自然通風在住宅建筑設計中的運用

劉靜

摘要：在建筑設計中，設計者應該通過建筑物的規劃、構造設計等過程對自然通風的可應用性和效果仔細考慮，有效地利用自然通風來解決建筑物的舒適性和空氣質量問題，為使用者營造一個健康、舒適的工作環境和生活環境。

關鍵詞：自然通風;建筑設計;運用

目前我國能源形勢緊張，能否有效利用資源、降低能源消耗，已成為當前建筑界的重點研究課題。而自然通風作為一種經濟有效的通風方式，相對于機械通風和空調而言，能夠在保證室內空氣品質的同時，減少初投資和運行費用，減低環境污染，已得到越來越多設計人員的重視。因此，如何最大限度地利用自然通風來改善室內空氣環境無疑具有重要的現實意義。

一、自然通風的實現方式

（一）利用熱壓實現自然通風。自然通風在建筑設計中還能利用建筑內空氣的熱壓差進行實現，因建筑物內外空間中的空氣由于溫差導致空氣密度的差別而產生壓力差，而促使建筑物空間內外空氣發生流動。建筑物內溫度高的空氣由于密度小而上升，從建筑物上部的風口向建筑物外部排出，這就會在原來低密度空氣區域形成負壓區，而使建筑物從底部吸入建筑物外溫度低且密度大的新鮮空氣，造成建筑物內外空氣不停地流動而實現自然通風。

（二）通過風壓實現自然通風。由伯努利流體原理可知，流動空氣壓力同其速度具有反比關系，這樣會在其速度增加時形成低壓區。因此，在建筑設計中可將通風通道設計成橫向，在自然風從此通道中吹過就會形成負壓區，造成周圍的空氣發生流動，這也是我們平常所說的管式建筑通風原理。管式通道要在一定方向上封閉，然后將其他方向敞開以形成通風方向，這樣就會使大進深建筑空間的通風效果更加明顯。

二、自然通風的應用研究

進行建筑物通風系統的設計需要考慮的因素，最主要的有室內空氣品質、人體感覺舒適、節能和可靠，另外還要可以比較方便地調節控制。

在夏天，房間的空氣溫度保持在較低的水平上，相對濕度維持在50%左右，氣流速度限制在較低的范圍內（一般希望不大于0.15 m/s）。然而這種穩態的空調環境存在許多問題。首先，人體更習慣生活在自然環境中波動的熱環境，如果在穩態熱環境中時間太長就會因為缺少各種波動刺激導致體溫調節功能衰退和抵抗力的下降，產生一種空調不適應癥。其次，為了減小冷負荷節約用能，現在的建筑門窗密閉性能越來越好房間內外的空氣很難交換，室內裝修材料散發大量的揮發性有機化合物（VOCS）污染得不到合理的稀釋，加之傳統空調工作區處于氣流的回流區，在這種建筑中長期生活可能出現病態建筑綜合癥。 室內熱環境研究結果表明，在自然通風條件下由于空氣流動室內的一般人員可接受的空氣溫度為28℃，在自然通風條件下，80%居民可接受的熱環境的有效溫度上限為30℃;而傳統空調系統的室內設計溫度為24℃，因此自然通風系統更為節能。

自然通風會受到多種因素的制約，有時通風會變得很困難;例如建筑物所在地的氣象條件和周圍空氣質量以及建筑內部和其他得熱對建筑熱性能的影響，特別當室外空氣質量較差、室外溫濕度太高或室內建筑表面溫度較高時，通風更困難。自然通風的驅動力一般來自室外空氣的熱壓差或風壓，但是由于熱壓與風壓具有隨機性，因此自然通風不能像機械通風那樣隨意控制，隨時可能處于超熱超冷或不可接受的空氣分布，尤其當室外空氣污染較嚴重時，可能反而導致室內空氣污染。

三、自然通風在建筑設計中的應用

對于不同建筑物的設計，自然通風受多種因素影響，建筑物與其高度、迎風方位等有關;建筑群體則與建筑間距、迎風方位、排列方式等有關;而居民住宅與住宅區域道路、綠地的布局等有關系。因此，要針對不同類別建筑物實際，對各影響因素綜合考慮，以實現良好通風效果。

（一）建筑物朝向。建筑物朝向在設計中要結合日照較多方向及風向的相關特性，而建筑物迎風面與風向垂直的面壓力最大，在建筑物設計中，盡可能將建筑主立面朝向設計在夏季主導風向上，側立面對著冬季主導風向上。南向陽光輻射量最多，夏季國內多數區域都是以南向或南偏東方向為主導風向，比較改善自然通風、調節環境等方面的一些因素，建筑物朝向最好設計為南向。

（二）建筑物之間的間距。如果建筑物是南北向就會使日照間距減小，后排建筑會被前排建筑遮擋而造成風壓減小，影響通風效果;而建筑物日照間距增大則會增大后排建筑的風壓，對自然通風有利。所以在進行建筑設計時要適當增加樓間距，用于建立綠地，可以有效改善綠建筑物的自然通風，并提供休息交流的空間。

由于行列式布局的建筑群被建筑物外氣流吹過時，能夠在建筑物山墻之間產生空氣射流現象。在可能情況下增加山墻間距，通過錯列式布置能夠有效利用山墻之間的空氣射流，改善下風向建筑物的自然通風。住宅間距能夠決定山墻間距，且與山墻間距具有正比例關系，能夠使空氣射流吹到后排的建筑物上。

（三）建筑群布局。

1、建筑群平面規劃。建筑群按照設計方式的不同，一般分為行列式、周邊式與散點式三類。行列式是建筑群設計中的最基本布局，主要就是建筑物按照間距合理與同一朝向的特征組成成排布置的方式。并列式是由建筑群錯動而分別形成錯列式、斜列式以及周邊式等各種不同布局，由于建筑群內空間流場由不同的風向投射角而造成變化，其具有不大的受風面;錯列與斜列可以把自然風以斜向引進建筑空間內，下風向的建筑會有較大的受風面，分布有比較合理的風場實現較好的通風效果。

周邊式是建筑物以沿街或院落周邊形式布局的一種方式，會造成建筑內空間的封閉或半封閉，使布局風很難引入，而且風的投射面較小，該方式比較適宜冬季寒冷區域。

在對建筑群實施設計規劃過程中，要同時對路網進行合理設計，創造建筑群的不同布局方式，實現良好的自然環境，充分利用自然風，實現風的自由流動、節能與優化風環境的作用。

建筑群的不同布局能夠影響自然風的引入，建筑物同風向之間也具有比較重要的關系。相對于單體建筑，建筑群由于具有較小的風向投射角，利于建筑物內空間的通風。建筑群中的前排建筑形成風影區會對后排建筑產生一定影響，當風吹向多排建筑的平行排列時，會使風影區增大，對自然通風效果產生一定影響。在設計中要盡可能避免建筑物長軸垂直于夏季主導風向，以便于降低建筑物前排對后排通風的不利影響。

2、建筑群立面設計。通過建筑物的氣流發生漩渦、下沖氣流等高速氣流的現象會對其通風造成不利影響，這就需要在建筑群設計時使各建筑單體間排列高低有序。建筑群中如存在某棟建筑遠遠高于其余建筑或者樓間距近的建筑群中含有間距突然增加明顯的兩棟建筑，就會形成下沖氣流增大現象而產生高速風，使熱損失增加以及居住人群的不適。

在建筑群設計中應該盡可能降低各建筑之間對風遮擋的不利影響，盡可能沿夏季主導風向進行布局，靠近主導風向的建筑物不應該過高，要處于建筑群的邊緣，小高層或高層建筑適宜遠離主導風向，將自然風引入建筑群內，并實現對冬季東北風的有效阻擋。

四、結語：

自然通風一直被業界廣泛認為是比較廉價的一種生態節能技術，建筑設計人員要將建筑物規劃、單體設計與構造設計全過程相結合綜合考慮自然通風的應用效果，合理采用自然通風以改善建筑物內空間的舒適性與空氣質量等相關問題，為人們提供一個健康、舒適的人居環境。

參考文獻：

[1]歐陽立圖.建筑物理[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2]鐘軍立，曾藝君.建筑的自然通風設計淺析[J].山西建筑，2015.