浅谈生态建筑中的自然通风技术

浅谈生态建筑中的自然通风技术

摘要：随着空调技术的不断发展，人们渐渐淡忘了自然通风的应用。迫于当前能源、生活质量等的多重压力下，使得人们重新重视自然通风技术。本文结合工作经验，对自然通风技术的基本原理及其在建筑设计中的应用进行了分析，以便于同行交流和学习。

关键词:自然通风原理建筑设计方式

引言

随着空调技术的不断发展，人们越来越能主动的控制室内环境，创造前所未有的室内舒适气候要求，从而使人们渐渐淡忘了自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今天，为了保持良好的室内空气品质、节约能源以及减少建筑综合症发生的多重压力下，科学家们不得不重新重视自然通风这一传统技术。在这样的背景下，把自然通风这一传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义。当今生态建筑中，自然通风不仅能够有效地提供新鲜空气和实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染。一些调查结果显示，人们对自然风的偏爱是显而易见的，即使在有点热的环境中，只要有自然风，人们大多数还是选择自然环境而不是空调环境。目前国内外自然通风的研究应用主要集中在自然通风的两个相关点上：一是利用自然通风控制室内空气品质；二是利用自然通风解决夏季或过渡季的热舒适性问题，取代或部分取代空调。随着可持续发展战略思想的深入，以及人们对室内空气品质要求的提高，自然通风必将在我国得到广泛重视和研究应用。本文对有关自然通风技术的基本原理及其在建筑设计中的应用进行了分析和讨论。

1 自然通风的原理

建筑物内空气流动主要有四个原因：风压、热压、风压和热压共同作用下的自然通风以及机械辅助的自然通风。

1.1 风压作用下的自然通风风压是指空气流受到阻挡时产生的静压。在具有良好的外部风环境的地区，风压可作为实现自然通风的主要手段。当风吹向建筑物正面的时候，因受到建筑的阻挡，会在建筑的迎风面产生正压力（约为风速动压力的0.5～0.8倍），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（约为风速动压力的0.3～0.4倍），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建筑物周围自然地形等因素相关。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。另外，伯努利流体原理显示，流动空气的压力随其速度的增加而减小，从而形成低压区。根据这种原理，可以在建筑中局部留出横向的通风通道，当风从通道吹过时，会在通道中形成负压区，从而带动周围空气的流动，这就是管式建筑的通风原理。

1.2 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，室内外密度差产生，沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度。如果室内温度高于室外，建筑物的上部分将会有较高的压力，而下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口时，空气通过较低的开口进入，从上部流出。如果室内温度低于室外温度，气流方向相反。热压的大小取决于两个开口处的高度差H和室内外的空气温度差。而在实际中，建筑师们多采用烟囱、通风塔、天井中庭等

形式，为自然通风的利用提供有利的条件，使得建筑物能够具有良好的通风效果。与风压式自然通风不同，通常热压式自然通风更能适应常变的外部风环境和不良

的外部风环境。

1.3 风压和热压共同作用下的自然通风在建筑的自然通风设计中，风压通风

与热压通风往往是互为补充、共同作用，只是各自作用的程度不同。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。一般来说，在建筑

进深较小的部位大多利用风压来直接通风，而进深较大的部位则大多利用热压来

达到通风效果。但是在通风设计时，要特别注意避免风压和热压相互抵消而降低

了通风的效率。

1.4 机械辅助式自然通风在一些大型建筑中，如体育场馆、展览馆、商业设

施等大型公共建筑，往往由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压

与热压往往不足于实现自然通风。而且对于一些空气污染严重的城市，直接的自

然通风会将室外污染的空气和噪声传入室内，不利于健康环境的营造，在这种情

况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环

通道，辅以符合生态思想的空气处理手段(如预热、土壤预冷、深井水换热等)，

并借助一定的机械方式加速室内通风。

2 实现自然通风的方式与设计理念

2.1 合理控制建筑布局与设计体型建筑布局受很多因素控制，不同布局的建

筑群和建筑体型对于自然通风的效果影响很大。从生态的角度上，影响布局的主

要因素有阳光与风向。防止单体建筑吸热与太阳辐射过度的同时，应该尽量使建

筑的法线与夏季主导风向一致；对于建筑群体，若风沿着法线方向吹向建筑，会

在建筑物背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。所以在建筑设计中

要根据风向投射角(风向与房屋外墙面法线的夹角)对室内风速的影响来决定合理

的建筑间距，同时还要结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。在单体

设计中还应结合总体布局对建筑的体型，包括进深、高度、面宽乃至形状等实行

一定的控制，解除前幢建筑对后幢建筑通风的影响。

2.2 优化设计建筑物门窗开口建筑物开口的配置以及开口的尺寸、窗户的型

式和开启方式、窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流动以

及通风效果。若进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据实验研究，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3时，开口大小为地板总面积的15%～25%时，通风效果最佳。另外进风口与出风口应相对错开位置，这样可以

使气流在室内改变方向，使室内气流均匀，通风效果更好。

2.3 有效组织穿堂风所谓“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。“穿堂风”是自然通风中效果最好的

方式，应该尽量组织好室内的通风，有效组织穿堂风的具体措施有:主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑物内部的窗户和门的开口，引导气流；根据需要，通过调节风口，改变风速风量。另外合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。穿堂风的具体设计要求有：①气流路线应流经人的活动范围；②有必要的风速，最好达到0.3m/s以上。对有大量余热和

有害物质的生产车间，组织自然通风除保证必要通风量外，还应保证气流的稳定

性和气流线路的短捷性。

2.4 利用屋顶增强自然通风屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的一个组成

部分，本身也可以成为一个独立的通风系统。通风屋顶内部一般有一个空气间层，