浅议建筑自然通风设计

摘要：本文作者结合实际设计建议，对建筑自然通风设计进行了分析探讨，提出了自己的见解。

关键词：建筑；自然通风设计

1 采用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采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风方式的根本目的就是取代（或部分取代）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可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，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。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气（新风），有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。

2 自然通风设计需考虑的因素

2.1室内得热量

应用自然通风的前提是室外空气温度比室内低，通过室内空气的通风换气，将室外风引入室内，降低室内空气的温度。对于完全依靠自然通风系统进行降温的建筑，其使用效果则取决于很多因素，建筑的得热量是其中的一个重要因素，得热量越大，通过降温达到室内舒适要求的可能性越小。

2.2 室内空气湿度

应用自然通风对降低室内空气温度效果明显，但对调节或控制室内空气的湿度，效果甚微。因此，自然通风措施一般不能在非常潮湿的地区使用。但对于室外环境中空气温、湿度比较温和适宜的地区（如英国），该技术被广泛应用而且非常成熟。

2.3 环境噪音和空气污染物

根据目前的一些标准要求，采用自然通风的建筑，其建筑外的噪音不应该超过70dB。同时，自然通风进风口的室外空气质量应该满足有关卫生要求。可是如今在一些大中型城市，自然通风环境噪音水平和空气污染物浓度是目前城市环境治理中的难点，从而成为自然通风技术在城市建筑中应用的主要障碍。

3 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，产生空气流动。这种流动直接受建筑外表面的压力分布和不同开口特点的影响。压力分布是动力，而各开口的特点则决定了流动阻力。就自然通风而言，建筑物内空气运动主要有两个原因：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。

3.1 风压作用下的自然通风

风的形成是由于大气中的压力差。如果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）。由于经过建筑物而出现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。某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对于风向的方位、风速和建筑周围的自然地形有关。

3.2 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，沿右建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度。如果室内温度高于室外，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。如果，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，建筑师们多采用烟囱、通风塔、天井中庭等形式，为自然通风的利用提供有利的条件，使得建筑物能够具有良好的通风效果。

3.3 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、建筑物形状、周围环境等因素的影响，风压与热压共同作用时并不是简单的线性叠加。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，密切配合使用，实现建筑物的有效自然通风。

4 实现自然通风的方式与设计理念

通风是建筑最基本的功能之一。它能降低建筑能耗，使建筑的室内环境和自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高、更完美的目标。

4.1合理控制建筑布局与设计体型

建筑布局受很多因素控制，不同布局的建筑群和建筑体型对于自然通风的效果影响很大。从生态的角度上，影响布局的主要因素有阳光与风向。防止单体建筑吸热与太阳辐射过度的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致：对于建筑群体，若风沿着法线方向吹向建筑，会在建筑物背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。所以在建筑设计中要根据风向投射角对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时还要结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。在单体设计中还应结合总体布局对建筑的体型，包括进深、高度、面宽乃至形状等实行一定的控制，解除前幢建筑对后幢建筑通风的影响。

4.2 优化设计建筑物门窗开口

建筑物开口的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动以及通风效果。若进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据实验研究，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。另外进风口与出风口应相对错开位置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流均匀，通风效果更好。

4.3 有效组织穿堂风

所谓“穿堂风”是指在风压作用下，室外空气从建筑物一侧进入，贯穿内部，从另一侧流出的自然通风。“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式，应该尽量组织好室内的通风，有效组织穿堂风的具体措施有：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑物内部的窗户和门的开口，引导气流；根据需要，通过调节风口，改变风速风量。另外合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。穿堂风的具体设计要求有：①气流路线应流经人的活动范围；② 有必要的风速，最好达到0.3m/s以上。对有大量余热和有害物质的生产车间，组织自然通风除保证必要通风量外，还应保证气流的稳定性和气流线路的短捷性。

5 结束语

通风是建筑的最基本功能之一，降低建筑能耗，使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。自然通风设计是一个系统设计的过程，需要涉及到多专业知识的配合。在设计过程中，应该根据建筑的规模、使用状况、人流分布、舒适度要求等进行分析计算。随着科学技术的发展，我们有理由相信，自然通风这种廉价、舒适、健康的通风方式会在生态建筑中得到广泛的应用，是可持续发展必须采用的一种节能方式。

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