浅谈建筑设计中自然风的利用技术

【摘要】随着五行中的“金、木、水，土”纷纷成为绿色建筑材料，作为中国文化遗产的“风水”中的风能利用也成为节能设计中炙手可热的话题．目前有许多的方法将风引入建筑设计，以创造宜人的室内环境，为了保证达到预期的效果要注意细节设计，包括总平面设计、建筑外环境设计、烟囱效应的应用等，风和建筑间的关系有待于进一步结合，深入到建筑设计的领域。

【关键词】风；建筑；烟囱效应；中庭

1 风的利用由来己久

近年来，设计生态节能的建筑已经成为一个不再新鲜却将持续影响建筑界的话题。人们就如何节约不可再生资源，如煤、石油、气等，而充分利用外部环境提供的可再生资源，如风、太阳、雨、绿地、地热等提出了一些设计策略，但种种条件的限制，还是缺乏较系统理论和具体实践经验的指导，因此有些设计达不到预期的效果，这就是我们接下来要讨论的内容了。

风在古代人的观念中是组成世界的基本要素之一，很早以来人们就是在生活实践中尝试用多种方法，来防止风带来的负面影响，并利用风来改善自己的生活环境，使其更为舒适，如为了防止冬天冷风渗透，风口不易建住宅等。其中形成系统的当数中国的“风水”理论。可惜有关这方面的许多渊源都流失了，所以在流传的过程中被有些知其然不知其所以然的人加以歪曲，增添了很多迷信色彩。但在环境及能源问题日益严重的今天，人们开始重新研究如何利用自然风来服务于建筑。但在利用再生能源问题上人们普遍认为风的重要性不如利用太阳能那样突出，这实际是一个大疏忽。我国有不少多风的地域，结合地区主导风向，只要设计得当，不仅可以减少空调的费用，甚至可以利用风力发电。而在建筑单体中，由热压(热空气朝上，冷空气向下)和风压(进风口正压，出风口负压)促进的自然通风可以减少制冷负荷，可以带走室内有毒和有异味的物质，可以最大限度的满足使用者舒适度及健康要求[2]。即尽可能地使用自然通风来给室内提供新鲜空气，也是为了最有效地减少目前困扰人类的“病态建筑综合征”。

2 建筑的通风设计的基本原则

第一，对建筑自然通风。应该从用地分析和总图设计时开始。首先，建筑选址时应注意避免处于污染源的下风向，因为只有保证了良好的室外空气质量．才有利用建筑自然通风的可能性．其次．要注意建筑周围能挡风沙的树木、植被，因为它们能净化空气，提高空气湿度．此外，要制造人工自然条件．如建筑四周布置水面，利用水来起到平衡环境温度：在规划布局上，可通过向阳面和背阴面形成不同的气压[2]。即使在无风的条件下也能形成通风；在建筑体型上自造人工风洞，使自然风能在其中回旋，得到极好的通风效果。但同时要注意风洞中的风速的控制，避免形成过犹不及的现象，也就是有人形象地称之为“呼啸山庄”的失败的设计。

第二，建筑的布局应注意建筑的捧列和朝向有利于自然通风。对建筑定位和朝向时要研究年均风速及主导风向，如我国一般是以尽量与夏季主导风向垂直为最佳。结合考虑采光的需要．可以正南向东殖旋转十五度左右还是合适的。

第三，在可能的条件下，不要设计全封闭的建筑，尽量使用可开启的窗户，但这些用户的位置应该经过调配。以减少对空调的依赖。建筑平面进深不直过大，要有利于穿堂风的形成。因此，在概念设计阶段应考虑创造利于热压和风压的通风条件，尽可能避免那些阻碍自然通风的因素。当前在装修住宅时，有些错误的做法。如：把气窗取消或换成固定窗，把平开窗换成推拉窗等于把通风口减少一半面积，做各种造型吊顶，把房间进深无限扩张，封闭阳台，随便增加隔断、门斗、大橱等，这些做法势必会阻挡自然通风的形成，造成过分依赖空调通风的弊端，因此在设计中应该加以注意。

第四，在进行平面和剖面的功能配置时，除考虑空间的使用功能，也要对其热产生或者热需要进行分析，对影响通风的热压和风压进行综台评价．保证所作的措施能够确实有效。

伦佐・皮弧诺的特吉巴奥文化中心巧妙的将造型与自然通风相结合．当属自然通风的典范之作。自然通风的理论依据是利用建筑外表面的风压和建筑内部的热压在建筑内产生空气流动。由于文化中心位于澳大利亚东侧的南太平洋热带岛国。气候炎热潮湿，常年多风。因此最大限度的利用自然通风来降温、降湿，便成了适应当地气候．注重生志环境的核心技术。文化中心是由几十“容器”的棚屋单元组成。棚屋一字排开，形成三个“村落”。 每个棚屋大小不同，外部材料均使用当地出产的术村。贝壳状的棚屋背向夏季主导风向，在下风向处产生了强大的吸力(形成负压区)而在棚屋背面开口处形成正压．从而使建筑内部产生空气流动。针对不同风速和风向．设计者通过调节百叶的开台及不同方向上百叶的配台来控制室内气流，从而实现完全被动式的自然通风。当风从术格栅穿过，就会发出瑟瑟音韵，

第五，中庭或者风塔的拔风效应对自然通风很有帮助，设计中应注意利用。如柯里亚的管式住宅就是由风塔或者叫烟囱演化而来的。因为其特殊的建筑效果。近些年中庭在办公、科教、医疗等各类公共建筑中应用非常广泛。所以，下面就重点论述一下中庭的通风性能。首先．利用中庭的烟囱散应可实现对相邻房间的自然通风，然而应该注意一个物理现象-中和面效应的不利影响。即：在室内最高点，空气由室内向室外运动，其原理在于该处中庭内空气压力高于室外。同样，在室内最低点，中庭空气压力低于室外，空气由室外流。显然．在中庭垂直方向上。存在一点，使得室内外空气压力相同．通过该点的水平面，就是中和面。显然，只有处于中和面以下的亩洞．空气才由室外流八中庭井由顶部排出，中和面以上的窗洞如若开启，必将成为出风口。也就是说，在某些情况下，利用中庭的烟囱效应，只可对建筑的一部分房间实现自然通风，上层房间为避免污浊空气的回灌，面向中庭的窗户应该关闭，或者将通风窗像烟囱一样高高顶出屋面，通过提高出风口的高度来提升中和面的高度，强化中庭的通风效果。其次，当利用烟囱效应带走夏季聚集在中庭内的热量，改善室内热环境时，应该保证由进风口引入的空气的温度足够低，最高不超过室内温度．否则效果不明显．甚至适得其反。一般的方法是在中庭进风口侧设置大片水面进行绿化，从而保证从该处吹入中庭的空气温度足够低，以获得良好的降温效果。

此外，值得注意的是，“烟囱数应”中的烟囱的剖面形式直接决定其作用的好坏。上大下小还是上小下大，还是一个方盘子?实际上．像冷却塔一样的抛物线性的体型是是有利的。原理就是利用瓶颈效应，局部收缩以提高风速。最后应注意的是，应将通风设计和供暖、降温以及光照设计作为一个整体来进行。尤其是在中庭设计中，要避免夏季防晒，以免导致室内温度过高，为此，可以采用遮阳措施或者选用可开启的屋顶；冬季玻璃顶部应注意保温，以免导致采暧负荷过重的现象。这三者之间相互联系，如室内热负荷的降低可虬减少对通风量和效率的要求，所以设计时也不能单独顾此失彼．

3 结语

国外有一种“替换式通风”的方式，就是使比室内温度低约一度的空气从地板下以很低的速率(一般0.2m/s)飘出，然后空气被使用者体温．计算机等设备和照明光源加热，然后上升流经天花板或高窗排出，这种通风的方式直接为室内提供了更好的空气质量和舒适程度。

另外，在有些特殊地形里，如有山洞的山区或是有废弃的矿井的地方，可以利用地下的空气为建筑提供通风，不仅满足了通风的要求，更利用了地热，如此以来，冬夏两季的室内温度都能得到保证了。

由此可见，随着建筑节能事业的发展，自然风对于建筑的重要想将越来越高，而建筑师也将会需要掌握更多的技术知识才能适应新阶段的建筑设计的要求，只要创造性地利用自然通风，就能刨造出新奇的建筑形式。这正是应了密斯的一句话：当技术是实现了它的真正使命．它就上升为艺术了。

参考文献：

[1]朱颖心, 欧阳沁, 戴威. 建筑环境气流紊动特性研究综述[J]. 清华大学学报（自然科学版）， 2004,44（12）.

[2]伍志强. 建筑节能的自然风利用技术及实证研究[J]. 安徽建筑, 2010,2.