浅谈建筑自然通风与节能

摘要:自然风是清洁、可再生能源,自然通风是改善室内热环境和空气品质及建筑实现节能、生态等目标的重要手段。本文在分析建筑中自然通风设计的基础上,就自然通风与节能的关系展开简要论述，旨在引起地域建筑设计中对自然通风技术的重视。

关键词:建筑；自然通风；节能

自然通风是人类调节室内环境的一种通风方式，历史比较悠久。它有很大发展潜力，不仅具有提高室内空气品质、改善室内热舒适性的优点，还是当今建筑物实现环保、节能等目标的重要手段。

我国很多地区夏季气候炎热，空调、风扇等机械通风方式的普遍采用，使得供电系统常常不堪重负。在建筑物中应用自然通风技术,不但能够节约大量的电能,还能改善建筑空间的生态环境,这对建设节约型社会具有十分重要的意义。

一、自然通风的形成

自然通风的形成原理主要有采用风压、热压、风压与热压相结合、机械辅助通风等几种形式。

1、通过风压实现自然通风

风压通风俗称“穿堂风”。 在外部风环境比较良好的的地区,自然通风主要通过风压来实现。

风洞试验表明：因受到建筑物的阻挡, 风吹向建筑物时就会在建筑的迎风面产生正压力。同时,建筑物的各个背面、侧面, 会在气流绕过时在相应位置产生负压力。空气的流通就是通过建筑的迎风面与背风面之间的压力差来实现[1]。压力差的大小取决于风与建筑的夹角、建筑几何形状、建筑物四周的自然地形。当建筑的正立面有风垂直吹过时,在屋脊、屋角处负压最大，而迎风面中心处正压最大。

2、通过热压实现自然通风

自然通风也可通过建筑内部空气的热压差 ― 即通常讲的 “烟囱效应” 来实现建筑的自然通风。利用热空气上升的原理 ,在建筑物上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出,从建筑底部吸入室外新鲜的冷空气，达到自然通风的目的。热压作用与进、 出风口的高差和室内外的温差有关,室内外温差和进、出风口的高差越大 ,则热压作用越明显。

在建筑设计中 ,可利用建筑物内部的竖向空腔，如中庭、楼梯间等满足进排风口的高差要求,将可以控制的开口设置在顶部,使热空气从建筑各层排出，以达到自然通风的目的。与风压式自然通风不同，热压式自然通风更能适应不良的、常变的外部风环境。

3、风压和热压共同作用下的自然通风

在建筑的自然通风实际设计中，由于建筑物受建筑布局、地理位置、气候因素等综合因素的影响, 风压通风与热压通风往往是互为补充、密不可分的，只是各自的作用强弱不同而已，建筑进深较大的部位多利用热压来达到通风效果，而进深较小的部位多利用风压来直接通风。

4、通过机械辅助式系统自然通风

在一些大型建筑中,由于流动阻力大、通风路径长,单纯依靠热压和自然风压往往难以实现自然通风，而在空气、噪声污染较严重的城市，室外污浊的空气和噪声通过直接的自然通风带入室内，将不利于人体健康。

在这种情况下，建筑物常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道 ,辅以符合生态思想的空气处理手段 (如深井水换热、土壤预冷、预热等 ) ,并借助温差造成的热压和机械动力相结合而形成室内外空气对流。与前述的自然通风方式相比,虽然机械辅助式的自然通风系统要消耗一定的能源,但是因为重新组织了气流,自然通风自然达到了更好的效果。

二、自然通风与建筑节能的关系

自然通风对于建筑和人而言,具有三种基本功能：第一种功能是增加人体内散热及防止由皮肤潮湿引起的不舒适 ,以改善热舒适条件，称为热舒适通风。第二种功能是使室内因居住及生活过程而污染的空气被室外的新鲜空气所更新，以保持室内空气的洁净度达到某一最低标准的水平,称为健康通风。这是任何气候条件下都应该予以保证的。第三种功能是当室内气温高于室外的气温时，使建筑构件降温，称为建筑的降温通风。由于这三种功能使人不再需要人工调节而获得健康和热舒适，从而有效地减小了建筑耗能 ,尤其是降温通风对于建筑节能意义更是不言而喻的。

三、建筑中自然通风设计与节能

建筑中的自然通风不仅带走污浊的空气，提供清洁、新鲜的自然空气，有利于人们的身心健康，同时还可在不消耗电能等不可再生能源情况下降温通风，有效地减少使用空调的负面影响，从而做到建筑的节能减排。建筑中主要通过优化建筑物窗户、屋顶、地板等的设计来增强自然通风的效果[2]。

1、窗户的自然通风与节能

建筑中的自然通风设计的风口一般是以窗户来充当，窗户的面积大小、几何形状及安装位置等都会影响室内热舒适、气流组织及通风效率。随着窗户类型、开口面积、室内外温差的不断变化，窗户的通风系数也随之变化，世界著名的建筑大师PerHeiselber等人研究了不同类型窗户的通风特性,认为对贯流通风、单侧通风以及热压驱动的自然通风来说, ,侧悬式窗户是夏季的最好选择，底悬式窗户则是冬季的最佳选择。

2、屋顶的自然通风设计与节能

屋顶利用烟囱、天窗、风斗等构造为气流提供进出口，是整个建筑自然通风系统的一个重要组成部分，但本身亦自成体系，可称之为一个独立的通风系统。

首先，空气间层设在通风屋顶内部,气流利用热压通风原理在空气间层中流动,以降低或提高屋顶内表面的温度；其次，屋顶的高度、几何形状影响室外风压, 采用翼形屋顶可形成自然风的低压区和高压区，以达到增强自然通风的效果。

3、地板的自然通风与节能

二十世纪90年代，美国对其国内封闭的节能建筑进行了大规模改造, 大约有60%的建筑增加了建筑通风设施, 地板通风取代了传统的房间上部通风。采用地板通风,好处是显而易见的[3]。当人在房间里活动时, 新鲜空气从地板的进气口不断上来，室内温度就比较低，新风就围绕着人体(热源),不仅提供室外新鲜的空气,还可防止由皮肤潮湿引起的不适及增加体内散热。我国有条件的地区也可以在建筑物节能改造中借鉴美国的这种先进方法。

四、结语

总之,建筑中的自然通风可以通过以上几种途径达到生态环保、节省能耗的要求。建筑中的自然通风设计，仅仅定性是不够的，在具体施工建造过程中, 还要根据建筑物的实际情况,真正做到具体问题具体分析，从而因地制宜,有效降低建筑能耗。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、舒适、健康的通风方式将会越来越多地被应用到现实生活中。