公共建筑空間設(shè)計中自然通風(fēng)的風(fēng)熱協(xié)同效應(yīng)及應(yīng)用

徐雷

摘要：綠色建筑設(shè)計是一個安全、可靠、可持續(xù)的有機系統(tǒng)，其中自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不僅需要充分關(guān)注其在整個過渡季的主動通風(fēng)降溫效果，還需要充分關(guān)注自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計對綠色建筑造型和空間布局的直接影響，以及與綠色建筑整體采光、遮陽等多種技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用的相互配合。結(jié)合某室內(nèi)綠色建筑設(shè)計實例，簡要分析了影響自然通風(fēng)的建筑設(shè)計處理方法和綜合應(yīng)用效果，如中庭設(shè)置、合理利用開窗和通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)等，需要兼顧中庭空間的合理利用、自然通風(fēng)和采光等。通過建筑設(shè)計信息的整合，可以提升公共建筑空間設(shè)計的整體生態(tài)環(huán)境信息質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)設(shè)計;風(fēng)熱協(xié)同效應(yīng)及應(yīng)用;綠色建筑

引言：

近年來，建筑工程系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)水平逐步提高。在工業(yè)建筑工程系統(tǒng)設(shè)計中，建筑空調(diào)溫度調(diào)節(jié)的設(shè)計方法和建筑地暖系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用形式被廣泛應(yīng)用，可以有效提高人們的工業(yè)生活環(huán)境質(zhì)量。在這個應(yīng)用過程中，人們很容易忽視自然資源的綜合利用，比如自然通風(fēng)，這是工業(yè)建設(shè)項目中自然通風(fēng)系統(tǒng)非常重要的設(shè)計和應(yīng)用形式。通過充分利用這些自然通風(fēng)設(shè)計形式，既能為人們創(chuàng)造和提供良好的工業(yè)生活環(huán)境，又能有效減少一些建設(shè)項目對自然環(huán)境的直接污染，有利于大大提高我國建設(shè)項目的環(huán)保利用性能。

一、自然通風(fēng)的原理

1.1利用風(fēng)壓實現(xiàn)建筑物的自然通風(fēng)

在流向空氣的過程中，如果空氣被一些障礙物的風(fēng)阻擋，可能會產(chǎn)生一定的靜壓。如果空氣流向整棟樓的迎風(fēng)方向，可能會在被整棟樓的風(fēng)阻擋后，逐漸增加迎風(fēng)面的靜壓，從而形成正壓區(qū)，之后，空氣區(qū)會逆著整棟樓的風(fēng)向上下偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一定的氣流形成渦流。在這種正壓條件下，靜壓區(qū)會逐漸減小，空氣會產(chǎn)生一定的負(fù)壓差。將應(yīng)用推廣到建筑物的自然通風(fēng)，即用力測量主體建筑背風(fēng)面與迎風(fēng)面的風(fēng)壓差，利用這一風(fēng)壓差可以有效實現(xiàn)建筑物的自然通風(fēng)。

1.2利用熱壓實現(xiàn)建筑自然通風(fēng)

有兩種通風(fēng)效果可以用來使建筑結(jié)構(gòu)充分利用建筑熱壓通風(fēng)來有效實現(xiàn)其自然通風(fēng)，這兩種通風(fēng)效果稱為建筑煙囪通風(fēng)效果和建筑漏斗通風(fēng)效果。再次，利用煙囪效應(yīng)法實現(xiàn)室內(nèi)自然通風(fēng)時，需要在整棟建筑內(nèi)外設(shè)置內(nèi)煙囪，使部分室內(nèi)霧狀有害氣體能夠通過內(nèi)煙囪效應(yīng)排出，同時吸收外部自然空氣能量進(jìn)入，從而有效改善室內(nèi)自然空氣質(zhì)量。用熱力壓縮機實現(xiàn)室內(nèi)自然通風(fēng)，就是充分利用這一工作原理。依靠整個室內(nèi)空氣加熱密度的差異，其冷空氣可能在室內(nèi)熱空氣密度上升后逐漸減少，建立自然氣流，達(dá)到室內(nèi)外通風(fēng)的目的。

1.3風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合，實現(xiàn)建筑自然通風(fēng)

風(fēng)壓和熱壓的結(jié)合意味著可以一起使用的建筑可以達(dá)到自然通風(fēng)的主要目的。這種可以組合使用的通風(fēng)方式，也是目前選擇自然通風(fēng)或建筑設(shè)計的最佳方式。通常在這種情況下，通過風(fēng)實現(xiàn)熱壓比較簡單，但是風(fēng)壓的實現(xiàn)存在很多不確定因素，很難實現(xiàn)熱壓。比如一個地方有風(fēng)，大氣有環(huán)流的時候，采用局部風(fēng)壓控制，如何實現(xiàn)自然通風(fēng)？因此，在使用風(fēng)壓控制時，使用熱壓控制比自然風(fēng)更穩(wěn)定。利用土風(fēng)壓和自然熱壓的組合創(chuàng)造自然風(fēng)時，還需要考慮相同的風(fēng)向，避免兩種方式相互削弱而無法達(dá)到最佳的通風(fēng)效果。因此，設(shè)計師在綜合運用這兩種方式時，一定要考慮情況。

二、自然通風(fēng)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用策略分析

2.1加強建筑規(guī)劃

設(shè)計間距與室內(nèi)自然通風(fēng)的功能平衡分布關(guān)系主要表現(xiàn)為：為了使功能使整個大型建筑綜合體中的每一個大型建筑都顯得足夠大，同時獲得室內(nèi)外自然通風(fēng)，建筑應(yīng)在大型建筑的主通風(fēng)線與主體上下風(fēng)向之間保持30b-45b的風(fēng)向角，并宜采用多種綜合布局室內(nèi)通風(fēng)平衡策略，如采用直線交錯風(fēng)向、斜向上下風(fēng)向、前低后高、前疏后緊等。樓層之間的高度距離和建筑物屋頂?shù)牡匦纹露葘Ｑ蟾邏合聶M向螺旋風(fēng)向和渦向螺旋風(fēng)的阻力是否同時產(chǎn)生、螺旋風(fēng)壓值和阻力值在正負(fù)兩個方向上的方向變化幅度等因素有直接的相互影響。建筑越長越高，深度越小，室內(nèi)渦流背風(fēng)面越大，其產(chǎn)生的室內(nèi)渦流對其流動的適應(yīng)面積越大，流場越紊亂，有利于有效控制和降低室內(nèi)渦流的風(fēng)速和壓力。有些縱向相對正壓可能直接在建筑物頂部或迎風(fēng)入口前部產(chǎn)生，有些橫向相對負(fù)壓可能直接在側(cè)面產(chǎn)生，相對正壓的渦流可能直接在后部產(chǎn)生。有時，由于空氣壓力流量差的直接存在，自然通風(fēng)空氣中的側(cè)向負(fù)壓流量可能會直接受到影響。根據(jù)不同氣候區(qū)域的空氣自然通風(fēng)，主導(dǎo)氣流天氣和自然風(fēng)向不同，設(shè)計合理的自然通風(fēng)天氣間距，為設(shè)計創(chuàng)造住宅建筑不同區(qū)域合理、有效、組織良好的空氣自然通風(fēng)天氣環(huán)境效果提供了良好的設(shè)計可行性。

2.2科學(xué)布局總平面圖

房間大廳環(huán)境管理要求，如果客人想要保證及時獲得良好的房間采光率、通風(fēng)換氣環(huán)境條件，就要特別注意及時組織工作人員共同建立良好的房間直通流。因此，在根據(jù)整體建筑設(shè)計的要求進(jìn)行總體規(guī)劃的總體布局時，首先必須明確和充分考慮整個建筑的具體位置和朝向、它們之間的低高度距離以及整個建筑和群體的結(jié)構(gòu)布局?？傊ㄖ闹黧w布局設(shè)計應(yīng)盡量利用主體縱橫交錯或平行傾斜布置的建筑布局設(shè)計模式，進(jìn)行建筑平面一體化的建筑布局，使每幢建筑盡可能同時獲得良好的建筑平面和自然通風(fēng);在建筑設(shè)計中，要盡量保證主體建筑的縱向橫軸不能與整個建筑的重力運動風(fēng)向相同或完全垂直，主臥也要建在夏季風(fēng)向占主導(dǎo)地位的主體建筑迎風(fēng)角以上;每個建筑的主縱軸和寬度也應(yīng)該對建筑的自然通風(fēng)有直接而重要的影響。當(dāng)然，如果該類型建筑寬度小于10m，可盡量選擇大規(guī)模單邊雙向?qū)α魍L(fēng);建筑面積小于15m，盡量選擇雙邊雙向?qū)α魍L(fēng)。

2.3嚴(yán)格規(guī)范建筑間距

建筑之間的整體距離是否合理，決定了自然水土風(fēng)向外和循環(huán)的通道是否暢通。因此，在設(shè)計大型建筑時，規(guī)劃兩類建筑之間的整體內(nèi)部距離是非常重要的。但隨著我國土地利用率可持續(xù)的高層建筑所占面積的不斷減少，許多企業(yè)高層結(jié)構(gòu)建設(shè)者盲目追求大幅度縮小部分高層建筑的間距，以獲得比企事業(yè)單位高層建筑更多的經(jīng)濟(jì)社會和經(jīng)濟(jì)效益，從而試圖提高部分高層結(jié)構(gòu)建筑的空間密度。這對我們自然界中空氣的順暢流通、高流速的進(jìn)入以及陽光通風(fēng)的對流效應(yīng)產(chǎn)生了巨大而嚴(yán)重的影響，極大地降低了當(dāng)今社會人們的日常生活和居住空氣質(zhì)量和熱舒適性。因此，在我國城市主體建筑項目高度規(guī)劃設(shè)計的實際實施過程中，需要根據(jù)特定的城市自然日照時長和與自然相適應(yīng)的特定日照方向，合理確定具體的城市建筑間距，實現(xiàn)城市建筑項目經(jīng)濟(jì)效益與城市人生活舒適度的有機協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.4明確建筑朝向和通風(fēng)區(qū)域

由于各種風(fēng)壓的相互作用主要通過各種風(fēng)壓相關(guān)系數(shù)的表達(dá)來獲得，因此與整個建筑的朝向和建筑通風(fēng)的占地面積密切相關(guān)。而且不同緯度的氣候主導(dǎo)運動風(fēng)向可能表現(xiàn)出較大的差異，因此要求冬季建筑物的朝向應(yīng)與夏季氣候主導(dǎo)運動風(fēng)向一致。同時，在正確設(shè)計建筑整體布局的同時，控制整個建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度是非常必要的。并認(rèn)為應(yīng)在此基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)外風(fēng)機品質(zhì)的實際需求，合理設(shè)計通風(fēng)口。這里指的是整個建筑立面上的有效設(shè)計通風(fēng)面積和有效設(shè)計通風(fēng)位置。此外，房間內(nèi)出風(fēng)口的相對交錯位置及其交錯直徑也會對房間風(fēng)速和進(jìn)出房間的風(fēng)量產(chǎn)生直接的相互影響，因此非常有必要將房間內(nèi)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的相對位置錯開，并保持一定的距離，從而有效控制和改變室內(nèi)外氣流的流向，達(dá)到更好的室內(nèi)通風(fēng)凈化效果。

結(jié)束語

自然通風(fēng)系統(tǒng)具有環(huán)保、節(jié)能、清潔三大優(yōu)勢，在新型現(xiàn)代建筑中得到廣泛應(yīng)用。對于現(xiàn)代建筑工程設(shè)計的從業(yè)者來說，需要充分結(jié)合建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，充分利用新材料，根據(jù)自然規(guī)律和優(yōu)秀的建筑設(shè)計技術(shù)理念，在建筑設(shè)計中采用更加合理、高效的自然通風(fēng)處理方法，從而提高建筑中自然通風(fēng)的利用效率，在為整個建筑節(jié)能的同時，創(chuàng)造舒適的居住環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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