广东省建筑设计研究院 510623
摘要：随着社会经济的发展，我国的建筑数量越来越多，对建筑质量的要求也越来越高，同时，我国又是一个人口大国，随着人口数量的不断增多，也极大地加剧了不可再生资源的利用速度，以前在工业生产中提倡的节能概念，现今也开始在建筑设计中流行起来，因此自然通风这一项有效的节能技术在建筑行业中应运而生。在现代建筑中，通过对自然通风技术的运用，把新时代的住宅建筑应用到的新的自然通风技术与传统住宅的通风方式融合在一起，减少空调在生活中的使用频率，实现节能的目的。文章通过简述现代建筑设计采用自然通风技术的作用，提出了自然通风应用中需要考虑的各种因素，再逐一分析各种自然通风方法在建筑设计上的具体应用。
关键词：建筑设计；自然通风；应用
引言
自然通风是利用自然风压、空气温差、空气密度差等对室内进行通风输气的方式。可以有效改善室内空气的新鲜程度，带走多余的热量，无需消耗动力，节约能源，节省设备投资以及运行费用，是一种经济有效的通风方式。从建筑的角度出发，自然通风具备环保、舒适程度高、无噪音等优点，在保持室内空气清新程度的同时，减少室内的污染，防止流行疾病的发生。
1 自然通风的作用
自然通风利用的是自然界的动力，它既能有效改善室内空气质量，也能有效降低建筑空调能耗，是一种低能耗的通风方式，在建筑设计中应用自然通风技术具有十分重要的作用。一方面自然通风可有效实现被动式制冷效果。在外界温度、湿度等非常低的时候，在无须消耗不可再生资源的前提下，通过自然通风可过滤室内潮湿污浊的空气，降低室内的热空气，达到令人舒适的室内温度和湿度状态。另一方面自然通风可为人们提供自然清新的空气，有利于保障人们的心理和生理健康。没有足够的新鲜自然空气进入室内是导致目前空气质量下降的关键原因，长时间使用空调，导致人体长期处于相对封闭的空间，引发了许多问题，而通过应用自然通风技术，在对室内环境进行通风清新空气时，还可以促进人与自然的和谐发展。所以应用自然通风技术不仅能够降低使用能源，减少污染，而且还是一种完全和谐的发展理念，值得在现代建筑设计中大力推广和应用。
2 应用自然通风技术的考虑因素
对于主要采用自然通风系统进行建筑降温的技术，其降温效果由很多方面的因素决定，在应用自然通风技术时需要对以下三大关键因素进行充分考虑。
2.1 室内得热量
建筑的室内得热量越大，通过自然通风技术实现室内降温达到人体舒适要求的难度就越大。在室外空气温度低于室内温度的前提条件下，通过应用自然通风技术将室外风引入室内，对室内空气进行通风换气，才能有效降低室内温度，这个过程就需要我们考虑室内的得热量，尽量降低得热量，才能有效降低室内空气温度。
2.2 室内空气湿度
由于自然通风技术对调控室内空气湿度的成效不明显，因此，在实际使用中，自然通风技术的应用就有一个地域性的限制，不同地区其空气湿度也不同，需要充分考虑。例如，在非常潮湿的地区，一般不能使用自然通风技术，而对于例如英国这些室外环境空气温湿度都较为温和舒适的国家和地区，应用自然通风技术能够有效降低室内空气湿度，该技术已得到大力推广和广泛应用，并经过逐步发展和创新，已成为一种相当成熟的技术。
2.3 环境噪音及空气污染
对于主要采用自然通风技术的建筑，其要符合环境噪声和空气污染方面的标准要求，建筑外的环境噪音不能超过70 dB，自然进风口不能有明显的空气污染问题，并且室外空气质量要符合卫生要求。但是，在一些大中型城市的城市环境中，其治理的难点就是逐渐严重的雾霾、粉尘等空气污染，以及日渐升高的环境噪音水平，同时这也成为自然通风技术在城市建筑应用中的主要障碍，因此需要结合实际情况，进行充分的分析与考虑。
3 自然通风技术的方法及应用
从自然通风的工作原理来说，风压和热压是实现自然通风的最基本动力，从这个角度来说，可以把自然通风分为三种方法：风压自然通风法、热压自然通风法、风压与热压自然通风法；而从通风方式这个角度来说，又可以把自然通风方法分为两种：机械辅助式通风法、纯自然通风法。
3.1 风压自然通风法及其应用
当空气流经建筑时，在建筑物的阻挡作用下，建筑周围及室内外空气流会发生压力分布的变化，在建筑的迎风面由于空气流受阻，动力降低，产生正压力。同时，在建筑的背风面以及侧面等位置，由于空气流通比较顺畅，动力依然强劲，产生负压力。风压自然通风法是通过对建筑物在迎风面以及背风面形成的压力之间的落差来促进空气自然流通的一种方式。正反压力之间的落差与空气流的流向与建筑之间的夹角、建筑的形状、建筑周围及室内外的空气压力分布等因素有关。当建筑正立面有风垂直吹来时，最大的正压力会在建筑的迎风面中心处产生，最大的负压力则会在屋角和屋脊处产生，这时，空气流在风压的正负压力的作用下贯穿通过整个房间，房间的通风量和通风速度大大增加。在我国的建筑空调设计中，风压法是一种常用的于加速建筑室内外的空气流通技术。在一些有着丰富风资源的地区，例如我国西北部，也是经常使用风压通风法来实现自然通风，设计人员要懂得掌握不同季节风的流向并在设计中加以利用，设计出最佳建筑走向，充分利用风自然资源来提高建筑的自然通风效果。对于大进深的建筑，还可以在其内部设置管式横向通道，并在固定方向封闭，然后在其他方向敞开，明确通风方向，让负压区在通道中形成，带动空气流向通道，促进建筑内部的空气流通。
3.2 热压自然通风法及其应用
随着温度的升高，空气密度反而降低，热压法正是利用这一原理让建筑的室内外产生温差，并在其进气口与排风口之间形成高差，最终让建筑内部的空气形成烟囱效应，也就是热压差，来强化建筑的自然通风。建筑的室内外温差越明显，进气口与排风口之间的高差越大，其风压作用越大，所以，据此可在建筑上部设置排走室内热空气的排风口，同时在建筑底部设置吸入室外新鲜冷空气的进气口。在建筑设计中，由于两窗孔的位置及高差以及室内空气的密度差是影响热压通风的主要原因，所以，在建筑物内部建设竖向井洞并让其贯穿多层来形成进气口与排风口之间的明显高差，并在建筑顶端设置可操控的排风口，排出建筑室内的热空气，实现自然通风。与风压法相比，热压法更能适应外部风环境的变化多端。
3.3 风压与热压自然通风法及其应用
风压与热压自然通风法是指建筑物同时应用风压通风以及热压通风来实现自然通风的方式，这时，建筑外围窗孔的内外压差与窗孔的余压以及室外风压差的线性叠加相等。在建筑的设计中，风压通风多应用于建筑进深较小的部位，而热压通风则多应用于进深较大的部位，两者的关系是紧密联系，互为补充的，共同作用实现建筑的最佳通风效果。
3.4 机械辅助式通风法及其应用
机械辅助式自然通风法是需要在一些机械的辅助下采用一些如土壤预冷、土壤预热、深井水换热等符合生态理念的措施来设置完整的空气循环通道，并用于加速室内通风的自然通风系统。例如，在一些通风路径较长的大型公共建筑中，由于其空气流动阻力较大，需要使用到机械辅助式通风法，如若只是使用风压通风法或热压通风法，通常无法实现良好的自然通风。还有，在一些污染较为严重的城市，比较常用的自然通风方法也是机械辅助式通风方法，如若使用其他自然通风法将会把室外的污浊空气带入室内，则会对人体健康产生不利影响。
3.5 控制建筑布局与体型
建筑总平布局受很多因素控制，从生态的角度上，影响布局的主要有阳光与风向。建筑布局对自然通风的效果影响很大。在考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，若风沿着法向吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。为了消除这种影响，群体布置中的建筑法线应该与风向形成一定的角度，以缩小背后的漩涡区。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响很大，因此在整体布局中，还应该对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
3.6 围护结构开口的优化设计
房间的开口大小、相对位置等，直接影响到风速和进风量。进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3 时，开口大小为地板总面积的15%～25%时，通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开位置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流更均匀，通风效果更好。
3.7 调整建筑内部布局以组织穿堂风
传统的热带建筑中非常重视“穿堂风”的组织“，穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内，穿过房子，从背风面的出风口吹出。应该尽量组织好室内的通风：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑内部的开口，引导气流；建筑的风口应该可调节，以根据需要改变风速风量。室内家具与隔断布置不应该阻断“穿堂风”的路线；合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。
3.8 屋顶的自然通风
通风隔热屋面通常有以下两种方式：①在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层。②利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。
3.9 通风墙体
通风墙体即将需要隔热的外墙做成带有空气间层的空心夹层墙，并在下部和上部分别开有进风口和出风口。通风间层厚度一般为30～100mm。夹层内的空气受热后上升，在内部形成压力差，带动内部气流运动，从而可以带走内部的热量和潮气。外墙加通风间层后，其内表面温度可大幅度降低，而且日辐射照度愈大，通风空气间层的隔热效果愈显著，故对东西向墙更为明显。如图1 所示是通风墙体的示意图和典型构造做法。
3.10 双层玻璃幕墙
双层幕墙又称“会呼吸的皮肤”，由内外两道幕墙组成。两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，利用“温室效应”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有百叶等遮阳装置。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题，可加强围护结构的保温隔热性能，并能降低室内的噪音。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42%～52%，在制冷时节约能源38%～60%，是解决建筑节能的一个新的方向。
3.11拔风井
拔风井利用烟囱效应，造成室内外空气的对流交换。英国诺丁汉大学朱比丽分校是一个成功的生态建筑案例。在建筑中结合楼梯间设计，在顶部集成机械抽风和热回收装置，完成建筑的通风。在机械的辅助下，充分利用“烟囱效应”在建筑内部形成自然风循环。新鲜的空气通过处于风塔上部的机械抽风装置被引入到风道中，然后进入到各层楼板的夹层空间，进而进入到室内；而废气通过走道和楼梯间的低压抽风作用，最终又回到风塔上部，再经过热回收或蒸发冷却装置，通过风斗排出。
3.12 太阳能强化
自然通风太阳能强化自然通风，充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。其利用太阳的热量，加热采热构件，并使建筑内部的空气上升，形成热压，引起空气流动。尝试设计的某太阳能办公楼方案在西侧设置了太阳能通风井。通风井受太阳辐射温度升高，内部空气上升并从上部开口排出，在井内形成负压，迫使各层走道的空气流向通风井，形成自然通风，同时带走过道内的热量。太阳能强化自然通风在建筑的实现上常见的有三种方式：屋面太阳能烟囱、Trombe 墙和太阳能空气集热器（见图2）。
4 结语
随着建筑材料的进步和建筑围护结构密闭性的提高，多层和高层建筑大都依赖空调系统通风，但是依赖空调系统通风将耗费大量的能源。我国地缘辽阔，各地自然气候不尽相同，所以在从事建筑设计的时候，应当有意识地运用生态理念，灵活合理地应用各种自然通风技术，将自然通风成功应用到各类建筑中去，在生态技术的道路上，走出一条适合国情的可持续发展的道路。
参考文献：
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[3]李英.建筑自然通风中的引风、导风、造风技术[J].建筑知识，2013（4）：17-20.
论文作者:梁苏娜
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第24期
论文发表时间:2019/6/25
标签：自然论文; 建筑论文; 风压论文; 空气论文; 室内论文; 技术论文; 气流论文; 《建筑细部》2018年第24期论文;