浅谈建筑构造节能设计与自然通风

浅谈建筑构造节能设计与自然通风
摘要目前我国城乡绝大部分地区的住宅建筑都是依靠自然通风或自行安装的空调产品，但大多仅仅具有一般的通风功能，有待改造更新。

文中主要介绍了在建筑构造节能设计中通风塔及双层墙设计，以供探讨。

关键词建筑设计；构造节能；自然通风
1常用的通风排气构造方式
常用的通风排气构造方式和装置主要有下列几种：
1）外壁上端与下端设量通气孔。

设于柱或梁之间的通气孔，是相当经济的通风排气方法。

由于压力与温度的关系，温暖的内部空气会上升排出，冰冷的外界空气则由下方进入。

2）自然气流的有效组织。

自然的通风排气，可以气流的方向及速度来决定冷暖效果。

要使通风排气良好，就需要安排好风口和排气孔的位置。

3）屋顶上的通气孔在屋顶或阁楼等高位置，能自然地释放出温暖的室内空气。

因为暖和的室内空气管集中于该位置。

排气装置、风窗的装设将有助于将内部的空气排出户外，若内部装上遮阳幕和有隔热性的开盖板，则效果更佳。

4）诱导排气孔的利用。

利用有遮阳幕的窗户或太阳能蓄热壁时，能借着排出受太阳热上升的空气，有效地诱导室内自然风的产生。

在阳光可照射到的南面或西面的玻璃内侧可使空、气受热上升，当上升的空气排出室外，室内空气也跟着上升，于是诱导了清凉的户外空气从北面或东面进入室内。

5）采风装置的设置。

设置固定通风塔，可使气流流经建筑物的各角落，通风效果显著。

6）开盖型的天窗的利用。

开盖型天窗既可自然采光，亦具有通风排气的效果，良好的天窗能在必要时打开去除湿气，关闭时又可完全密闭。

在上述通风排气构造方式中，通风排气孔、天窗的位置和大小，在设计上应当遵循有关的风工学原理，精心推敲和设计；而通风塔、双层墙的设计则牵涉到更多建筑构造设计上的内容。

2通风塔设计
一些处于干热地域的城市，为了遮阳，一般在建筑密度上都较高，这就影响了建筑物间气流的顺利流通，为了弥补这种缺陷，很多乡土建筑中利用“捕风窗”或者“风塔”作为自然通风的来源。

利用建在建筑物顶部、迎向夏季主导风向的轻质片状构筑物，或者独立的高塔，兜住高处的气流，将其引导人建筑中。

在引导
的过程中，适当地加湿和降温。

如霍普金斯设计的英国国内税务中心，他在控制建筑进深以利于采光和通风的基础上，设计了一组顶帽可以升降的圆柱型玻璃涌风塔，用作律筑的入口和楼梯间。

玻璃通风塔可以最大限度地吸收太阳能量，提高塔内的空气温度，从而进一步加强烟囱效应，带动各楼层的空气循环，实现自然通风。

冬季时可将顶帽降下以封闭排气口，这样通风塔便成为一个玻璃暖房，有利于节约采暖能耗。

3双层墙设计
被誉为“可呼吸的皮肤”的双层围护结构是构造节能设计中普遍采用的一项技术。

它主要针对室内空气质量差，玻璃幕墙能耗高等问题，利用双层玻璃作为围护结构，玻璃之间留有一定宽度的通风道并配有可调节的百叶。

在冬季，双层玻璃之间形成一个阳光温室，增加了建筑内表面的温度，有利于节约采暖；在夏季，利用烟囱效应对通风道进行通风，使玻璃之间的热空气不断地被排走，达到降温的目的。

“双层皮”幕墙可以分为以下几种类型：
1）走廊式“双层皮“幕墙。

这一幕墙系统是以一层为单位进行水平划分的，建筑外侧每层均形成外挂式走廊，在每层楼的楼板和天花高度分别设有进、出风调节盖板。

这种系统的第一代是将立面上的进、出风口对齐设置。

这种做法有一个明显的问题，即下层走廊的部分排气又部分变成了上层走廊的进气，这对通风效果会产生负面影响。

改进后的进、出风口在水平方向错开一块玻璃的距离，避免了进、排气的“短路”。

外挂式“双层皮”幕墙。

2）箱—箱式“双层皮”幕墙。

箱—箱式“双层皮”幕墙在水平方向以两块玻璃为一单元，分别在其两边做竖向分隔，形成一层楼高、两块玻璃宽的箱式玻璃夹层单元。

为避免进、排气流的“短路”，每单元的进、出风口也在水平方向上错开设置，这也被称为对角线通风概念。

箱—箱对角线模式已成为最常用的“双层皮”幕墙模式。

3）井—箱式是经由箱—箱式变化而来，与箱—箱式不同之处在于井—箱式“双层皮”幕墙在竖向有规律地设置了贯通层（井），这样，“双层皮”之间便形成纵横交错的网状通风系统。

由于“井”相对较深，其上、下部空气温差导致的烟囱效应十分明显，加速了“双层皮”间的空气流动，这使得井—箱式“双层皮”幕墙具有更高的通风效率，在夏天尤其适宜。

因进、排气口距离远，因而完全杜绝了空气“短路”的可能，而在冬天则可以关闭或减小进风口，减缓“井”内空气流速，以形成适宜的温度缓冲区。

4）外挂式“双层皮”幕墙是“双层皮”幕墙中最早的一种方式。

建筑真正的外墙位于“外皮”之内300-2000mm处，其间距视建筑的平面形式、两层“皮”的构造连接方式及建筑外墙的方式而定。

“双层皮”之间的空间既不做水平分隔，也不做竖向分隔。

测试结果表明：这种幕墙系统对隔绝噪音具有明显的效果，但因“双层皮”之间的气流缺乏组织，故对改善建筑的热环境并无明显作用。

若将“外皮”设计为可转动的单反玻璃页片，则此“外皮”也可作为可调节的遮阳及自然通风系统。

5）空气环流式“双层皮”幕墙。

这种“双层皮”幕墙系统在“双层皮”之间每两层高设置一个金属或玻璃挡板水平分隔层。

这样在每两层之间便形成一个水平向贯通的夹层走廊，走廊“外皮”的上、下部分别设有可调节的进、出风口。

整个建筑四周则在竖向上分配出多个空气环流层。

冬天，南侧受阳光辐射的热空气可以流向北侧，使得建筑的各个朝向都有一个温度接近的缓冲圈；夏天，北侧温度较低的空气环流流向南侧，可使该处温度低于无空气环流时的温度。

这种水平向空气环流可以向竖向的自由对流同时起作用。

在冬天或夏天，只需开启“外皮”南侧或北侧相应的气流进、出调节板即可加强这种温度缓冲圈的效果。

井—箱式“双层皮”幕墙当然，“双层皮”幕墙也存在一些明显缺点。

如在位于工业稠密区或污染严重的城市，缺乏对进入室内的有害气体的净化功能，降低了“双层皮”建筑的优势；建筑立面的清洁及维护费用比普通建筑高，其表皮造价增加1.5-2倍；夏天在强烈的阳光辐射下，夹层空气中往往温度过高，尤其是当“双层皮”之间空隙太小而遮阳效果又不佳时，其温度有时甚至可能超过室外温度，使得开窗自然通风无法实现，这对于夏季炎热地区是致命的缺点；冬天有可能吸入温度过低的进风，导致室内空气涡流和气流啸叫，影响室内（尤其是窗口外）舒适度等。

但只要将这些缺点加以改进或者降至最低，“双层皮”幕墙在居住建筑领域内的应用前景还是相当广阔的。

4结束语
自然风在建筑节能中起着不可忽视的作用，不管利用哪种通风排气构造方式都应该满足建筑物在热气候条件下或炎热季节中，最大限度促进空气流动，以提供足够的通风来有效地降低室内气温；在寒冷气候条件下或寒冷季节中，减小空气流动，以避免出现冷空气紊流。

使其真正达到既舒适，又节能的效果。