在住宅建筑設(shè)計(jì)中自然通風(fēng)的應(yīng)用

陳超

摘要：在現(xiàn)代建筑中引入自然通風(fēng)設(shè)計(jì)理念，是整合古老通風(fēng)方式與現(xiàn)代建筑技術(shù)，從而降低了空調(diào)等電氣設(shè)備的使用率，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，加強(qiáng)了人們與自然的溝通，提高了人們的居住環(huán)境質(zhì)量和生活品質(zhì)。本文針對住宅建筑設(shè)計(jì)中自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：住宅；建筑設(shè)計(jì)；自然通風(fēng)

前言

隨著我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)住宅所重視的安全性、舒適性已經(jīng)無法滿足人們對住宅這種主要生活和居住場所的需求。隨著綠色住宅概念在住宅建筑設(shè)計(jì)中的引用，住宅的居住特點(diǎn)更多的和自然與環(huán)保結(jié)合在一起，自然通風(fēng)措施作為綠色住宅重要的項(xiàng)目指標(biāo)，不僅能在節(jié)約能源的前提下改善住宅內(nèi)環(huán)境溫度，還能夠提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和居住舒適度。

1 自然通風(fēng)的理論機(jī)理

采用自然通風(fēng)技術(shù)可以完全或者部分替代空調(diào)制冷技術(shù)。在降低能耗的同時(shí)，還可以提供有利于身心的清潔自然空氣。自然通風(fēng)的原理在很早的時(shí)候就被利用。民間的“穿堂風(fēng)”的說法就是保證建筑物在風(fēng)向上實(shí)現(xiàn)貫通，達(dá)到自然風(fēng)正常通過建筑體本身實(shí)現(xiàn)流動(dòng)的目的。就是利用風(fēng)壓在建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動(dòng)。在目前的住宅建筑中，自然通風(fēng)的理論方法主要有以下幾種：

1.1 利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

風(fēng)壓是自然通風(fēng)的動(dòng)力最基本的動(dòng)力之一。在我國大量的非空調(diào)建筑中，利用建筑的室內(nèi)空氣流通，改善室內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量，是一種常用的建筑處理手段。風(fēng)洞試驗(yàn)證明：自然風(fēng)吹向建筑時(shí)，由于受到建筑的阻擋，會(huì)在其迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓力；自然風(fēng)的氣流繞過建筑的側(cè)面和背面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓力。利用建筑體迎風(fēng)面與背風(fēng)面之的風(fēng)力壓差實(shí)現(xiàn)空氣的流通就是我們常說的風(fēng)壓通風(fēng)。

建筑體的外部形態(tài)，其與風(fēng)的夾角和建筑周圍的外部環(huán)境都會(huì)影響到壓差的大小。理想的外部風(fēng)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)合理建筑體自然通風(fēng)的必要條件。主要的平面布局有并列式、錯(cuò)列式及斜列式一以上統(tǒng)稱行列式，以及周邊式與自由式。為了達(dá)到夏季自然通風(fēng)的目的，建筑物的朝向通常與當(dāng)?shù)叵募局饕L(fēng)向保持合理的角度。要求建筑物的進(jìn)深不能過大，否則，否則會(huì)影響自然風(fēng)的流動(dòng)。另外，建筑物的平面與開口的位撇、面積要設(shè)計(jì)合理。主要考慮平面、剖面和建筑細(xì)節(jié)等問題，建筑物整體內(nèi)外要保持通透效果，門和窗戶要對齊并盡量做到在同一軸線上。此方法能有效的降低氣流阻力，達(dá)到自然風(fēng)流動(dòng)的速度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)俗流暢的目的：建筑物外部的開口面積要保持較大范圍，盡量使開口周圍平整降從而降低相應(yīng)阻力。此外，從效果看，窗戶設(shè)計(jì)上外推的比平面推拉的效果好。開口也盡量設(shè)計(jì)為圓滑形式的，相對效果較好。

由于城市的迅速發(fā)展，地下室以及地下停車場等地下空間也逐漸成為城市空間的一個(gè)主要內(nèi)容。但是，在這個(gè)環(huán)境中的通風(fēng)模式主要采用機(jī)械通風(fēng)，這無疑是對能源的很大消耗。為了實(shí)現(xiàn)這部分區(qū)域的生態(tài)化與綠色話，就成為建筑設(shè)計(jì)人員面臨的又一個(gè)主要問題。要以自然通風(fēng)為目的，實(shí)現(xiàn)無機(jī)械或者半機(jī)械形式達(dá)到空氣循環(huán)交換。

1.2 利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

自然通風(fēng)的另一原理是利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差來實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。利用熱空氣上升的原理，在建筑上部排風(fēng)口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。

在建筑設(shè)計(jì)中，可利用建筑物內(nèi)部的貫穿多層的豎向空腔一如樓梯間、中庭、拔風(fēng)井等滿足進(jìn)排風(fēng)口的高差要求，并在頂部設(shè)置可以控制的開口，將建筑各層的熱空氣排出，達(dá)到自然通風(fēng)的目的。與風(fēng)壓式自然通風(fēng)不同，熱壓式自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境和不良的外部風(fēng)環(huán)境。

1.3 風(fēng)壓和熱壓共同作用實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

風(fēng)壓和熱壓是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)的主要方式。以通風(fēng)為目的的建筑設(shè)計(jì)中，這兩種方法適宜綜合考慮，互為補(bǔ)充。因?yàn)槭彝庾匀伙L(fēng)的風(fēng)速與風(fēng)向是不確定的因素，所以單純的使用風(fēng)壓或者熱壓都無法有效的實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的目的。而在我國采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范中，通常只考慮熱壓的作用，卻忽略了風(fēng)壓因素。這種放棄或忽略風(fēng)壓對自然通風(fēng)地影響是錯(cuò)誤的指導(dǎo)原則。進(jìn)深較小的建筑體適宜多采用風(fēng)壓通風(fēng)，反之，適宜采用熱壓以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)的效果。

2 實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的主要設(shè)計(jì)方法

2.1 總平面布局

為了能夠合理的利用風(fēng)壓也熱壓來達(dá)到提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和居住舒適度的效果，需要在規(guī)劃小區(qū)總平面布局時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和氣候因素，合理規(guī)劃建筑物的朝向、間距等，避免因?yàn)殚g距過小而導(dǎo)致空氣流通不暢。

2.2 合理布置住宅朝向

通過組織好穿堂風(fēng)有利于建筑物獲得更加良好的自然通風(fēng)，改善室內(nèi)的熱環(huán)境。為了達(dá)到這一目的，需要結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際的建筑環(huán)境，進(jìn)行風(fēng)力測試，然后根據(jù)測試結(jié)果，規(guī)劃建筑朝向。實(shí)踐表明，建筑的迎風(fēng)面與夏季最多風(fēng)向宜成60°～90°角，且不應(yīng)小于45°。

2.3 合理確定建筑物間距

建筑物之間的距離規(guī)劃是否合理，決定著自然風(fēng)的流通是否順暢，因此在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，規(guī)劃好建筑物之間的距離顯得至關(guān)重要。但是現(xiàn)在隨著可利用建筑面積的減少，很多建筑商為了獲取單位面積內(nèi)更大的經(jīng)濟(jì)效益，盲目地壓縮建筑間距，以提高建筑密度，這樣極大地影響了自然風(fēng)的順利進(jìn)入以及日照效果，使人們的居住質(zhì)量和熱舒適性大大降低。因此，在實(shí)際的建筑規(guī)劃過程中，要根據(jù)具體的日照時(shí)間和自然風(fēng)向確定建筑間距，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和居住舒適性的統(tǒng)一。

2.4 合理設(shè)計(jì)戶型平面

利用板式高層住宅建筑可以使更多的主要房間位于主導(dǎo)風(fēng)的迎風(fēng)面，并提高對自然光線的利用效率，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)南北雙向通風(fēng)的效果。但是這樣需要利用較多的土地面積，在當(dāng)前土地資源緊缺的情況下，很多建筑開發(fā)商都不愿意采用。隨著空氣質(zhì)量的不斷惡化，人們對房屋居住環(huán)境的要求越來越高，居民都希望可以通過對自然風(fēng)的利用來減少納涼和取暖設(shè)備的使用頻率，這不僅有利于自身的健康，更滿足了其綠色環(huán)保的生活方式的需求。為了達(dá)到這一目的，在設(shè)計(jì)過程中，可以盡量讓進(jìn)出風(fēng)口對位，從而減少空氣阻力，更好地實(shí)現(xiàn)氣流的自然流通。

2.5 窗戶設(shè)計(jì)對自然通風(fēng)的影響

作為自然風(fēng)的主要進(jìn)出口，住宅建筑中窗戶的朝向、位置、面積、形狀等設(shè)計(jì)至關(guān)重要。因?yàn)榇皯舨粌H影響到實(shí)際的通風(fēng)效率，更與室內(nèi)的氣流組織和熱舒適度以及控制質(zhì)量息息相關(guān)。一般情況下，采用外推旋轉(zhuǎn)窗的設(shè)計(jì)可以有效的改變自然風(fēng)進(jìn)入室的方向，從而根據(jù)日常的居住活動(dòng)需求增加室內(nèi)空氣流通。需要注意的是，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量使窗戶的開口高度接近人的活動(dòng)區(qū)域。同時(shí)，為了增加通風(fēng)效果，窗臺(tái)高度不應(yīng)該大于1.2m，這樣比較符合人坐下來的高度，提高居住質(zhì)量和舒適度。

2.6 自然通風(fēng)強(qiáng)化措施

為了提高對自然風(fēng)的利用效率，可以結(jié)合實(shí)際建筑環(huán)境，采用以下措施：

（1）采用捕風(fēng)裝置

利用補(bǔ)風(fēng)裝置可以使風(fēng)壓和室內(nèi)壓形成一定的壓力梯度，這樣有利于新鮮的空氣進(jìn)入室內(nèi)，與室內(nèi)較為渾濁的空氣進(jìn)行交換，進(jìn)而提高空氣質(zhì)量，并使室內(nèi)溫度維持在較為舒適的狀態(tài)下。

（2）采用屋頂無動(dòng)力風(fēng)帽

利用這種裝置，可以轉(zhuǎn)變空氣的流動(dòng)方式，并加快其流動(dòng)速度，空氣能夠通過自上而下的垂直運(yùn)動(dòng)將室內(nèi)的渾濁氣體大量排出，以提高室內(nèi)通風(fēng)換氣效果。

（3）使用太陽能進(jìn)行誘導(dǎo)式通風(fēng)

太陽能的誘導(dǎo)通風(fēng)方式主要是利用太陽能的加熱功能，在建筑物的內(nèi)部產(chǎn)生局部熱量，使得中心區(qū)域與周圍環(huán)境之間的溫度差異增加，從而產(chǎn)生風(fēng)力。這種通風(fēng)方式與傳統(tǒng)的受到溫差發(fā)生的風(fēng)力相比，獲得的風(fēng)力較大也更為有效。

3 結(jié)語

由于自然通風(fēng)具有節(jié)能、清潔等優(yōu)點(diǎn)，所以在新建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中具有很大的綜合效益。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和新材料的不斷出現(xiàn)，為我們提供了更廣闊的設(shè)計(jì)理念。建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)自然規(guī)律，在規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中更好的引進(jìn)自然通風(fēng)方法，為節(jié)能環(huán)保做出最大的貢獻(xiàn)。