夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)策略研究★

邱瑩瑩 何小雨

(安徽新華學(xué)院，安徽 合肥 230088)

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夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)策略研究★

邱瑩瑩 何小雨

(安徽新華學(xué)院，安徽 合肥 230088)

在分析夏熱冬冷地區(qū)氣候特征的基礎(chǔ)上，闡述了自然通風(fēng)的作用原理，提出了利用建筑物自然通風(fēng)提高建筑物室內(nèi)舒適度的設(shè)計(jì)策略，有利于減少能源的消耗，實(shí)現(xiàn)建筑的綠色節(jié)能。

夏熱冬冷，住宅，自然通風(fēng)，節(jié)能

現(xiàn)階段，我國(guó)正處于城市化快速發(fā)展的階段，城市建設(shè)量巨大，但是由于建筑行業(yè)粗放式的生產(chǎn)方式，導(dǎo)致了建筑行業(yè)存在著一系列的問題，例如施工過程中污染大，建筑產(chǎn)品使用過程中能耗高，建筑使用壽命短等問題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們?cè)絹碓阶非笫孢m度高的生活居住環(huán)境，對(duì)夏季制冷和冬季采暖的需求在不斷增加，而目前我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)的住宅建筑室內(nèi)舒適度普遍較低，這些地區(qū)的居民主要通過安裝空調(diào)設(shè)備來調(diào)節(jié)室內(nèi)的舒適度，忽略了利用自然氣候來調(diào)節(jié)室內(nèi)舒適度，隨著居民對(duì)生活居住環(huán)境舒適度需求的進(jìn)一步提高，過度依賴空調(diào)設(shè)備，將消耗更多的能源，并帶來環(huán)境問題，這不符合可持續(xù)發(fā)展的建筑理念，可持續(xù)地提高建筑物的舒適度，應(yīng)該是不破壞環(huán)境，以較少的資源能源的消耗實(shí)現(xiàn)建筑室內(nèi)舒適度的最大化。因此，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)策略進(jìn)行研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑的綠色節(jié)能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征

由于我國(guó)地理緯度跨越范圍大，使得我國(guó)不同地區(qū)之間氣候差異較大，形成了包括寒、溫、熱等多樣的氣候類型。從建筑熱工角度出發(fā)，針對(duì)建筑的保溫隔熱設(shè)計(jì)要求，《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中將我國(guó)劃分為五個(gè)氣候區(qū)，分別為溫和地區(qū)、寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)。

本文選擇夏熱冬冷地區(qū)為研究區(qū)域。夏熱冬冷地區(qū)涉及的范圍較廣，包括安徽、浙江、湖南、湖北、上海、重慶、江西、甘肅和陜西南部、河南和江蘇南半部、貴州和四川東半部、廣西和廣東的北部以及福建的北半部。夏熱冬冷地區(qū)的氣溫定義為最熱月平均溫度一般為 25 ℃～30 ℃，最冷月平均溫度一般為 0 ℃～10 ℃。夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

1.1 夏季高溫

在夏季，夏熱冬冷地區(qū)的大部分區(qū)域會(huì)出現(xiàn)極端高溫天氣，最高氣溫突破40 ℃，并且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)出現(xiàn)白天最高氣溫超過35 ℃的天數(shù)達(dá)到15 d，與同緯度的其他地區(qū)相比，該區(qū)域夏季更熱，是同緯度地區(qū)中除沙漠外最熱的地區(qū)，這種炎熱的天氣使得夏季建筑物室內(nèi)舒適度低。

1.2 夏季靜風(fēng)率高

我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)屬于季風(fēng)氣候區(qū)，夏季和冬季的風(fēng)向截然相反，由于該地區(qū)地形地貌的影響，使得夏季靜風(fēng)的頻率較高。在夏季，該地區(qū)的風(fēng)速表現(xiàn)為白天大晚上小，在白天，按照當(dāng)?shù)氐纳盍?xí)慣開窗通風(fēng)，會(huì)造成室外的熱風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)空氣、墻體和家具的溫度迅速升高，在夜間，雖然室外的溫度較低，但由于夜間風(fēng)速較小，靜風(fēng)率較高，室外的自然風(fēng)很微弱，難以降低室內(nèi)的溫度，導(dǎo)致夜間開窗通風(fēng)難以改善室內(nèi)的熱環(huán)境。

1.3 冬季寒冷

夏熱冬冷地區(qū)冬季的氣候特征表現(xiàn)為：日平均氣溫在0 ℃～8 ℃之間，全年平均氣溫最低是1月份，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)冬季室內(nèi)氣溫低于10 ℃的頻率為78%，由于該地區(qū)無暖氣供暖，在這種環(huán)境中久坐的人有92%以上會(huì)感覺到寒冷，使得冬季室內(nèi)舒適度較低。

1.4 冬夏季相對(duì)濕度高

夏熱冬冷地區(qū)主要分布在湖泊眾多的長(zhǎng)江流域，由于水體的蒸發(fā)作用，造成該區(qū)域夏季和冬季的空氣濕度都相對(duì)較高。而夏季又是該區(qū)域的梅雨季節(jié)，降雨量較大，使得空氣中相對(duì)濕度達(dá)到80%左右，又由于夏季較高的溫度，形成了該地區(qū)夏季悶熱的氣候特征。冬季該地區(qū)空氣濕度仍然較高，由于日照時(shí)間相對(duì)較短，形成該地區(qū)冬季濕冷的氣候特征。

2 自然通風(fēng)的作用原理

自然通風(fēng)是通過讓室外的空氣進(jìn)入室內(nèi)，在空氣流動(dòng)的過程中發(fā)生熱交換來改善室內(nèi)的空氣環(huán)境，那么通風(fēng)效果的好壞就取決于空氣流動(dòng)的速度，即室外與室內(nèi)的溫度壓力差，而造成空氣壓力差的原因?yàn)轱L(fēng)壓、熱壓或者風(fēng)壓與熱壓的共同作用。

2.1 利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)作用原理

風(fēng)壓的產(chǎn)生是由于正壓和負(fù)壓的作用，當(dāng)有風(fēng)吹向建筑物時(shí)，在建筑物迎風(fēng)面會(huì)形成正壓區(qū)，背風(fēng)面則形成負(fù)壓區(qū)，從而產(chǎn)生風(fēng)壓，在這種情況下，建筑物開窗通風(fēng)就會(huì)形成“穿堂風(fēng)”，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。當(dāng)室外溫度高于室內(nèi)溫度時(shí)，利用風(fēng)壓通風(fēng)可將室外溫度較低的氣流引進(jìn)室內(nèi)，降低室內(nèi)的氣溫，并且空氣流動(dòng)能夠加速人體表汗液的蒸發(fā)，給人帶來涼爽舒適感。顯然，當(dāng)風(fēng)垂直吹向建筑物時(shí)，通風(fēng)效果就顯著，為了加強(qiáng)通風(fēng)效果，在設(shè)計(jì)上可以增加通風(fēng)進(jìn)氣口的面積，并配備機(jī)械通風(fēng)設(shè)備。

2.2 利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)作用原理

熱壓通風(fēng)的作用原理是：由于熱空氣的密度較小，而冷空氣的密度較高，當(dāng)冷空氣和熱空氣相遇時(shí)，會(huì)因?yàn)榭諝饷芏炔詈蜕舷嘛L(fēng)口的高度差產(chǎn)生空氣壓差，形成熱空氣向上冷空氣向下的空氣流動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)熱壓作用下的自然通風(fēng)。因此，室內(nèi)外空氣溫度差越大，高度差越大，熱壓的作用就越強(qiáng)，空氣流動(dòng)的速度越快，自然通風(fēng)的效果越好。室內(nèi)外空氣要產(chǎn)生較大的溫度差，就需要有穩(wěn)定的熱源，如果在建筑物室內(nèi)提供穩(wěn)定的熱源，會(huì)造成室內(nèi)過熱，因此一般可在建筑物頂部安裝太陽能集熱器，使得建筑物上部空氣溫度較高，此時(shí)熱壓產(chǎn)生抽吸作用，使冷空氣從建筑下部進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)的熱空氣向上流動(dòng)，從上部排出，形成空氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)建筑物室內(nèi)的通風(fēng)降溫。

2.3 風(fēng)壓與熱壓的綜合作用

在夏熱冬冷地區(qū)，有些月份的風(fēng)速較小，空氣流動(dòng)較慢，又可能由于周圍建筑物的遮擋，使得建筑物周圍風(fēng)壓較小，所以，此時(shí)應(yīng)考慮熱壓通風(fēng)的應(yīng)用。在實(shí)際情況中，建筑內(nèi)的空氣流動(dòng)是在風(fēng)壓與熱壓的共同作用下形成的，當(dāng)它們的作用方向一致時(shí)，自然通風(fēng)效果較好，因此，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)綜合利用風(fēng)壓和熱壓作用來提高建筑室內(nèi)的通風(fēng)條件。

3 夏熱冬冷地區(qū)自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)策略

受到地理環(huán)境的影響，我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)的風(fēng)向是隨季節(jié)呈現(xiàn)規(guī)律性變化的，表現(xiàn)為夏季南風(fēng)，冬季北風(fēng)，這種規(guī)律的風(fēng)向變化，對(duì)利用自然通風(fēng)提高建筑舒適度非常有利。充分利用自然通風(fēng)，能夠有效降低空調(diào)能源消耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。因此，自然通風(fēng)是夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑重要的氣候調(diào)節(jié)策略。

建筑物利用自然通風(fēng)的作用表現(xiàn)為：1)能夠帶走建筑物內(nèi)各種空氣污染物質(zhì)，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量；2)能夠?yàn)槭覂?nèi)提供新鮮的氧氣；3)通風(fēng)有利于人體汗液的蒸發(fā)，加快室內(nèi)熱量的散發(fā)，提高居住的舒適感。

依據(jù)自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)原理，利用風(fēng)壓和熱壓能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物自然通風(fēng)，其中風(fēng)壓通風(fēng)通風(fēng)量較大，是最簡(jiǎn)單的通風(fēng)策略，但當(dāng)建筑物外風(fēng)速較小時(shí)，熱壓通風(fēng)依然能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)的目的，因此，實(shí)現(xiàn)建筑物的自然通風(fēng)要綜合利用風(fēng)壓和熱壓通風(fēng)。以下對(duì)夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑的自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了分析：

1)建筑物平面布局。

建筑物的平面布局會(huì)直接影響建筑物自然通風(fēng)的效果，好的平面布局通風(fēng)效果好，具有最好通風(fēng)效果的建筑布局應(yīng)該是四周全通透的“亭子”，因此，在建筑設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮以下策略：控制建筑物的進(jìn)深，采用一字形、T字形、工字形建筑平面布局；在建筑隔墻上設(shè)置通風(fēng)窗，讓氣流可貫通建筑物。

2)建筑物構(gòu)件布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

建筑物構(gòu)件的布置會(huì)直接影響建筑物的通風(fēng)量，在開窗方式的設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分利用懸窗和平開窗，增加有效通風(fēng)面積，引導(dǎo)室內(nèi)氣流方向；房間進(jìn)出氣口應(yīng)布置在相鄰墻面上，并且窗戶要錯(cuò)開布置，以增加室內(nèi)通風(fēng)換氣的時(shí)間；室內(nèi)進(jìn)出風(fēng)口面積的確定應(yīng)視需要而定，可以在墻面上設(shè)置空洞增加通風(fēng)量。

3)地下風(fēng)道通風(fēng)。

將建筑底層架空，有利于形成地下通風(fēng)道，若在地板上設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，則能夠較大地提高建筑物的通風(fēng)能力。在冬季，地下空氣溫度較室內(nèi)高，地下通道的空氣通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)能夠提高室內(nèi)的溫度，在夏季，地下風(fēng)道的溫度較室外低，室內(nèi)的空氣通過進(jìn)風(fēng)口與地下通道的空氣發(fā)生熱交換，從而降低室內(nèi)的溫度。

4)熱壓通風(fēng)。

根據(jù)熱壓通風(fēng)的原理，只要存在進(jìn)出風(fēng)口的高度差和溫度差就可以實(shí)現(xiàn)熱壓通風(fēng)，因此，為了實(shí)現(xiàn)熱壓通風(fēng)，應(yīng)從進(jìn)出風(fēng)口的高度差和溫度差兩個(gè)角度考慮設(shè)計(jì)，在出風(fēng)口高度差設(shè)計(jì)上，可通過設(shè)置煙囪實(shí)現(xiàn)高度差條件，一般而言，煙囪的高度應(yīng)是最高通風(fēng)空間高度的2倍；在滿足溫度差條件設(shè)計(jì)上，可利用屋頂太陽能加熱屋頂空氣或儲(chǔ)熱墻加熱室外空氣，增加熱壓，促進(jìn)室內(nèi)外空氣流動(dòng)，形成熱壓通風(fēng)。

[1] 程 杰,郝 斌,劉 珊,等.建筑節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)分析與模式探討[J].建筑經(jīng)濟(jì),2013(8):97-99.

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Research on ecological ventilation methods of residential building in hot-summer and cold-winter zone★

Qiu Yingying He Xiaoyu

(AnhuiXinhuaUniversity,Hefei230088,China)

On the basis of analyzing the climate characteristics of hot-summer and cold-winter zone, the paper elaborates the principle of ecological ventilation, and proposes the designing strategy of using ecological ventilation to improve the building indoor comfort, in order to reduce energy consumption and meet green and energy saving construction.

hot-summer and cold-winter, residential building, ecological ventilation, energy saving

1009-6825(2016)18-0189-03

2016-04-17★：安徽省教育廳高校人文社科研究重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：SK2015A678)

邱瑩瑩(1989- )，女，助教； 何小雨(1983- )，女，講師

TU201.5

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