空气可以冷却整个结构体系，以减少整个建筑空调系统的负荷。办公空间可以向中庭完全开放，在需要的时候亦可以通过卷帘部分或全部围合起来。就算

摘

要：随着科技的日新月异，对风能利用的许多传统技术逐渐被人们抛之脑后。

直到能源消耗与日俱增、世界资源日益匮乏的今天，人们才开始重新研究如何利用风来取得降低能耗的效果。本文通过对国内外著名生态建筑中所采用的自然通风技术例子，提出了一些对

于风能利用方面的处理方法，供同行参考。

关键词：建筑设计；

自然通风设计图１巴基斯坦传统民居外观

［４］图２巴基斯坦传统屋顶通风原理

［４］

图３托马斯・赫尔佐格设计的汉诺威２０００

年世博会２６号馆剖面通风示意［５］

建筑与规划设计

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建材与装饰２００８年１月下旬刊

在室外无风的情况下，梯形中庭的漏斗效应也可保证吸入足够的空气。这种中庭的形式在促进热量散失的同时，塑造了雕塑和

构成般的效果。

１．３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。在英国沃特福德的外部郊区有一座办公建筑，是建筑研究组

织（ＢＲＥ，ＢｕｉｌｄｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＥｓｔａｂｌｉｓｈ－ｍｅｎｔ）有关环境研究的一个实验产品，为这个尺度适中的办公建筑精心设计了一套能源系统。南侧立面上设置了五个高耸的风塔，表面闪闪发亮，可以吸收太阳能转化为电能，以驱动内部的低压风扇，在闷热的天气条件下以增强风塔的抽风效能（见图５）。在气候温和的季节里，建筑则打开窗户来通风。南侧的窗户上还装有可调角度的遮阳板，防止吸收过多的太阳辐射［５］。

２建筑中的自然通风设计

现今，人们一说起生态技术，常常会将其与昂贵的高技术等同起来，比如国外用于监控、管理整幢建筑的能源管理ＢＥＭＳ系统等。但生态技术并不等于高技术，还包括许多方式。（１）通过建筑形体设计、朝向、建筑群的布局等，根据当地风

玫瑰来取得最大的自然通风。建筑物的高度、长度和深度对自然通风有很大影响（见图６）。

（２）

利用树木的合理布置来加强建筑的自然通风（见图７）。（３）

一个简单的矩形体，使其长向的门窗尽可能朝向夏季的主导风向，则通风效果较好。当建筑平面的形式为“凹”形或“Ｌ”形时，应尽可能使其凹口部分面向夏季主导风向［８］。

（４）

建筑平面进深不宜过大，这样有利于穿堂风的形成。一般情况下平面进深不超过楼层净高的５倍，可取得较好的通风效果。单侧通风的建筑，进深最好不超过净高的２．５倍。

（５）

进出口窗面积比例，进出风口相对大小决定了室内空气流速。据有关试验表明，获得室内整体最好风速的最佳办法是：出风口面积大于进风口面积１０％左右（见图８ａ）。

（６）

房间与窗口朝向，如果窗户在相对的两面墙上，房间的方向不应顺着主导风向；如果窗户在两面相交的墙上，房间最好直接面朝风向开窗（见图８ｂ）。

（７）气流控制。进风口与出风口之间有高度差，可以在风速不大的时候帮助增进室内通风。内廊双面房间的建筑，内走道墙顶或墙底应开一些通风窗，通风效果会好的多，这种形式尤其适合教室或人多的空间。

３结语

随着科技的发展，人们在享受高科技带来的舒适与便利的

同时，也令人们越来越疏远了与自然的关系。

虽然高科技能够带

图４梯形中庭通风示意

［５］

图５风塔通风示意图

［６］

图６建筑物深度与涡流区关系

［９］

图７利用植被加强建筑物的通风

［１０］

（

ａ）

（ｂ）

图８室内风速与室外风速的百分比［１０］

建筑与规划设计

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