自然通风建筑设计

自然通风建筑设计

长期以来,自然通风做为一项传统的建筑防热技术，在世界各地的传统民居中，得到了广泛的应用。在湿热地区，人们看到的传统民居往往有这样的外表：建筑都有开阔的窗户；采纳轻巧的墙体；深远的挑檐；高高在上的顶棚并且设置有通风口；建筑往往架空，以避开地面的潮气和热气，采集更多的凉风——这样形象的背后，隐蔽着劳动人民对利用自然通风技术的朴实观念。自然通风是一种具有很大潜力的通风方式，是人类历史上长期赖以调整室内环境的原始手段。

空调的产生，使人们可以主动地掌握居住环境，而不是象以往一样被动地适应自然；空调的大量使用，使人们慢慢淡化了对自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今日，迫于节省能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下，全球的科学家不得不重新端详自然通风这一传统技术。在这样的背景下，把自然通风这种传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义。

1.自然通风的理论机理

通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口，产生空气流淌。这种流淌直承受建筑外外表的压力分布和不同开口特点的影响。压力分布是动力，而各开口的特点则打算了流淌阻力。就自然通风而言，建筑物内空

气运动主要有两个缘由：风压以及室内外空气密度差。这两种因素可以单独起作用，也可以共同起作用。

1．1风压作用下的自然通风

风的形成是由于大气中的压力差。假如风在通道上遇到了障碍物，如树和建筑物，就会产生能量的转换。动压力转变为静压力，于是迎风面上产生正压(约为风速动压力的0.5-0.8倍)，而背风面上产生负压(约为风速动压力的0.3—0.4倍)。由于经过建筑物而消失的压力差促使空气从迎风面的窗缝和其他空隙流入室内，而室内空气则从背风面孔口排出，就形成了全面换气的风压自然通风。某一建筑物四周风压与该建筑的几何外形、建筑相对于风向的方位、风速和建筑四周的自然地形有关。

1．2热压作用下的自然通风

热压是室内外空气的温度差引起的，这就是所谓的“烟囱效应”。由于温度差的存在，室内外密度差产生，沿着建筑物墙面的垂直方向消失压力梯度。假如室内温度高于室外，建筑物的上部将会有较高的压力，而下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口时，空气通过较低的开口进入，从上部流出。假如，室内温度低于室外温度，气流方向相反。热压的大小取决于两个开口处的高度差和室内外的空气密度差。而在实际中，建筑师们多采纳烟囱、通风塔、天井中庭等形式，为自然通风的利用供应有利的条件，使得建筑物能够具有良好的通风效果。

1．3风压和热压共同作用下的自然通风

在实际建筑中的自然通风是风压和热压共同作用的结果，只是各自的作用有强有弱。由于风压受到天气、室外风向、建筑物外形、四周环境等因素的影响，风压与热压共同作用时并不是简洁的线性叠加。因此建筑师要充分考虑各种因素，使风压和热压作用相互补充，亲密协作使用，实现建筑物的有效自然通风。

1．4机械帮助式自然通风

在一些大型建筑中，由于通风路径较长，流淌阻力较大,，单纯依靠自然风压与热压往往缺乏以实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比拟严峻的城市，直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内，不利于人体安康。在这种状况下，经常采纳一种机械帮助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道，辅以符合生态思想的空气处理手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等)，并借助肯定的机械方式加速室内通风。

2.采纳自然通风的的经济效益和环境效益

自然通风是当今建筑普遍实行的一项改革建筑热环境、节省空调能耗的技术，采纳自然通风方式的根本目的就是取代（或局部取代）空调制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要的意义：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不行再生能源的状况下降低室内温度，带走潮湿气体，到达人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进展降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处

理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。这有利于削减能耗、降低污染，符合可持续进展的思想。二是可以供应新奇、清洁的自然空气（新风），有利于人的生理和心理安康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充分的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体反抗力下降，引发各种“空调病”。而自然通风可以排解室内污浊的空气，同时还有利于满意人和大自然交往的心理需求。

3.建筑设计中自然通风的实现及实例分析

传统建筑对自然通风有许多值得借鉴的方法，而在我们现代的建筑设计中积极地考虑自然通风，并留意与地域建筑的有效结合，对于自然通风的合理利用、节省能源具有现实意义。

3.1建筑体型与建筑群的布局的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应当尽量使建筑的法线与夏季主导风向全都；然而对于建筑群体，若风沿着法线吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊，依据风向投射角（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来打算合理的建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的转变以到达缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响，因此在单体设计中还应当结合总体的状况对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至外形等实行肯定的掌握。

3.2维护构造开口的设计

建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式，窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流淌以及通风效果。依据测定，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，通风效果最正确。开口的相对位置对气流路线起着打算作用。进风口与出风口宜相对错开布置，这样可以使气流在室内转变方向，使室内气流更匀称，通风效果更好。

3.3注意“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人室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。明显进风口和出风口之间的风压差越大，房屋内部空气流淌阻力越小，通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。

3.4在建筑设计中形成竖井空间，来加速气流流淌，实现自然通风。

在建筑设计中竖井空间主要形式有：

(1)纯开放空间——目前，大量的建筑中设计有中庭，主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。从另外一个方面考虑，我们可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。由福斯特主持设计的法兰克福商业银行就是一个利用中庭进展自然通风的胜利案例。在这一案例中，设计者利用计算机模拟和风洞试验，对60层高的中庭空间的通风进展分析讨论。为了避开中庭内部过大的紊流，每12层作为一个独立的单元，各自利用热压实现自然

通风，取得良好的效果。

(2)“烟囱”空间，又叫风塔——由垂直竖井和几个风口组成，在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区，可以利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应当朝向主导风向。在主导风向不固定的地区，则可以设计多个朝向的风斗，或者设计成可以随风向转动。例如在英国贝丁顿零能耗进展工程中，设计了可以随风向转动的风斗，协作其他措施，利用自然风压实现了建筑内部的通风。

3.5屋顶的自然通风

通风隔热屋面通常有以下两种方式：1)在构造层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面构造层上，利用中间的空气间层带走热量，到达屋面降温的目的，另外架空板还爱护了屋面防水层。2)利用坡屋顶自身构造，在构造层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。

b.被动式自然通风实施效果一

c.被动式自然通风实施效果二

a.自然通风原理示意

在云南省永仁县异地扶贫搬迁规划设计实施工程中，多数是从冬季较严寒的山区迁移到夏季较酷热的丘林坝子中。原住居民的住屋形式是在严寒地区进展与连续下来的，其夏季的通风问题不是主要的空间约束。而新

迁地夏季较酷热，室外亦有较大的区域风，但是室内风速则相对较小。因后墙及山墙均无窗户，所以室内通风不是很好。新搬来的住户对室内的热环境都表现出很大的不满。因此，改良建筑的通风效果是克制民居缺陷的主要途径。在新农居的设计中，二层楼的前部采纳窗加百页的构造，后部加设可开启的窗户，以保证二层堆放农作物的自然晾干功能。针对夏季的酷热气候，加大了挑檐设计，细心做了堂屋、卧房与阁楼的通风设计，通过简洁的构造措施，对民居的热环境做了积极的改良与引导(图a,b,c)。在该工程中，有效的将传统的自然通风这一绿色相宜技术用于对传统民居的更新，既满意了经济的要求，又符合了生态的效益。

3.6双层玻璃幕墙维护构造

双层（或三层）幕墙是当今生态建筑中所普遍采纳的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤”，它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔的两端有可以掌握的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，提高围护构造外表的温度；夏季，翻开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风，使玻璃之间的热空气不断的被排走，到达降温的目的。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有可调整的深色百叶。双层玻璃幕墙在保持形状轻快的同时，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造成的紊流不易掌握的问题，能解决夜间开窗通风而无需担忧安全问题，可加强围护构造的保温隔热性能，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，比单层幕墙在采暖季节约能源42％-52％，在制冷季节约能源38％-60％，是解决建筑节能的一个新的方向。

3.7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展通风。太阳能强化自然通风的建筑构造主要有：屋面太阳能烟囱、Trombe墙和太阳能空气集热器。以上三种构造可以单独设置来强化通风，但是，为了在夏季到达更好的冷却效果，通常将这些做法与其他建筑构造组合成一个有组织的自然通风系统。

4.结语

通风是建筑的最根本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗,使建筑的人工环境与自然环境到达动态的平衡,将是建筑在满意了根本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。