對建筑自然通風設計的探討

【摘要】自然通風是實現建筑節能的重要部分，本文就自然通風的意義以及原理進行了分析，并對實現建筑自然通風的方式進行了探討。

【關鍵詞】自然通風 建筑設計 建筑節能

一、引言

通風是建筑設計中的重要內容，是實現建筑節能的重要方面。減少建筑對能源的使用，確保其能夠和環境有效地協調，成為了符合其基本功效之后的最主要的追求。在當今的設計里，不但重視其自然通風工藝，最主要的是看中把這個傳統的手段和所處地區的氣候特征等多種要素融匯到一起進行分析，得到多層面的，綜合的建筑工藝。總之，自然通風技術作為一種生態技術，相信隨著生態、可持續發展理念的不斷發展，自然通風這種廉價、健康的通風方式將會越來越多地被利用到建筑設計中去。

二、自然通風的意義分析

目前，許多建筑中都開始使用自然通風技術，之所以大力推崇此項技術，就是為了用其帶替空調體系，降低能耗。在此步驟中有兩項內容是非常關鍵的。首先是實現有效被動式制冷，在外界的溫度以及濕度等非常小的時候，它能夠在不使用能源的狀態下進行降溫減濕活動，將室內的溫度和水分降低，確保給人一種舒適感。它不僅能夠降低對能源的使用，減少污染，而且是一種完全和諧的發展理念。其次是能夠帶來非常清新的新風，對于提升人的身心健康來講意義非常的重大。目前空氣質量下降的關鍵問題就是因為沒有足夠的新風進入其中。長時間的使用空調，引發了許多問題，使用自然的通風能夠將屋內的不清新的氣體去除，而且還能夠實現人與自然地和諧發展。

三、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。而完全自然通風的有兩個主要的原因：風壓以及室內外空氣密度差。則自然通風的原理有以下幾點：

1.風壓作用下的自然通風

風的形成是由于大氣中的壓力差，而風壓作用下則是指利用建筑的迎風面和背風面之間的壓力差來實現空氣的流通。當有風從左邊吹向建筑時，建筑的迎風面將受到空氣的推動作用產生正壓（約為風速動壓力的0.5-0.8倍），而背風面上由于受到空氣繞流影響產生負壓（約為風速動壓力的0.3-0.4倍）。這樣就形成了全面換氣的風壓自然通風。但需注意的是，某一建筑物周圍風壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風向的方位、風速和建筑周圍環境有關。

2.熱壓作用下的自然通風

熱壓是室內外空氣的溫度差引起的，就是利用熱空氣上升的原理，在建筑物上部設排風口，排出室內被污染的空氣，吸入室外新鮮的空氣。由于溫度差的存在，室內外密度差產生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現壓力梯度，如果室內溫度高于室外，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外的空氣密度差。在設計中，可利用建筑物內部貫穿多層的豎向空腔，如樓梯間、中庭、拔風井、管道井等，滿足進、排風口的高度差，將建筑各層的熱空氣排出，使得建筑物能夠具有良好的通風效果。與風壓自然通風相比較，熱壓自然通風更能適應常變的外部風環境。

3.風壓、熱壓共同作用下的自然通風

在實際建筑中的自然通風是風壓和熱壓共同作用的結果，只是各自的作用有強有弱。由于風壓受到天氣、室外風向、建筑物形狀、周圍環境等因素的影響，風壓與熱壓共同作用時并不是簡單的線性疊加。如同一建筑物，迎風面下部熱壓，風壓作用的方向一致，進風量要比熱壓單獨作用時大，如果迎風面上部的風壓大于熱壓，就不能從上部開口排氣，相反將變為進氣，進成倒灌。但由于室外風速，方向甚至在一天內也變化不定，為了保證自然通風的效果，風壓在計算中一般均不予考慮；不過由于風壓是客觀存在的，故定性地考慮風壓在自然通風中的影響，使風壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，仍是必要的。

4.機械輔助式自然通風

在一些大型建筑設計中，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自然通風；且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，不利于人體身體健康。在這種情況下，可借助一種機械輔助方式加速室內通風。

四、實現自然通風的方式與設計理念

通風是建筑最基本的功能之一。它能降低建筑能耗，使建筑的室內環境和自然環境達到動態的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用功能和美學要求后應追求的更高、更完美的目標。

1.合理控制建筑布局與設計體型

建筑布局受很多因素控制，不同布局的建筑群和建筑體型對于自然通風的效果影響很大。從生態的角度上，影響布局的主要因素有陽光與風向。防止單體建筑吸熱與太陽輻射過度的同時，應該盡量使建筑的法線與夏季主導風向一致：對于建筑群體，若風沿著法線方向吹向建筑，會在建筑物背風面形成很大的漩渦區，對后排建筑的通風不利。所以在建筑設計中要根據風向投射角對室內風速的影響來決定合理的建筑間距，同時還要結合建筑群體布局的改變以達到縮小間距的目的。在單體設計中還應結合總體布局對建筑的體型，包括進深、高度、面寬乃至形狀等實行一定的控制，解除前幢建筑對后幢建筑通風的影響。

2.優化設計建筑物門窗開口

建筑物開口的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計，直接影響著建筑物內部的空氣流動以及通風效果。若進風口大，則流場大；進風口小，流速雖然增加，但是流場縮小。根據實驗研究，當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，通風效果最佳。另外進風口與出風口應相對錯開位置，這樣可以使氣流在室內改變方向，使室內氣流均勻，通風效果更好。

3.有效組織穿堂風

所謂“穿堂風”是指在風壓作用下，室外空氣從建筑物一側進入，貫穿內部，從另一側流出的自然通風。“穿堂風”是自然通風中效果最好的方式，應該盡量組織好室內的通風，有效組織穿堂風的具體措施有：主要房間應該朝向主導風迎風面，背風面則布置輔助用房；利用建筑物內部的窗戶和門的開口，引導氣流；根據需要，通過調節風口，改變風速風量。另外合理的布局家具與隔斷，還能讓風的流速、風量更加宜人。穿堂風的具體設計要求有：①氣流路線應流經人的活動范圍；② 有必要的風速，最好達到0.3m/s以上。對有大量余熱和有害物質的生產車間，組織自然通風除保證必要通風量外，還應保證氣流的穩定性和氣流線路的短捷性。