建筑设计中对自然通风论文

建筑设计中对自然通风的探讨
[摘要]随着社会的不断发展与进步，重视建筑设计中对自然通风具有重要的意义。

本文主要简单建筑设计中对自然通风的有关内容。

[关键词] 建筑, 设计, 自然, 通风, 热压, 风压
[abstract] with the continuous development of society and progress, we pay attention to the building design of natural ventilation is of great significance. this paper is mainly simple construction design of the relevant contents of the natural ventilation.
[key words] architecture, design, natural, ventilation, hot pressing, wind pressure
中图分类号：tu2 文献标识码：a 文章编号：
引言
风，是人类古老的朋友。

远古时期，先民们就在生活实践中摸索出各种方法来充分利用风能使生活环境变得更为舒适，同时又避免风的不利影响。

长久以来，人们积累了丰富的经验，不同地理和气候条件都有自己的一套相应的通风措施，利用风来使室内变得凉爽和舒适。

从中国传统勘舆中的“藏风聚气”到古代中东地区招风塔和招风斗，都充分体现了各国人民在利用自然风方面的聪明才智。

然而，令人惋惜的是自工业革命后，随着科技的日新月异，这
方面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，生态技术在建筑设计中的应用越来越受到重视，人们才开始重新研究如何利用风来取得降低能耗的效果，同时更大限度地为人们提供健康舒适的室内环境。

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。

通常认为，自然通风的作用具有三种不同的功能：第一，健康通风，即保证室内空气质量i ag；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—15 分钟可完全换气一次；温差小时，大约半小时可交换一次。

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。

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。

图1 巴基斯坦传统民居外观
图2 巴基斯坦传统屋顶通风原理
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”（chi mney effect ）。

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demontf ort 大学的gueen’sbuildi ng 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。

尼肯塞克（ni kken sekkei ）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3 ）。

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（见图4 ）。

图3 梯形中庭通风示意
图4 梯形中庭室内效果
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，buildi ng research establishment）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。

图5 风塔通风示意图
2、建筑设计与自然通风
(一)双层玻璃幕墙
研究表明，采用外遮阳设备比内遮阳设备节能效果更佳，但外遮阳设备投资大且影响美观。

于是发展了双层玻璃幕墙，双层玻璃之间留有较大的空间，常被称为“会呼吸的皮肤”。

在冬季．双层玻璃间层形成阳光温室，提高建筑围护结构表面温度：在夏季．可利用烟囱效应在问层内通风。

玻璃幕培问层内气流和温度分布受双层墙及建筑的几何、热物理、光和空气动力特性等因素的影响。

双层玻璃幕墙具有如下优点：避免开窗带来的对室内气候的干扰；使室内免受室外交通噪声的干扰；夜间可安全通风。

(二)窗户
大多数情况下，自然通风系统中以窗户来充当风口，窗户的形式、面积大小及安装化置影响通风效率、室内气流组织和室内热舒适对于单侧自然通风、贯流通风或热压驱动的自然通风来说，在冬季最好选择底悬式窗户，在夏季最好选择侧悬式窗户。

(三)中庭
高层建筑可利用中庭的热压作用实现自然通风，德国法兰克福商业银行总部大楼(图6)便是成功的一例。

有中庭的建筑越来越多．但大多为封闭式，设计的目的主要是采光。

图6法兰克福商业银行总部大楼
(四)风塔
由垂直蛏井和几个风口组成．在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。

该系统类似于风管供风系统。

(五)屋顶
屋顶的形状影响室外风压，从而影响自然通风效果，可采用翼形屋顶以便形成高压区和低压区。

实验方法研究了自然通风建筑中屋顶形状和屋顶高度对自然通风情况下的室内气流分布和室内气流流速的影响。

结束语
总之，自然通风技术作为一种与气候相适宜的生态技术。

在实际运用的过程中，应该结合太阳能、建筑材料、自然采光、地下蓄冷蓄热、自动控制等技术，并运用计算机模拟技术，对实际的案例
进行分析．定量的对其进行深入的研究。

相信随着生态、可持续发展理念的不断发展，自然通风这种廉价、健康的通风方式将会越来越多地被利用。

参考文献
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