淺議建筑自然通風設計

劉凱星

摘要：本文首先介紹了我國能源問題現(xiàn)狀，重點探討通過合理的建筑方案設計等措施實現(xiàn)通過自然通風達到建筑物降溫的目的，進而實現(xiàn)建筑節(jié)能，為建筑中的自然通風設計提供一定的設計依據(jù)，可與同行共同探討。

關鍵詞：建筑；自然通風設計

我國是能源相對貧乏的國家，建筑節(jié)能迫在眉睫，而據(jù)專家估算，約 2/3～3/4 的建筑能耗可通過合理的措施節(jié)省下來，相對自然通風和機械輔助式自然通風兩種模式，自然通風便是一項成熟而低廉的技術措施，在建筑設計中應充分、合理地加以使用。

1 自然通風技術的優(yōu)勢

與同緯度許多發(fā)達國家相比，我國冬天氣候更冷，夏天氣候更熱，南方空氣濕度高，近幾年愈演愈烈的“電荒”更宣告了今后我國總體能源偏緊的不爭事實。我國能源有限，而發(fā)展又是必需的，因此唯有節(jié)能才是自救良方。采用自然通風方式的根本目的是取代（或部分取代）空調(diào)制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)有效被動式制冷，當室外空氣溫濕度較低時，自然通風可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度，帶走潮濕氣體，達到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區(qū)，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風輸送處理后的新風，而省去風機能耗，且無噪聲。這種方式有利于減少能耗、降低污染，符合可持續(xù)發(fā)展的思想，是當今建筑普遍采取的一項改革建筑熱環(huán)境、節(jié)約空調(diào)能耗的技術措施。

2 自然通風的原理

建筑的自然通風從動力來源上可分為完全自然通風和機械輔助自然通風兩種模式。完全自然通風是由來自室外風速形成的“壓差”和建筑表面的洞口間位置及溫度造成的“溫差”形成的室內(nèi)外空氣流動。按照熱力學原理，建筑室內(nèi)溫度有沿高度逐漸向上遞增的特點，該特點是建筑隨層高增加而使上下之間溫差加劇的主要原因，設計師也經(jīng)常利用這一點挖掘建筑自然通風的潛力。機械輔助自然通風是利用溫差造成的熱壓和機械動力相結合而形成的室內(nèi)外空氣對流。與完全自然通風相比，雖然建筑內(nèi)局部作為輔助動力的機械裝置要消耗一定的能源，但通過這種裝置重新組織氣流，甚至在局部“強迫”氣流改向，可以使自然通風達到更好的效果。在這兩種通風模式中，屋頂都是形成溫差、組織氣流的重要環(huán)節(jié)，在整個自然通風系統(tǒng)中起著重要作用。

3 建筑自然通風設計理念

3.1 建筑結構方面的優(yōu)化設計。一是利用風壓實現(xiàn)自然通風。在外部風環(huán)境良好的地區(qū)，風壓可作為實現(xiàn)自然通風的主要手段。風壓通風即“穿堂風”，是指風從建筑迎風面的進風口吹入室內(nèi)，穿過房間，從背風面的出風口流出。進風口和出風口之間的風壓差越大，房屋內(nèi)部空氣流動阻力越小，通風越流暢。合理的建筑規(guī)劃可以充分利用“穿堂風”來調(diào)節(jié)建筑物的溫度。二是利用熱壓實現(xiàn)自然通風。受到周圍建筑布局或高大植被影響的建筑物可以利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差，即“煙囪效應”來實現(xiàn)建筑的自然通風。根據(jù)熱空氣上升的原理，在建筑上部設排風口將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入，達到自然通風的目的。在建筑設計中，可利用建筑物的樓梯間、中庭等豎向空腔滿足進排風口的高差要求，而室內(nèi)外溫差和進、出風口的高差越大，熱壓作用越明顯。三是風壓與熱壓相結合實現(xiàn)自然通風。在建筑的自然通風設計中，風壓通風與熱壓通風往往是互為補充、密不可分的。一般來說，在建筑進深較小的部位多利用風壓來直接通風，而進深較大的部位則多利用熱壓來達到通風效果。四是機械輔助式自然通風。在一些大型建筑中，由于通風路徑較長，流動阻力較大，單純依靠自然風壓與熱壓往往不足以實現(xiàn)自然通風。而對于空氣污染和噪聲污染比較嚴重的城市，直接的自然通風還會將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi)，不利于人體健康。在這種情況下，常常采用一種機械輔助式的自然通風系統(tǒng)。機械輔助式自然通風是利用溫差造成的熱壓和機械動力相結合而形成的室內(nèi)外空氣對流，該系統(tǒng)有一套完整的空氣循環(huán)通道，輔以符合生態(tài)思想的空氣處理手段（如土壤預冷、預熱、深井水換熱等），并借助一定的機械方式加速室內(nèi)通風。

3.2 建筑構件上的優(yōu)化設計。一是建筑物門窗洞口的優(yōu)化設計。建筑物的門窗洞口的設置以及門窗洞口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式，窗墻面積比等的合理設計，直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動以及通風效果。根據(jù)測定，當開口寬度為開間寬度的 1/3～2/3，開口大小為地板總面積的 15%～25%時，通風效果最佳。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進風口與出風口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向，使室內(nèi)氣流更均勻，通風效果更好。二是通風隔熱屋面的應用。通風隔熱屋面通常有以下兩種方式：①在結構層上部設置架空隔熱層。這種做法把通風層設置在屋面結構層上，利用中間的空氣間層帶走熱量，達到屋面降溫的目的，另外，架空板還保護了屋面防水層；②利用坡屋頂自身結構，在結構層中間設置通風隔熱層，也可得到較好的隔熱效果。三是雙層玻璃幕墻圍護結構的應用。雙層（或三層）幕墻是當今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進技術，被譽為“會呼吸的皮膚”，它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個空腔，空腔的兩端有可以控制的進風口和出風口。在冬季，關閉進出風口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護結構表面的溫度；夏季，打開進出風口，利用“煙囪效應”在空腔內(nèi)部實現(xiàn)自然通風，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。為了更好地實現(xiàn)隔熱，通道內(nèi)一般設置有可調(diào)節(jié)的深色百葉。雙層玻璃幕墻在保持外形輕盈的同時，能夠很好地解決高層建筑中過高的風壓和熱壓帶來的風速過大造成的紊流不易控制的問題，能解決夜間開窗通風而無需擔心安全問題，又可加強圍護結構的保溫隔熱性能，并能降低室內(nèi)的噪音。在節(jié)能上，雙層通風幕墻由于換氣層的作用比單層幕墻在采暖時節(jié)約能源 42%～52%，在制冷時節(jié)約能源 38%～60%，是建筑節(jié)能的一個新方向。

3.3 多種其它能源的合理應用。一是太陽能強化自然通風。在設計中，可充分利用太陽能這一可持續(xù)能源轉化為動力進行通風。太陽能強化自然通風的建筑結構主要有：屋面太陽能煙囪、Trombe 墻和太陽能空氣集熱器。以上 3 種結構可以單獨設置，但為了在夏季達到更好的冷卻效果，通常將這些做法與其他建筑結構組合成一個有組織的自然通風系統(tǒng)。二是夜間自然通風的利用。蓄熱材料作為建筑維護結構，可以延緩日照等因素對室內(nèi)溫度的影響，使室溫更穩(wěn)定，更均勻，即白天不會因為太陽照射而溫度過高，夜晚不會因迅速冷卻而溫度過低。蓄熱材料在白天吸收大量熱量，使得室溫不至于過高，同時夜間使室內(nèi)溫度居高不下。因此在夏季夜晚利用室外溫度較低的冷空氣對蓄熱材料進行充分的通風降溫，是改善夜間室內(nèi)溫度、發(fā)揮蓄熱材料潛力的有效手段。三是風力發(fā)電系統(tǒng)的應用。集中式的風力發(fā)電系統(tǒng)以建筑群和小區(qū)為單位，放在小區(qū)的上風處；分散式可在多風偏僻地區(qū)安裝獨立風車，自成體系為建筑能源。這種風能利用系統(tǒng)大都是將電力送入電網(wǎng)，建筑物再從電網(wǎng)獲取電力。在偏遠地區(qū)有條件的建筑中可設風/光互補發(fā)電系統(tǒng)，綜合利用風能和太陽能，無需架設遠距離的電網(wǎng)來獲取電力。

4 結束語

隨著能源消耗和環(huán)境問題的日趨突出及人們節(jié)能意識的逐步加強，利用自然通風改善建筑室內(nèi)環(huán)境越來越受到重視。特別是在炎熱、潮濕、多雨的氣候特點決定了嶺南建筑在自然條件中所要解決的主要矛盾是通風防熱，而自然通風作為一種廉價高效的設計手段，不但能實現(xiàn)建筑節(jié)能，還能創(chuàng)造健康的人居環(huán)境，是可持續(xù)發(fā)展的設計理念的具體體現(xiàn)，具有很深的推廣意義。

參考文獻：

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