自然通风技术在建筑中的应用研究

摘 要：自然通风是指利用空气的温差引起的热压或风力造成的风压来促使空气流动而进行的通风换气。在建筑中合理地利用自然通风技术，有利于节约能源，改善室内生态环境。本文主要介绍了现代建筑中自然通风技术的原理和应用.

关键词：自然通风；节能；热压；应用

引言

在人类社会文明的进化过程中，环境起着至关重要的作用。然而，随着世界经济的迅猛发展，人类对自然的索求剧增。尤其是随着居住条件的改善以及人们对居住环境热舒适要求的提高，空调能耗在建筑能耗中的比例也相应增加。从而使人们逐渐淡化对自然通风这种气候适宜性技术的应用。然而，在今天全球能源紧张、节能压力增大、空气品质恶化以及建筑综合征等发生的情况下，人们不得不从新审视自然通风这一传统的气候适宜性技术，自然通风这种古老而有效的技术在今天得到了前所未有的重视。

1自然通风的机理

自然通风按工作原理可分：热压作用下的自然通风、风压作用下的自然通风、热压风压共同作用下的自然通风，按通风方式可分：纯自然通风和机械辅助自然通风。建筑中应用自然通风技术的工作原理，是利用建筑外表的风压和建筑内部的热压，在建筑内产生空气流动以尽量减少传统空调制冷系统的使用，从而达到减少能耗，降低污染的目的。

1.1热压作用下的自然通风

热压作用下的自然通风是由于存在室内外温差和进排气口高差，利用空气密度随温度升高而降低的性质而进行的一种通风方式。

1.2风压作用下的自然通风

当室外气流与建筑物相遇时，由于建筑物的阻挡，建筑物四周室外气流的压力分布将发生变化，迎面气流受阻，动压降低，静压增高，形成正压区，在背风面及屋顶和两侧形成负压区。如果建筑物上开有窗孔，气流就从正压区流向室内，再从室内向外流至负压区，形成风压通风。风压通风的压力大小主要取决于风速和由建筑各面尺寸及与风向间的夹角所决定的空气动力系数，空气动力系数一般由专门的模型实验决定。由风压促成的气流可以穿过整个房间，通风量会大大超过热压促成的气流，这是夏季组织通风的主要方式。

1.3风压热压同时作用下的自然通风

建筑物受到风、热压同时作用时，护结构上各窗孔的内外压差就等于各孔的余压和室外风压之差线性叠加。由于室外风速和风向是经常变化的，因此风压的作用不是一个可靠的因素，在一般工程设计中均不予考虑。然而，在理论上对室内热环境进行动态分析时，必须考虑风压的作用。

2建筑中的自然通风考虑因素

自然通风技术在运用的过程中，要充分结合当地气候、环境条件，采取相适应得技术措施，才能保证自然通风达到良好的生态效能。自然通风在考虑普通的诸如气候、建筑朝向、室外绿化、通风构造细部等要素的影响外，越来越多的考虑以下两点要素：①太阳能强化自然通风。太阳能强化自然通风的建筑构件主要有屋面太阳能烟囱以及与建筑一体化安装的太阳能空气集热器。为了在夏季达到更好的冷却效果，通常将这些作法与其他建筑构件复合成一个有组织的自然通风系统；②计算机模拟自然通风。计算机模拟技术，特别是计算立体力学对自通通风设计有着非常重要的作用，它利用连续性方程、动量方程、能量方程等控制方程对空气动力进行分析，然后利用计算机软件进行计算机模拟，得出可视化的直观效果，对建筑师设计出合理的建筑风环境提供了重要的参考。因此，随着计算机模拟技术的不断发展，计算机模拟对自然通风的设计无疑会产生巨大的推动作用。

3建筑中增强自然通风的方法

建筑物中的自然通风在实现原理上由“风压”和“热压”引起的空气流动。在实践中，往往由于条件所限制，单纯利用风压或热压不能满足通风需要，因此，必须采用一些特殊的方法增强风压或热压，甚至采用机械辅助自然通风以达到强化自然通风的目的。

3.1穿堂风的组织

穿堂风是自然通风中效果最好的方式。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。利用窗户和门的开口引导气流，合理的家具布局与隔断，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必须有必要的风速，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。

3.2利用屋顶增强自然通风

屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的一个组成部分，本身也可以成为一个独立的通风系统。通风屋顶内部一般有一个空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气的温度。通风隔热屋面通常有以下两种方式：①在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的；②利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。另外，在屋顶安装屋顶自然通风器也可以起到自然通风的作用，其工作原理也是利用热压和风压来实现换气。屋顶通风器可以单排布置，也可双排布置，可布置在双坡屋面的屋脊处，也可布置在斜屋面上。

3.3“烟囱效应”的利用

中庭是利用竖直通道所产生的“烟囱效应”以及层高所引起的热压来有效组织自然通风。中庭一般具备两种功能：①让太阳射入中庭，加热中庭内的空气，使得上下空气形成温差；②这种中庭一般是可开启的，在需要通风时可使空气流出。比如在冬天，阳光透过玻璃屋顶直射进来，中庭屋顶的侧窗关闭，使中庭成为一个巨大的“暖房”，到了夜晚，白天中庭储存的热量又可以向两侧的房间辐射；而夏天，中庭屋顶的侧窗开启，将从门厅引进的自然风带着热量一并排出，使建筑在夜间能冷却下来。可作为“竖井”空间的，除了中庭外，还可以利用建筑的楼梯间。同样，拔风井同样也是利用“烟囱效应”，造成室内外空气的对流交换。当建筑中高层的热负荷很大而低层的热负荷很小或者没有时，烟囱可以诱使低层的空气流动。

3.4利用双层玻璃幕墙进行自然通风

自然通风型双层玻璃幕墙又叫“呼吸式幕墙”或“热通道幕墙”，它由内外两层玻璃幕墙组成，两层幕墙中间要形成一个通道，并在外层玻璃幕墙设置进风口和出风口。自然通风型双层玻璃幕墙与传统的玻璃幕墙相比，最大的特点就在于内外两层幕墙间形成了一个通风换气层，即气流通道。在气流通道中，可根据需要设置百叶等遮阳设施。冬季时，关闭通风层两端的进风口与出风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个温室，能有效提高内层玻璃的温度，减少建筑的采暖费用；夏季时，打开换气层的进、出风口，在阳光的照射下换气层的空气温度升高而自然上浮，形成自下而上的空气流，“烟囱效应”带走换气通道内的热量，降低内层玻璃表面的温度，减少空调的制冷费用。此外，通过对进、出风口的控制及对内层玻璃幕墙结构的设计，可在气流通道内形成负压，利用内层玻璃幕墙的开启扇，可在建筑物内部形成气流进行通风换气，从而优化建筑的通风质量。

结语

总之，在现代建筑中采取针对性的自然通风技术，有利于改善室内生态环境，有利于节约能源，有利于保护人体健康。随着人们对居住和工作环境要求的提高以及能源紧缺问题的出现，通风节能的重要性日益突出。合理地利用自然通风技术，是建筑可持续发展过程的一个重要部分，应当引起高度的重视。

参考文献

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