对建筑自然通风设计的探讨

【摘要】自然通风是实现建筑节能的重要部分，本文就自然通风的意义以及原理进行了分析，并对实现建筑自然通风的方式进行了探讨。

【关键词】自然通风 建筑设计 建筑节能

一、引言

通风是建筑设计中的重要内容，是实现建筑节能的重要方面。减少建筑对能源的使用，确保其能够和环境有效地协调，成为了符合其基本功效之后的最主要的追求。在当今的设计里，不但重视其自然通风工艺，最主要的是看中把这个传统的手段和所处地区的气候特征等多种要素融汇到一起进行分析，得到多层面的，综合的建筑工艺。总之，自然通风技术作为一种生态技术，相信随着生态、可持续发展理念的不断发展，自然通风这种廉价、健康的通风方式将会越来越多地被利用到建筑设计中去。

二、自然通风的意义分析

目前，许多建筑中都开始使用自然通风技术，之所以大力推崇此项技术，就是为了用其带替空调体系，降低能耗。在此步骤中有两项内容是非常关键的。首先是实现有效被动式制冷，在外界的温度以及湿度等非常小的时候，它能够在不使用能源的状态下进行降温减湿活动，将室内的温度和水分降低，确保给人一种舒适感。它不仅能够降低对能源的使用，减少污染，而且是一种完全和谐的发展理念。其次是能够带来非常清新的新风，对于提升人的身心健康来讲意义非常的重大。目前空气质量下降的关键问题就是因为没有足够的新风进入其中。长时间的使用空调，引发了许多问题，使用自然的通风能够将屋内的不清新的气体去除，而且还能够实现人与自然地和谐发展。

三、自然通风的原理

建筑的自然通风从动力来源上可分为完全自然通风和机械辅助自然通风两种模式。而完全自然通风的有两个主要的原因：风压以及室内外空气密度差。则自然通风的原理有以下几点：

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，而风压作用下则是指利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差来实现空气的流通。当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用产生正压（约为风速动压力的0.5-0.8倍），而背风面上由于受到空气绕流影响产生负压（约为风速动压力的0.3-0.4倍）。这样就形成了全面换气的风压自然通风。但需注意的是，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、风速和建筑周围环境有关。

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，就是利用热空气上升的原理，在建筑物上部设排风口，排出室内被污染的空气，吸入室外新鲜的空气。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。在设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔，如楼梯间、中庭、拔风井、管道井等，满足进、排风口的高度差，将建筑各层的热空气排出，使得建筑物能够具有良好的通风效果。与风压自然通风相比较，热压自然通风更能适应常变的外部风环境。

3.风压、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。如同一建筑物，迎风面下部热压，风压作用的方向一致，进风量要比热压单独作用时大，如果迎风面上部的风压大于热压，就不能从上部开口排气，相反将变为进气，进成倒灌。但由于室外风速，方向甚至在一天内也变化不定，为了保证自然通风的效果，风压在计算中一般均不予考虑；不过由于风压是客观存在的，故定性地考虑风压在自然通风中的影响，使风压和热压作用相互补充，密切配合使用，仍是必要的。

4.机械辅助式自然通风

在一些大型建筑设计中，由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风；且对于空气污染和噪声污染比较严重的城市，直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内，不利于人体身体健康。在这种情况下，可借助一种机械辅助方式加速室内通风。

四、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。

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。

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。

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。