淺談“一個建筑”自然通風效果的“達標與否”

張一楠 呂冠男

中國建筑設計研究院有限公司 北京 100044

1 建筑自然通風的功能需求

1.1 自然通風的優勢

世界各地的氣候各不相同，都會有或長或短的舒適的氣候環境，對這樣舒適的季節，利用自然通風帶走室內多余的熱量，能夠大大減少使用空調造成的能源浪費。在建筑使用的周期內，延長自然通風的時間，即降低空調使用的時間，從而減少各類氣體的排放量，以達到保護環境、低碳節能的目的。

此外，夏季使用空調會造成室內外明顯的溫差，進而引發空調病。空調的溫濕度、氣流速度導致其體感的熱舒適度不高。在舒適的季節，能夠進行自然通風的建筑帶給人的感受會更加舒適、愜意。

1.2 功能的需求主導通風的需求

為改善室內熱環境，任何功能房間都有通風換氣的需求。值得注意的是，這種通風換氣從能源的使用上分為主動的和被動的兩種。

本文所探討的自然通風屬于被動式的通風，并非所有功能房間都適合被動式的自然通風，譬如音樂廳或者劇院的觀眾廳通常都是作為核心被包在建筑中間的，像這種有聲學要求的、大空間的人流密集場所通常是采用空調進行室內熱環境的調節。空調能夠快速的調節室內溫度并使之保持恒溫，然而，類似住宅、辦公、會議等其他大部分經常使用的功能房間，更適合在舒適的季節通過自然通風來改善室內熱環境，這也是綠色建筑的常規設計手法。

換言之，功能的需求主導通風的需求，主動式通風的空調和被動式的自然通風對應不同需求的功能房間。以重慶市萬州三峽文化藝術中心二期為例，項目包含多種功能，譬如音樂廳、文化館用房、川劇團曲藝團辦公及排練用房。設計時分別按照不同的功能進行了不同的通風換氣設計，對文化館用房內的各類教室、會議室、閱覽室，對川劇團曲藝團中的辦公室和會議室都采取了自然通風設計，而對于音樂廳則采用空調設計。

2 自然通風效果的“規范”達標

2.1 通風原理下房間尺度的“達標”

建筑之所以能夠進行自然通風換氣主要基于風壓與熱壓的原理。

何為風壓，當風吹向建筑物時會被其表面所阻擋，迎風一側的靜壓升高，背風一側的靜壓降低，從而產生壓力差。風壓作用下的自然通風正是利用這種壓力差使空氣由高壓向低壓的方向流動[1]。但是風壓通風是有跨度限制的，單側為10m，雙側可以增加至14m。所以對于住宅、辦公這類小進深的建筑的自然通風，最行之有效的方式就是合理控制建筑的進深，在風通過的途徑中減少設置障礙，盡量形成穿堂風。

以重慶市萬州三峽文化藝術中心二期為例，按照當地規范重慶市工程建設標準《公共建筑節能（綠色建筑）設計標準》中的要求，單側通風房間的進深不超過房間凈高的3倍；穿堂風房間的進深不超過房間凈高的5倍。采用自然通風的房間需要嚴格滿足以上設計標準，房間的自然通風效果在規范的層面上才是滿足設計要求的。否則，即使每個房間都象征性的做了可開啟扇，但是房間的進深與高度不滿足規范要求，也不能認定其自然通風效果在規范上達標，僅僅能算作房間的補風設計而已。以此標準反觀三峽文化藝術中心二期項目，主體建筑形態為4個體量不一的多邊形組合，在需要自然通風的功能體塊中設置了院落空間，使這些功能用房譬如各類教室、會議室、閱覽室、辦公室等等都形成了穿堂風，并合理控制房間的進深與凈高，最大程度的利用風壓差進行自然通風。

何為熱壓，熱壓作用下的空氣流動是由于空氣的溫度差所引起的，熱空氣趨上，冷空氣趨下，在建筑內部空間的垂直方向上產生壓力梯度，從而導致空氣的流動[1]，俗稱“煙囪效應”。顧名思義，高度差越大，熱壓作用下的自然通風理應更加明顯。所以在商場等一些進深較大的建筑中合理設置中庭，或者在高層建筑中合理設置天井，都能夠更大的激發熱壓通風帶來的氣流運動[3]。

2.2 房間可開啟面積的“達標”

根據建筑所在地的地標以及國家標準，需要對自然通風換氣房間的可開啟面積和有效通風面積進行核算，滿規范要求的才能稱之為達標。還是以重慶市萬州三峽文化藝術中心二期為例，按照當地規范重慶市工程建設標準《公共建筑節能（綠色建筑）設計標準》，需滿足在過渡季節典型工況下，自然通風房間可開啟外窗凈面積不得小于房間地板面積的4%，同時有效通風換氣面積不應小于該房間外墻面積的10%，外門的可開啟面積可以納入到可開啟面積的整體計算中。但是對于三峽二期項目的實際設計來說，第一條的4%比較容易滿足，但是第二條的10%則在條文的極限值上徘徊，并且有效通風面積取開啟扇面積和空氣流通界面面積中的較小值，需要設計師選擇適合的外窗開啟方式，并進行核算、修改部分房間外窗的尺寸，才能做到房間可開啟面積在規范上的達標。

3 自然通風效果的“體感”達標

房間的舒適與否，其房間尺度、可開啟外窗的開啟方式及面積在設計規范上皆有跡可循，這是自然通風設計成功的基礎。當建筑建成后，采用自然通風設計的房間的體感究竟如何，還需要實際感受。通過國內外大量的設計實踐，筆者建議以下設計策略，根據項目的實際情況，盡量多的采用下述策略，才能使房間的自然通風在“體感”上真正的達標[4]。

3.1 風口位置的選擇策略

房間通風口位置的選擇是否合理，決定了體感的舒適度。冷空氣進入室內后由于重力的原因會停留在下部空間，經過人體活動及室內溫度的加熱后才會向上移動，所以采用自然通風的建筑，其進風口的位置應當盡量設置在空間較低處，否則，即使房間的可開啟面積指標達標，但是進風口設置得過高，也會導致其在人體的活動范圍內缺少足夠的冷空氣，進而導致空間沉悶。

3.2 風環境的合理利用策略

我國幅員廣闊，在設計之前，需要充分了解當地的氣候條件與風環境條件。對于濕熱、干熱、溫和這些需要利用自然通風排濕、降溫、提升空間熱舒適度的氣候區采用自然通風設計。充分了解建筑所在地的主導風向及地形地勢，才能在設計上更加合理的利用風環境特征。譬如我國東北地區的主導風向為夏季東南風，冬季西北風，所以建筑坐北朝南，北向減少開窗面積，南向增大開窗面積的設計是對其風環境合理利用的表達。此外，基地周邊一定區域內的自然環境，譬如坡地、盆地、林地等，也會形成小范圍的風環境特征，譬如山谷風、林原風等等。如下圖1。設計時也可以考慮利用這些小氣候的風向氣流，進而增加“體感”上的達標概率。

圖1 幾種地方風風向[2]

3.3 景觀水體的降溫策略

眾所周知，由于水的蒸發作用會降低溫度，如果在建筑的通風口附近存在景觀水體，有利于給建筑提供涼爽清新的自然風。在建筑設計上，當外部條件有水體時，更應該根據建筑的實際功能考慮是否要在水體附近設置通風口，以提高建筑的自然通風質量。當建筑外部條件沒有景觀水體時，也可根據已知的設計條件考慮是否有必要進行景觀水體的人工設計。

以海口市民游客中心為例，除項目位置周邊本身存在的水體外，還在建筑東西主要朝向上增設了水系景觀，提高了建筑自然通風的新風質量，即有效地降低了建筑周邊空氣溫度并且提高了空氣濕度，從而提高了建筑內部自然通風的體感舒適度。