淺談建筑工程中自然通風(fēng)技術(shù)的作用原理

王冰

摘 要：自然通風(fēng)是一種具有很大潛力的通風(fēng)方式，是人類歷史上長期賴以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的原始手段。空調(diào)的產(chǎn)生，使人們可以主動地控制居住環(huán)境，而不是象以往一樣被動地適應(yīng)自然；空調(diào)的大量使用，使人們漸漸淡化了對自然通風(fēng)的應(yīng)用。而在空調(diào)技術(shù)得以普及的今天，迫于節(jié)約能源、保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)的雙重壓力下，把自然通風(fēng)這種傳統(tǒng)建筑生態(tài)技術(shù)重新引回現(xiàn)代建筑中，有著比以往更為重要的意義。

關(guān)鍵詞：建筑工程；自然通風(fēng)；技術(shù)；作用原理

1自然通風(fēng)的理論機理

通常意義上的自然通風(fēng)指的是通過有目的的開口，產(chǎn)生空氣流動。這種流動直接受建筑外表面的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而各開口的特點則決定了流動阻力。就自然通風(fēng)而言，建筑物內(nèi)空氣運動主要有兩個原因：風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。這兩種因素可以單獨起作用，也可以共同起作用。

1.1風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

風(fēng)的形成是由于大氣中的壓力差。如果風(fēng)在通道上遇到了障礙物，如樹和建筑物，就會產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換。動壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力，于是迎風(fēng)面上產(chǎn)生正壓，而背風(fēng)面上產(chǎn)生負壓。由于經(jīng)過建筑物而出現(xiàn)的壓力差促使空氣從迎風(fēng)面的窗縫和其他空隙流入室內(nèi)，而室內(nèi)空氣則從背風(fēng)面孔口排出，就形成了全面換氣的風(fēng)壓自然通風(fēng)。某一建筑物周圍風(fēng)壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風(fēng)向的方位、風(fēng)速和建筑周圍的自然地形有關(guān)。

1.2熱壓作用下的自然通風(fēng)

熱壓是室內(nèi)外空氣的溫度差引起的，這就是所謂的“煙囪效應(yīng)”。由于溫度差的存在，室內(nèi)外密度差產(chǎn)生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度。如果室內(nèi)溫度高于室外，建筑物的上部將會有較高的壓力，而下部存在較低的壓力。當(dāng)這些位置存在孔口時，空氣通過較低的開口進入，從上部流出。如果，室內(nèi)溫度低于室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個開口處的高度差和室內(nèi)外的空氣密度差。而在實際中，建筑師們多采用煙囪、通風(fēng)塔、天井中庭等形式，為自然通風(fēng)的利用提供有利的條件，使得建筑物能夠具有良好的通風(fēng)效果。

1.3風(fēng)壓和熱壓共同作用下的自然通風(fēng)

在實際建筑中的自然通風(fēng)是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果，只是各自的作用有強有弱。由于風(fēng)壓受到天氣、室外風(fēng)向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響，風(fēng)壓與熱壓共同作用時并不是簡單的線性疊加。因此建筑師要充分考慮各種因素，使風(fēng)壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，實現(xiàn)建筑物的有效自然通風(fēng)。

1.4機械輔助式自然通風(fēng)

在一些大型建筑中，由于通風(fēng)路徑較長，流動阻力較大，，單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足以實現(xiàn)自然通風(fēng)。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(fēng)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(fēng)系統(tǒng)。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(yù)冷、預(yù)熱、深井水換熱等），并借助一定的機械方式加速室內(nèi)通風(fēng)。

2 采用自然通風(fēng)的的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益

采用自然通風(fēng)方式的根本目的就是取代（或部分取代）空調(diào)制冷系統(tǒng)。而這一取代過程有兩點至關(guān)重要的意義：一是實現(xiàn)有效被動式制冷，當(dāng)室外空氣溫濕度較低時自然通風(fēng)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(fēng)輸送處理后的新風(fēng)，而省去風(fēng)機能耗，且無噪聲。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣（新風(fēng)），有利于人的生理和心理健康。

3 建筑設(shè)計中自然通風(fēng)的實現(xiàn)及實例分析

3.1建筑體型與建筑群的布局的設(shè)計

建筑群的布局對自然通風(fēng)的影響效果很大?？紤]單體建筑得熱與防止太陽過度輻射的同時，應(yīng)該盡量使建筑的法線與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致；然而對于建筑群體，若風(fēng)沿著法線吹向建筑，會在背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū)，對后排建筑的通風(fēng)不利。因此在單體設(shè)計中還應(yīng)該結(jié)合總體的情況對建筑的體型，包括高度、進深、面寬乃至形狀等實行一定的控制。

3.2維護結(jié)構(gòu)開口的設(shè)計

建筑物開口的優(yōu)化配置以及開口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式，窗墻面積比等的合理設(shè)計，直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動以及通風(fēng)效果。根據(jù)測定，當(dāng)開口寬度為開間寬度的1/3～2/3時，開口大小為地板總面積的15%-25%時，通風(fēng)效果最佳。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進風(fēng)口與出風(fēng)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(fēng)效果更好。

3.3注重“穿堂風(fēng)”的組織

“穿堂風(fēng)”是自然通風(fēng)中效果最好的方式。風(fēng)從建筑迎風(fēng)面的進風(fēng)口吹人室內(nèi)，穿過房間，從背風(fēng)面的出風(fēng)口流出。顯然進風(fēng)口和出風(fēng)口之間的風(fēng)壓差越大，房屋內(nèi)部空氣流動阻力越小，通風(fēng)越流暢。此時房屋在通風(fēng)方向的進深不能太大，否則就會通風(fēng)不暢。

3.4在建筑設(shè)計中形成豎井空間

目的來加速氣流流動，實現(xiàn)自然通風(fēng)在建筑設(shè)計中豎井空間主要形式有：①純開放空間：如大量的建筑中設(shè)計的中庭，主要是平面過大的建筑出于采光的考慮。②“煙囪”空間，又叫風(fēng)塔——由垂直豎井和幾個風(fēng)口組成，在房間的排風(fēng)口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風(fēng)塔頂部進入的空氣產(chǎn)生抽吸作用。③屋頂?shù)淖匀煌L(fēng)，通常有以下兩種方式：在結(jié)構(gòu)層上部設(shè)置架空隔熱層和利用坡屋頂自身結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)層中間設(shè)置通風(fēng)隔熱層。

3.5雙層玻璃幕墻維護結(jié)構(gòu)

雙層（或三層）幕墻是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進技術(shù)，它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風(fēng)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(fēng)口和出風(fēng)口。在冬季，關(guān)閉進出風(fēng)口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護結(jié)構(gòu)表面的溫度；夏季，打開進出風(fēng)口，利用“煙囪效應(yīng)”在空腔內(nèi)部實現(xiàn)自然通風(fēng)，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。

3.6太陽能強化自然通風(fēng)

太陽能強化自然通風(fēng)，充分利用了太陽能這一可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化為動力進行通風(fēng)。太陽能強化自然通風(fēng)的建筑結(jié)構(gòu)主要有：屋面太陽能煙囪、Trombe墻和太陽能空氣集熱器。以上三種結(jié)構(gòu)可以單獨設(shè)置來強化通風(fēng)，但是，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(jié)構(gòu)組合成一個有組織的自然通風(fēng)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

通風(fēng)是建筑的最基本功能之一，降低建筑能耗，使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達到動態(tài)的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學(xué)要求后應(yīng)追求的更高目標。在建筑設(shè)計中，尤其是一些建筑的更新如新民居的設(shè)計，不僅要關(guān)注自然通風(fēng)技術(shù)，更要注意把這一傳統(tǒng)的技術(shù)與當(dāng)?shù)氐牡乩須夂蛱卣骱蜌夂蛞蛩氐认嘟Y(jié)合，提出多層次的、全面的、適宜的建筑技術(shù)，體現(xiàn)“氣候決定建筑”的設(shè)計理念。