關于自然通風在現代建筑設計中的應用

吳書昊

（廣東省城鄉規劃設計研究院，廣東 廣州 510290）

1 自然通風的作用

自然通風利用的是自然界的動力，它既能有效改善室內空氣質量，也能有效降低建筑空調能耗，是一種低能耗的通風方式，在建筑設計中應用自然通風技術具有十分重要的作用。

一方面自然通風可有效實現被動式制冷效果。在外界溫度、濕度等非常低的時候，在無須消耗不可再生資源的前提下，通過自然通風可過濾室內潮濕污濁的空氣，降低室內的熱空氣，達到令人舒適的室內溫度和濕度狀態。另一方面自然通風可為人們提供自然清新的空氣，有利于保障人們的心理和生理健康。沒有足夠的新鮮自然空氣進入室內是導致目前空氣質量下降的關鍵原因，長時間使用空調，導致人體長期處于相對封閉的空間，引發了許多問題，而通過應用自然通風技術，在對室內環境進行通風清新空氣時，還可以促進人與自然的和諧發展。所以應用自然通風技術不僅能夠降低使用能源，減少污染，而且還是一種完全和諧的發展理念，值得在現代建筑設計中大力推廣和應用。

2 應用自然通風技術的考慮因素

對于主要采用自然通風系統進行建筑降溫的技術，其降溫效果由很多方面的因素決定，在應用自然通風技術時需要對以下三大關鍵因素進行充分考慮。

2.1 室內得熱量

建筑的室內得熱量越大，通過自然通風技術實現室內降溫達到人體舒適要求的難度就越大。在室外空氣溫度低于室內溫度的前提條件下，通過應用自然通風技術將室外風引入室內，對室內空氣進行通風換氣，才能有效降低室內溫度，這個過程就需要我們考慮室內的得熱量，盡量降低得熱量，才能有效降低室內空氣溫度。

2.2 室內空氣濕度

由于自然通風技術對調控室內空氣濕度的成效不明顯，因此，在實際使用中，自然通風技術的應用就有一個地域性的限制，不同地區其空氣濕度也不同，需要充分考慮。例如，在非常潮濕的地區，一般不能使用自然通風技術，而對于例如英國這些室外環境空氣溫濕度都較為溫和舒適的國家和地區，應用自然通風技術能夠有效降低室內空氣濕度，該技術已得到大力推廣和廣泛應用，并經過逐步發展和創新，已成為一種相當成熟的技術。

2.3 環境噪音及空氣污染

對于主要采用自然通風技術的建筑，其要符合環境噪聲和空氣污染方面的標準要求，建筑外的環境噪音不能超過70 dB，自然進風口不能有明顯的空氣污染問題，并且室外空氣質量要符合衛生要求。但是，在一些大中型城市的城市環境中，其治理的難點就是逐漸嚴重的霧霾、粉塵等空氣污染，以及日漸升高的環境噪音水平，同時這也成為自然通風技術在城市建筑應用中的主要障礙，因此需要結合實際情況，進行充分的分析與考慮。

3 自然通風技術的方法及應用

從自然通風的工作原理來說，風壓和熱壓是實現自然通風的最基本動力，從這個角度來說，可以把自然通風分為三種方法：風壓自然通風法、熱壓自然通風法、風壓與熱壓自然通風法；而從通風方式這個角度來說，又可以把自然通風方法分為兩種：機械輔助式通風法、純自然通風法。

3.1 風壓自然通風法及其應用

當空氣流經建筑時，在建筑物的阻擋作用下，建筑周圍及室內外空氣流會發生壓力分布的變化，在建筑的迎風面由于空氣流受阻，動力降低，產生正壓力。同時，在建筑的背風面以及側面等位置，由于空氣流通比較順暢，動力依然強勁，產生負壓力。風壓自然通風法是通過對建筑物在迎風面以及背風面形成的壓力之間的落差來促進空氣自然流通的一種方式。正反壓力之間的落差與空氣流的流向與建筑之間的夾角、建筑的形狀、建筑周圍及室內外的空氣壓力分布等因素有關。當建筑正立面有風垂直吹來時，最大的正壓力會在建筑的迎風面中心處產生，最大的負壓力則會在屋角和屋脊處產生，這時，空氣流在風壓的正負壓力的作用下貫穿通過整個房間，房間的通風量和通風速度大大增加。在我國的建筑空調設計中，風壓法是一種常用的于加速建筑室內外的空氣流通技術。在一些有著豐富風資源的地區，例如我國西北部，也是經常使用風壓通風法來實現自然通風，設計人員要懂得掌握不同季節風的流向并在設計中加以利用，設計出最佳建筑走向，充分利用風自然資源來提高建筑的自然通風效果。

對于大進深的建筑，還可以在其內部設置管式橫向通道，并在固定方向封閉，然后在其他方向敞開，明確通風方向，讓負壓區在通道中形成，帶動空氣流向通道，促進建筑內部的空氣流通。

3.2 熱壓自然通風法及其應用

隨著溫度的升高，空氣密度反而降低，熱壓法正是利用這一原理讓建筑的室內外產生溫差，并在其進氣口與排風口之間形成高差，最終讓建筑內部的空氣形成煙囪效應，也就是熱壓差，來強化建筑的自然通風。建筑的室內外溫差越明顯，進氣口與排風口之間的高差越大，其風壓作用越大，所以，據此可在建筑上部設置排走室內熱空氣的排風口，同時在建筑底部設置吸入室外新鮮冷空氣的進氣口。在建筑設計中，由于兩窗孔的位置及高差以及室內空氣的密度差是影響熱壓通風的主要原因，所以，在建筑物內部建設豎向井洞并讓其貫穿多層來形成進氣口與排風口之間的明顯高差，并在建筑頂端設置可操控的排風口，排出建筑室內的熱空氣，實現自然通風。與風壓法相比，熱壓法更能適應外部風環境的變化多端。

3.3 風壓與熱壓自然通風法及其應用

風壓與熱壓自然通風法是指建筑物同時應用風壓通風以及熱壓通風來實現自然通風的方式，這時，建筑外圍窗孔的內外壓差與窗孔的余壓以及室外風壓差的線性疊加相等。在建筑的設計中，風壓通風多應用于建筑進深較小的部位，而熱壓通風則多應用于進深較大的部位，兩者的關系是緊密聯系，互為補充的，共同作用實現建筑的最佳通風效果。

3.4 機械輔助式通風法及其應用

機械輔助式自然通風法是需要在一些機械的輔助下采用一些如土壤預冷、土壤預熱、深井水換熱等符合生態理念的措施來設置完整的空氣循環通道，并用于加速室內通風的自然通風系統。例如，在一些通風路徑較長的大型公共建筑中，由于其空氣流動阻力較大，需要使用到機械輔助式通風法，如若只是使用風壓通風法或熱壓通風法，通常無法實現良好的自然通風。還有，在一些污染較為嚴重的城市，比較常用的自然通風方法也是機械輔助式通風方法，如若使用其他自然通風法將會把室外的污濁空氣帶入室內，則會對人體健康產生不利影響。

4 結語

隨著建筑材料的進步和建筑圍護結構密閉性的提高，多層和高層建筑大都依賴空調系統通風，但是依賴空調系統通風將耗費大量的能源。我國地緣遼闊，各地自然氣候不盡相同，所以在從事建筑設計的時候，應當有意識地運用生態理念，靈活合理地應用各種自然通風技術，將自然通風成功應用到各類建筑中去，在生態技術的道路上，走出一條適合國情的可持續發展的道路。