建筑設(shè)計(jì)與自然風(fēng)

■傅 俠 ■中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330000

1 概述

所謂自然風(fēng)技術(shù)就是指在建筑設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中有利于建筑通風(fēng)換氣的一項(xiàng)技術(shù)，從設(shè)計(jì)的角度來看，自然風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用主要從四個(gè)方面進(jìn)行探討:與外界交流空氣的窗戶、建筑中的進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口、雙層立面以及比較有利于空氣流通的較為開放的建筑平面。自然風(fēng)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用形式有許多種，而且不同的建筑設(shè)計(jì)師也有不同的設(shè)計(jì)手法。本文主要提出了三種設(shè)計(jì)方法，即建筑公共空間的設(shè)計(jì)、表皮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建筑窗型的設(shè)計(jì)。

2 建筑窗型設(shè)計(jì)

2.1 窗型設(shè)計(jì)的通風(fēng)原理

在建筑中進(jìn)行自然的通風(fēng)過程主要通過打開的門窗實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部的空氣與外界的自然空氣的通風(fēng)或者對流。通過窗戶氣流量的多少一般情況下主要取決于窗戶面積的大小以及自然風(fēng)在豎向的分布情況。因此對于建筑窗戶窗型的設(shè)計(jì)主要涉及到窗戶開啟時(shí)的形狀、大小、高度以及方位等多個(gè)因素，這些相關(guān)因素對室內(nèi)的氣流通風(fēng)情況都會(huì)有所影響。

單側(cè)通風(fēng)在建筑中主要是通過在建筑的房間一側(cè)設(shè)置窗戶，在該種設(shè)置的情況下，外界空氣會(huì)從窗戶中相對較低的位置進(jìn)入到房間內(nèi)，經(jīng)過房間的加熱之后從該窗戶較高的地方排出。該種形式下空氣流動(dòng)主要是通過風(fēng)具有的紊流以及浮力作用而產(chǎn)生，并不是因?yàn)轱L(fēng)力作用產(chǎn)生氣壓差。如果想要提高單側(cè)通風(fēng)的效果，可以通過在同一側(cè)的墻體的不同高度上設(shè)置幾個(gè)窗戶，這樣設(shè)置之后，外界的自然空氣會(huì)從較低的窗戶流進(jìn)來，經(jīng)過加熱的空氣再從較高的窗戶排出去。這樣進(jìn)行的單側(cè)通風(fēng)效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于只設(shè)置一個(gè)窗戶。而在房間中能夠進(jìn)行有效通風(fēng)的進(jìn)深為房間高度的25 倍左右。

相對于單側(cè)通風(fēng)而言，對流通風(fēng)是更為有效的通風(fēng)方式。如果建筑中的房間不止有一個(gè)墻面上設(shè)置了窗戶，就會(huì)發(fā)生空氣對流的現(xiàn)象。對流現(xiàn)象能夠?yàn)榻ㄖ峁└蟮倪M(jìn)風(fēng)量，也能夠讓自然風(fēng)進(jìn)入到更為大的進(jìn)深中去。進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對狹窄進(jìn)深的平面進(jìn)行優(yōu)先考慮。在進(jìn)行對流通風(fēng)的設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)向與出風(fēng)口不同方向的設(shè)計(jì)對于箭鏃而言更有利于自然風(fēng)的對流，這樣設(shè)計(jì)的窗戶更有利于氣流進(jìn)行循環(huán)。如果進(jìn)行設(shè)置時(shí)將進(jìn)出風(fēng)口的方向與風(fēng)向設(shè)置成同一條直線上，那么外界氣流只是穿過房間不會(huì)進(jìn)行空氣的對流與循環(huán)。

2.2 窗戶的自然風(fēng)技術(shù)設(shè)計(jì)

窗戶的高度是指從窗臺(tái)到窗楣的高度差，該高度對建筑的通風(fēng)效果有很大的影響。建筑內(nèi)外的溫度差會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入到房間的空氣上升，因此高度更高的窗戶對于空氣的流動(dòng)而言更有利。不僅如此，高度較高的窗戶還能夠?yàn)榻ㄖ峁┹^好的采光。高度較低的窗戶不能夠?yàn)榻ㄖ峁┹^好的通風(fēng)條件，但是能夠使得地面對光線進(jìn)行均勻的反射分布。而高度適中的窗戶能夠?yàn)榻ㄖ峁┹^為均勻的通風(fēng)，但是不能夠?yàn)槠涮峁┚鶆虻牟晒狻Ｔ诮ㄖ校皯舻姆轿辉O(shè)計(jì)決定了在建筑中能夠獲得多少太陽的熱量，有多少的熱量會(huì)損失掉。一般而言，在冬季時(shí)應(yīng)該在偏向南面的方向把窗戶打開較大獲得太陽的熱量，在偏向北面的方向防止熱量的散失。

在建筑中窗戶的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足通風(fēng)、日照、視野以及太陽能量的滲入。因此在干燥炎熱的地區(qū)，一般會(huì)采用面積比較小的窗戶，并且進(jìn)行一定的遮擋。因?yàn)樵谶@樣光照充足的地區(qū)，面積較小的窗戶就能夠獲得充分的采光。在白天時(shí)，外界的空氣很熱，小型窗戶能夠減少外界熱空氣的進(jìn)入。而夜間的溫度較低，建筑可以通過打開窗戶的方式通過自然進(jìn)行通風(fēng)，降低室內(nèi)的溫度。而在濕潤炎熱的地區(qū)，則適合采用較大面積的窗戶，有利于建筑的通風(fēng)。另外還應(yīng)該設(shè)置較大的屋檐出挑，以便對太陽的輻射進(jìn)行一定的遮擋。而在較為寒冷的地區(qū)，窗戶應(yīng)該設(shè)置的大些而且不對其進(jìn)行遮擋，但是窗戶的密封性一定要好，這樣才能夠加大熱量的進(jìn)入并且減少冷風(fēng)的滲入。

3 建筑表皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文的表皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要介紹雙層玻璃幕墻，該種系統(tǒng)的節(jié)能潛力較好，采用的材料可以是循環(huán)利用的，建設(shè)該種建筑表皮結(jié)構(gòu)的速度較快，節(jié)能效果比較好，還能夠?qū)ν饨缭胍暨M(jìn)行阻隔，減少不清潔的空氣對于建筑室內(nèi)的污染。因此雙層玻璃幕墻又被稱為“可呼吸的皮膚”，主要使用的雙層玻璃幕墻有以下幾種:

首先是外掛式的雙層玻璃幕墻，這是最為簡單的雙層玻璃幕墻，建筑外墻與玻璃幕墻之間距離300 至2000 毫米，具體的距離要根據(jù)建筑的形式、外墻與幕墻之間的連接方式以及外墻的建筑方式等條件進(jìn)行確定的，雙層玻璃之間的空間不能做水平分隔與豎向分隔。經(jīng)過測試表明，雙層玻璃幕墻系統(tǒng)能夠有效的隔絕噪音，但是該種幕墻由于玻璃間的氣流缺乏組織性，因此很難改善建筑中的熱環(huán)境。因此該種幕墻主要建立在城市中心，主要目的是隔絕噪音。

其次是走廊式雙層玻璃幕墻，與環(huán)流式的雙層玻璃幕墻相比，走廊式的雙層玻璃幕墻通過一層作為基本單位進(jìn)行水平方向的劃分，在建筑外側(cè)，每層建筑都形成外掛式的走廊，因此稱作走廊式雙層玻璃幕墻。在該種幕墻形式中，建筑的每層樓樓板與天花板高度處都設(shè)有進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)大小的調(diào)節(jié)蓋板，現(xiàn)在使用的走廊式雙層玻璃幕墻經(jīng)過了兩次改進(jìn)，第一次將立面中的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口進(jìn)行對齊，但是該種設(shè)置有不足的地方，下層走廊中的排氣有部分會(huì)變成上層走廊的近期，這種情況的出現(xiàn)會(huì)對溫度緩沖與空氣質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生不利的影響，而在第二次改進(jìn)之后，將進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口在水平方向上錯(cuò)開了一定的距離，減少以上情況對建筑自然風(fēng)的通風(fēng)效果的影響。

4 建筑公共空間設(shè)計(jì)

4.1 建筑公共空間設(shè)計(jì)原則

在建筑的公共空間的設(shè)計(jì)上已經(jīng)有了較為成熟的設(shè)計(jì)形式，并且在建筑中普遍應(yīng)用。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、娛樂等公共建筑中都被廣泛的應(yīng)用。在公共建筑中，公共空間能夠?qū)ㄖ覂?nèi)的氣候調(diào)節(jié)以及降低建筑能耗。進(jìn)行公共空間的設(shè)計(jì)中一般會(huì)大面積的采用玻璃圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅能夠透射一定的陽光，還能夠?qū)κ覂?nèi)的長波輻射進(jìn)行阻擋，防止室內(nèi)的熱量外溢，在冬季時(shí)能夠有效提高建筑的室內(nèi)溫度。在公共空間中具有的內(nèi)外部的空氣壓力差能夠加快室內(nèi)外的空氣流動(dòng)，有利于煙囪效應(yīng)的形成，不僅能夠產(chǎn)生良好的自然通風(fēng)，還能夠?qū)⑹覂?nèi)多余的熱量排出去，將室內(nèi)的溫濕度降低到合理的范圍之內(nèi)。

4.2 利用自然風(fēng)技術(shù)進(jìn)行建筑公共空間設(shè)計(jì)

利用自然風(fēng)技術(shù)進(jìn)行建筑公共空間的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該進(jìn)行建筑平面形式的合理設(shè)計(jì)，因?yàn)槿藗儗τ诓煌δ芸臻g中的熱舒適度不同，而公共空間的設(shè)計(jì)又不同于辦公空間或是居住空間，因此對于公共空間而言，敞口的設(shè)計(jì)應(yīng)該朝著夏季的主導(dǎo)風(fēng)向，如果進(jìn)行了反向的設(shè)置，那么迎風(fēng)面的墻體應(yīng)該控制其開敞。另外建筑的坡面形式對于自然風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用而言也很重要，它應(yīng)該對氣壓流動(dòng)原理進(jìn)行合理的應(yīng)用，再結(jié)合建筑的空間布局，創(chuàng)造良好的自然通風(fēng)條件。最后，還可以采取溫差輔助措施幫助建筑通風(fēng)換氣，公共空間設(shè)計(jì)造風(fēng)手法當(dāng)中，制造環(huán)境中各部位的溫差是非常重要的手法，它通過內(nèi)部空間的組合設(shè)計(jì)以及綠化的相關(guān)配置等改善建筑中的微氣候。

［1］金曉東，劉閩敏，公共建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)若干實(shí)例探討［J］.山西建筑，2010，36(14).

［2］張文麗，淺談生態(tài)建筑中的自然通風(fēng)技術(shù)［J］.經(jīng)營管理者2010(10).