淺談建筑工程中自然通風技術的作用原理

王冰

摘 要：自然通風是一種具有很大潛力的通風方式，是人類歷史上長期賴以調節室內環境的原始手段。空調的產生，使人們可以主動地控制居住環境，而不是象以往一樣被動地適應自然；空調的大量使用，使人們漸漸淡化了對自然通風的應用。而在空調技術得以普及的今天，迫于節約能源、保持良好的室內空氣品質的雙重壓力下，把自然通風這種傳統建筑生態技術重新引回現代建筑中，有著比以往更為重要的意義。

關鍵詞：建筑工程；自然通風；技術；作用原理

1自然通風的理論機理

通常意義上的自然通風指的是通過有目的的開口，產生空氣流動。這種流動直接受建筑外表面的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而各開口的特點則決定了流動阻力。就自然通風而言，建筑物內空氣運動主要有兩個原因：風壓以及室內外空氣密度差。這兩種因素可以單獨起作用，也可以共同起作用。

1.1風壓作用下的自然通風

風的形成是由于大氣中的壓力差。如果風在通道上遇到了障礙物，如樹和建筑物，就會產生能量的轉換。動壓力轉變為靜壓力，于是迎風面上產生正壓，而背風面上產生負壓。由于經過建筑物而出現的壓力差促使空氣從迎風面的窗縫和其他空隙流入室內，而室內空氣則從背風面孔口排出，就形成了全面換氣的風壓自然通風。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、風速和建筑周圍的自然地形有關。

1.2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，這就是所謂的“煙囪效應”。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。而在實際中，建筑師們多采用煙囪、通風塔、天井中庭等形式，為自然通風的利用提供有利的條件，使得建筑物能夠具有良好的通風效果。

1.3風壓和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。因此建筑師要充分考慮各種因素，使風壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，實現建筑物的有效自然通風。

1.4機械輔助式自然通風

在一些大型建筑中，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。而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，不利于人體健康。在這種情況下，常常采用一種機械輔助式的自然通風系統。該系統有一套完整的空氣循環通道，輔以符合生態思想的空氣處理手段（如土壤預冷、預熱、深井水換熱等），并借助一定的機械方式加速室內通風。

2 采用自然通風的的經濟效益和環境效益

采用自然通風方式的根本目的就是取代（或部分取代）空調制冷系統。而這一取代過程有兩點至關重要的意義：一是實現有效被動式制冷，當室外空氣溫濕度較低時自然通風可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內溫度，帶走潮濕氣體，達到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風輸送處理后的新風，而省去風機能耗，且無噪聲。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣（新風），有利于人的生理和心理健康。

3 建筑設計中自然通風的實現及實例分析

3.1建筑體型與建筑群的布局的設計

建筑群的布局對自然通風的影響效果很大。考慮單體建筑得熱與防止太陽過度輻射的同時，應該盡量使建筑的法線與夏季主導風向一致；然而對于建筑群體，若風沿著法線吹向建筑，會在背風面形成很大的漩渦區，對后排建筑的通風不利。因此在單體設計中還應該結合總體的情況對建筑的體型，包括高度、進深、面寬乃至形狀等實行一定的控制。

3.2維護結構開口的設計

建筑物開口的優化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。根據測定，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。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進風口與出風口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內改變方向，使室內氣流更均勻，通風效果更好。

3.3注重“穿堂風”的組織

“穿堂風”是自然通風中效果最好的方式。風從建筑迎風面的進風口吹人室內，穿過房間，從背風面的出風口流出。顯然進風口和出風口之間的風壓差越大，房屋內部空氣流動阻力越小，通風越流暢。此時房屋在通風方向的進深不能太大，否則就會通風不暢。

3.4在建筑設計中形成豎井空間

目的來加速氣流流動，實現自然通風在建筑設計中豎井空間主要形式有：①純開放空間：如大量的建筑中設計的中庭，主要是平面過大的建筑出于采光的考慮。②“煙囪”空間，又叫風塔——由垂直豎井和幾個風口組成，在房間的排風口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風塔頂部進入的空氣產生抽吸作用。③屋頂的自然通風，通常有以下兩種方式：在結構層上部設置架空隔熱層和利用坡屋頂自身結構，在結構層中間設置通風隔熱層。

3.5雙層玻璃幕墻維護結構

雙層（或三層）幕墻是當今生態建筑中所普遍采用的一項先進技術，它由內外兩道幕墻組成。其通風原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個空腔，空腔的兩端有可以控制的進風口和出風口。在冬季，關閉進出風口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護結構表面的溫度；夏季，打開進出風口，利用“煙囪效應”在空腔內部實現自然通風，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。

3.6太陽能強化自然通風

太陽能強化自然通風，充分利用了太陽能這一可持續能源轉化為動力進行通風。太陽能強化自然通風的建筑結構主要有：屋面太陽能煙囪、Trombe墻和太陽能空氣集熱器。以上三種結構可以單獨設置來強化通風，但是，為了在夏季達到更好的冷卻效果，通常將這些做法與其他建筑結構組合成一個有組織的自然通風系統。

4 結束語

通風是建筑的最基本功能之一，降低建筑能耗，使建筑的人工環境與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目標。在建筑設計中，尤其是一些建筑的更新如新民居的設計，不僅要關注自然通風技術，更要注意把這一傳統的技術與當地的地理氣候特征和氣候因素等相結合，提出多層次的、全面的、適宜的建筑技術，體現“氣候決定建筑”的設計理念。