夏热冬暖地区建筑自然通风节能设计研究

摘要:夏热冬暖地区的建筑合理地利用自然通风，是实现建筑节能、创造健康人居环境的有效措施。本文指出了自然通风对于夏热冬暖地区建筑节能的重要性，重点研究了夏热冬暖地区建筑自然通风节能设计的一些思路，并提出了一些改进策略，以期对夏热冬暖地区建筑自然通风节能设计提供参考。

关键词:夏热冬暖地区；建筑节能；自然通风；设计思路

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

一直以来，建筑行业是耗能大户，在我国资源能源短缺的形势下，建筑节能设计是势在必行的。在以往建筑节能设计中，自然通风在一定程度上被忽略了，在自然环境日益受到重视的今天，自然通风与人体舒适度的联系和建筑节能的关系显得尤为重要，并且逐步被反映到建筑节能设计当中来。在建筑节能设计中充分利用自然通风，使夏季大部分时间达到室内热环境舒适温度，可将空调运行时间最短、运行能耗降到最低。因此，有效地利用自然通风，已成为建筑节能设计的重要一环。

1 自然通风对夏热冬暖地区建筑节能的重要作用

夏热冬暖地区风力资源比较丰富，夏季平均风速均在2.5m/s左右(表1)，如果能有效地运用这一资源，进行夏热冬暖地区的居住建筑自然通风节能，这势必将对建筑节能做出极大的贡献。

表1 室外风环境状况

有研究人员用计算机能耗模拟软件(Dest)对夏热冬暖地区夏季居住建筑的各种节能措施进行了分析，得出夏季空调制冷能耗水平(图1)：在增加了自然通风过后，夏季室内空调制冷能耗降低了30%左右，可见自然通风能极大地降低夏季建筑能耗，改善室内热环境。

图1 单一增加自然通风的能耗

综合各种节能措施节能率比较(图2)：每项节能措施都或多或少地降低夏热冬暖地区的夏季空调能耗，其中影响最突出的是外窗节能措施、建筑遮阳

图2 各种节能措施的空调节能率比较

与自然通风。我们可以发现自然通风对于降低夏季室内制冷能耗起到了很大作用，因此尤其要注重以往没有引起足够重视的自然通风措施在建筑设计过程中的应用。

2 夏热冬暖地区建筑自然通风节能设计思路

2.1 建筑总平面布局的设计思路

夏热冬暖地区中，合适的建筑总体布局与建筑的自然通风效率密切相关。在具体的住宅设计中，尽可能地使建筑的朝向顺应夏季主导风向，采用合适的建筑密度与点式建筑布局，为住宅的自然通风创造条件。尤其在布置中最好能结合具体主导风向方位逐级错落布局，这样能有利于场地内的夏季通风和阻挡冬季冷风。在住宅建筑设计方案中，尽可能引进计算机辅助设计软件，如引进Ecotect(生态建筑大师)软件进行夏热冬暖地区建筑的最佳朝向模拟分析，以及一些CFD软件对场地内的风环境进行计算机模拟，针对模拟的结果进行建筑布局的局部调整来改善风环境，对不适宜调整建筑布局的地方，可以通过场地的植物配置引导风向来改善局部的风环境。

2.2 建筑单体平面的设计思路

建筑单体平面舒展布局比紧凑平面能够更好地获得自然穿堂通风，房间进深浅(一般以14m为宜)，更有利于自然穿堂风的形成，因此，应该优化布置各个大进深房间的位置(图3)，要有意识地将墙设计成各种可移动的隔断，便于形成穿堂风；要积极设置天井庭院，房屋内部的庭院可以作为冷源或热源来加强通风。在图4中，当房屋前后都围有院墙时，南侧小院内的空气由于受到阳光照射而上升，从而将北侧小院内较凉的空气通过南北窗户引进南院来，起到房间通风的效果。

夏热冬暖地区夏季室外平均风速一般为2.5m/s，略低于实现风压自然通风的风速要求(一般不小于3～4m/s)，但是夏季室外风速还是有大部分时段的风速＞2.5m/s，应积极通过单体平面布局的优化改进来充分利用该时段的风速，以实现风压自然通风。

图3 各种穿堂风

图4 各种中庭通风降温

2.3 建筑单体剖面的设计思路

在剖面设计中，可以利用烟囱效应在楼梯、公共空间等部分设置上下贯通的吹拔进行“拔风”。为了取得最佳效果，烟囱通风的开口应布置在靠近地板和顶棚处。出风口可以兼作高侧窗。此外，将吹拔设计成“文丘里管”渐缩断面，也可强化通风效果。因为随着截面的变小，断面内自下而上的空气流速增大，从而加大了管内与周围房间的空气压差，有利于“抽风”。还有一种是现在比较流行的称为“太阳能烟囱”的做法，就是利用收集的太阳能加热烟囱中的空气，这样也能增大进风口与出风口之间的空气温差，增强通风效果。

除了吹拨增强自然通风效果外，还可以在首层设计时进行架空，此类策略针对夏热冬暖地区夏季气候炎热的特点，能极大地改善建筑小区内部的风环境，消除部分静风区。

2.4 建筑单体立面的设计思路

在建筑单体立面设计优化上，通用的优化策略是在建筑的迎风面与背风面都开大窗户，或者在立面上设计通风洞口，以获得穿堂风。又或者在屋顶开孔，可以对整个建筑起到通风作用，可以采用各种形式的开孔，比如监视孔、炮塔、老虎窗、屋顶小塔楼、屋脊通风孔以及山墙通风孔等。

不同的屋顶形式，其自然通风效果不同(图5)。据研究，坡度＜45°的屋顶，前后坡风压差小，自然通风效果不明显；坡度越大，前后压差越明显，自然通风也愈好。但坡度大的屋顶耗材量大、施工难度也大，所以要结合实际情况，选择合适的屋顶形式。

图5 各种坡度屋顶形式的风压关系

在建筑立面上还可以应用立体绿化，加强夏季的自然通风效果。在一些多层和高层住宅设计中，可在外墙上隔断设计种植台、花架等与墙面设计整合的绿化设施，有条件的，可以在构架上设置自动喷淋设施，仿照“双层表皮”原理，形成一道绿色屏障。构架的应用不仅可改善紧贴墙壁种植爬藤类植物所带来的破坏墙体而导致渗漏的缺陷，而且构架与墙面之间的空气潮湿层则形成通风井，加强了自然通风效果，同时带走了墙面上的热量。

在建筑立面上设置一定规则的导风板，使室外风流经导风板引入室内，也能够增加建筑通风的正压功能。在设计中，可以选用一些不锈钢、高强塑料、玻璃钢等耐久材料做的导风板，除了导风的功能，还可以对其进行装饰化，给建筑带来美感。

优化设计立面上的遮阳构件设施，遮阳的目的是遮挡直射阳光、降低室内温度，同时还可为墙面遮荫和减少辐射热、造成空气压力差，加速室内空气流通，以增强通风换气效果。在闽南民居遮阳处理中，有很多手法，如凹门遮阳，小阳台式遮阳，檐、廊遮阳，门窗遮阳，骑楼遮阳等，可以拿来借鉴，以设计出兼顾遮阳与通风双重要求的遮阳设施。

3 结语

总之，利用夏热冬暖地区气候的有利因素，降低建筑能耗，体现了建筑适应气候的设计理念。自然通风是一种健康、低成本、环保的建筑节能方式，设计人员们应该在建筑设计中尽可能利用，以提升建筑品质、价值，满足人的舒适与健康，实现健康舒适的建筑。

参考文献

[1] 袁经兵.自然通风在住宅建筑设计中的运用[J].城市建设理论研究,2012年第4期

[2] 刘西;吴扬.夏热冬暖地区内廊式住宅室内自然通风设计初探[J].中外建筑,2012年第01期