生態建筑中的可操控性自然通風研究

劉昕宇 傅紅

摘要：在當代建筑的使用中，大量自然資源、能源的投入消耗以及溫室氣體的排放是人們所關注的熱點問題。為實現可持續性發展，堅持以人為本的思想，生態建筑的探索已逐步達成共識。針對綠色建筑中被動式通風手段進行探討研究，總結并提出關于自然通風的可控制性方式方法。

關鍵詞：被動式節能;可操控性;自然通風;可變的體型系數

1被動式節能的意義

被動式節能，即在建筑的全生命周期內不依靠建筑設備等技術手段，利用建筑的自身設計來達到節能效果。被動式節能具有深遠的意義，與主動式相比，更能體現綠色生態的內涵。主動式手段則是將建筑與外界區分，利用先進的技術與設備而達到能源的節約。然而許多國內的建筑采用的主動式節能手段反而產生了更昂貴的費用，在建筑的使用周期內也尚未達到預期的效果。被動式節能更符合中國的國情，并且在中國傳統建筑中也能借鑒許多被動式方法，例如傳統建筑中天井的自然通風等。立足國情，利用被動式節能的生態建筑也越來越受人們喜愛，并且也能產生獨有的特色。

2生態建筑的自然通風

2.1風壓作用下的自然通風

風壓作用即當風經過建筑物的時候，因建筑物的遮擋使得建筑物迎風面空氣受阻，靜壓高，而背風面則產生渦流，靜壓降低。這樣便在迎風面與背風面之間形成壓力差，室內外的空氣在這個壓力差的作用下由壓力高的一側向壓力低的一側流動，由此形成了風壓作用下的自然通風。

為充分利用風壓進行自然通風，建筑物通常垂直夏季主導風方向布置，同時需適當控制建筑進深。在建筑設計上，可適當擴大開窗面積、洞口大小以及懸窗開啟角度。

2.2熱壓作用下的自然通風

熱壓作用主要是由于室內外溫差引起的，熱壓的大小由溫差與進、出風口高度差決定的，這也是所謂的“煙囪效應”。在建筑設計中，通常中庭的引入不僅是為人們提供交流的共享空間、提供天窗采光，也利用煙囪效應充分實現自然通風。

3生態建筑中的被動式自然通風方式

3.1共享中庭的引用

中庭作為人們交流休憩的共享空間，既可作交通聯系之用，又能作為室內外緩沖空間。當代設計師也常在中庭中布置綠化植物，營造良好的微氣候。

在通風系統上，由于現代綜合體的進深大，通常簡單利用風壓的自然通風已不能滿足。中庭的引入形成貫穿各層的豎直空間，可利用熱壓形成煙囪效應，加快空氣流動，以減少在機械通風和空調上的投入。

3.2建筑底層架空

建筑底層空間的架空設計不僅能豐富建筑的造型，使得建筑與室外相互滲透，也能起到良好的通風效益。自然風從建筑架空的底層穿透，可以為人們提供良好舒適的環境。

3.3雙層幕墻的采用

雙層幕墻即呼吸式幕墻，在當代高層辦公建筑中被大量采用。這種采用雙層體系作為維護結構的玻璃幕墻在能夠保證室內自然通風和采光、提高室內的舒適度、降低能耗的同時，較好地平衡了采光通風和節能環保之間的關系。

4可操控性被動式通風思路

4.1可變的體形系數與通風

體形系數對建筑的能耗影響頗深，建筑的形體越方正，則建筑的能耗越低，對節能越有利。而從通風的角度來看，為實現自然通風，建筑應適當減少進深，形成穿堂風。在四季均較為溫和的地區，空調使用較少，建筑可設計得通透，達到良好的通風效果。而大部分地區氣候多變，建筑需適應不同的季節溫度特征，在夏冬之際，空調的使用則是一種常態。為此引入可變的體形系數則不失為一種良策。

形成穿堂風要求建筑進深盡量小于14m，如圖1所示，建筑通過休息陽臺形成進退關系，組織自然通風。凹凸關系會增大建筑的體形系數，所以在空調開啟季節，此類形體對建筑能耗十分不利。若建筑陽臺部分能通過操控關閉維護結構形成方正封閉空間，則減小了建筑的體形系數，降低建筑能耗。

又如圖2所示，在復雜形體的綜合體中，建筑設置共享陽臺，引入綠化，同時利用文丘里效應，在進風口處設置風墻，即導流風翼，以加快氣流運動，促使建筑的自然通風。在陽臺外部設置可供關閉的圍合體，以方便在空調使用季節關閉陽臺，減小建筑的體形系數，降低能耗。此構思還需具體問題具體分析，要聯系當地的氣候做相應的測試，以達到最優的節能與通風效果。

4.2氣流操控

建筑也可以像賽車、帆船一樣通過對“形”的設計來控制氣流。圖3Applepark的設計便是引用了氣流設計的構思。F1賽車氣流工程師也參與了大樓的通風設計，建筑不開窗，利用帽檐進風，由屋檐的底板呼入，屋內的柱子則充當煙囪的作用。引入的生態理念，這座建筑可以保證至少9個月不啟用空調。同理其他建筑的設計也可以通過對“形”的設計把控氣流而達到良好的自然通風。

但是絕大對數地區天氣變化頗大，對氣流的控制不能通過唯一的“形”而達到兼容所有季節，為此可以通過對“形”的操控來控制風量。例如圖4楊經文在馬來西亞設計的Menara Umno，建筑為了適應當地的濕熱氣候，在進風口利用風墻體系使得建筑具備較高的空氣置換率。風墻設置在陽臺部位成喇叭形，可以充分地將自然風捕捉到陽臺口。陽臺與建筑之間設置通高的推拉門，可以控制推拉門的開閉情況與大小來調整風量。而在將推拉門關閉的時候，又可以達到類似空氣鎖的作用。Menara Umno的設計是優秀的自然通風例子，該建筑能耗低至當地空調建筑的25%。對推拉門的控制即對建筑“形”的控制，也是對氣流的控制。

筆者認為，在人們審美越發接受流線型建筑的時代，建筑對外形的考慮不僅是體現在美學上，還可以將形與綠色建筑通風相結合，合理利用玻璃纖維增強混凝土，在“形”上體現其生態性、環保性、可持續性。

4.3可控制通風處理案例—提巴歐文化中心

例如圖5，著名的生態建筑提巴歐文化中心在自然通風上的設計是經典的案例。建筑為2層圍護結構，在外部木肋板上覆蓋水平條板，頂部與底部的條板排列較為疏松，而中部較為嚴密。底部氣流可以水平通過，中部由于排列密集，迫使受阻的空氣上升。而頂部水平條板間距也相對較寬，其水平空氣的流動形成的低氣壓正好產生了將2層肋板之間空氣向上吸的效果。

百葉窗則設置在建筑2層圍護板之間的豎直方向上。頂部百葉固定打開，形成低壓，底部百葉則可以操控，其開閉可以根據空氣調節。文化中心充分利用“形”的設計達到生態性通風，其百葉的操控也為其他綠色建筑提供設計思路。

5結語

生態建筑是當代建筑師需要繼續探究的課題，而隨著氣候變化的越發明顯，被動式的節能方式在很多地區的適應性問題還得繼續深入研究。本文總結提出了一些可操控性被動式通風方式的構思，具體的問題還需具體深入研究分析。建筑學尚需與物理學、氣候學結合，探討更多的被動式操控方式，以更低的成本達到更高的經濟效益，并為可持續發展作出貢獻。