自然通风与机械通风的博弈

自然通风与机械通风最根本的区别就是新风的采集方式不同。一种观点是充分利用外部自然环境的力量调节室内的温湿度，从而减少能量的使用；另一种观点是建立一个密闭的盒子，减少内部能量流失，从而降低能量的消耗。前者以自然通风为代表，后者需要机械通风来补充新风。这两种不同模式之间的博弈，在建筑全寿命周期里很难说哪一种更有优势，也正因为自然通风与机械通风各具优缺点，才出现了折中的混合模式。本文的最后，将以中国目前已建成的部分“恒温恒湿”的住宅为例，针对它们目前所面临的问题，讨论未来节能住宅在这一领域的发展方向。什么是通风

通风就是室内外之间的空气运动，是我们所说的HVAC(采暖通风与空调)中的V。

通风，有助于保证室内的空气质量。当人们或动物在室内的时候，通风有助于稀释室内的气味和二氧化碳等由空气传播的污染物，例如：灰尘、烟和有挥发性化合物。通风通常也可以用机械系统把室内的热气、冷气和湿气排到室外。

通风模式一般包括：自然通风、机械通风和混合模式通风。自然通风的优，缺点

自然通风就是用自然的方式实现新风的进与排。在建筑中一般有两种自然通风模式风压作用下的自然通风(图1)；温压作用下的自然通风(图2)。我们所熟知的“烟囱效应”(温压作用下的自然通风)这种由浮力产生的温压作用很小(平均0.3Pa-3Pa)，而风压作用往往很大(1Pa-35Pa)。

1　自然通风的优点

室内污染物例如甲醛，氡的堆积会给我们带来很多健康问题：湿气也会导致细菌的滋生给居室带来危险……通风是解决这些问题的关键因素。

自然通风显著的优点是：简单、经济，没有设备噪音。

传统的生活方式和观念给我们暗示，自然通风是最直接简单的获取新鲜空气的途径。事实上，充分考虑室内外温度，风压，选择合适的时间，开启门、窗就能够实现很好的通风效果。在许多地区和不同气候条件下，我们优选自然通风获取新鲜空气和调节室内温度，甚至在城市设计，总图设计中，也可以利用夏季主导风向，设计正确的城市形态和建筑形式，从而降低冷，热负荷，减少空调的使用，起到节能的效果。

2　自然通风的缺点

自然通风最主要的缺点就是不易控制。在采暖或制冷季节，建筑门窗被人为开启后没有及时关闭，造成室内大量冷，热量流失。所以，采用自然通风系统时，我们需要建筑的使用者有良好的行为方式才能确保建筑的节能。同时由于窗户的开启，室外噪音、汽车尾气和污染物也会进入室内，这种现象在城市化进程越来越高的今天尤显突出，因此，传统的开窗通风面临着挑战。

自然通风并不是一个万全之策。尤其是在热带和寒带，选择自然通风应该谨慎。因为自然通风依赖室外的温度和风，只能在很短的时间段里进行通风，更多的时间段还需要选择其它的方式进行补充。同时，自然通风如果控制不得当，还会造成室内结露。

在进深比较大的建筑中，自然通风也很难保证新鲜空气能够渗透进去。自然通风能够覆盖的最大进深约为13.7m。所以，这也决定了自然通风适用于某些建筑类型。

在欧洲被动式建筑中，随着节能要求的不断提高，建筑维护结构密闭性能越来越好，单纯依靠自然通风获取新鲜空气已经不能满足规范的要求，因此在设计中必须考虑机械通风系统进行补充。从字面上看这和国内的采暖通风与空气调节设计规范相似，自然不足用机械补充，但实质却是不同的，欧洲节能住宅鼓励的是机械通风，我国的规范还是倡导自然通风。

3　自然通风的策略

自然通风系统基于建筑的形式和区域气候特点会有所不同。自然通风的数量依赖于室内空间的设计和通风系统面积及通风系统在建筑中的位置。建筑布置应该充分利用夏季主导风向，提高自然通风的效果。同时还可以采用一些措施，例如设置防风林等阻挡冬季风的渗透。

目前，自然通风系统有两种模式：风压作用下的自然通风和温压作用下的自然通风。

风压作用下的自然通风就是根据主导风向布置窗户、门和其它开口，利用风压作用使新鲜空气在室内流动。

温压作用下的自然通风可以理解为通常意义上的烟囱效应，利用热空气的上升起到通风的效果。一般通过在房间较高的位置布置排风口，在房间较低的位置布置窗户或通风器，实现新风的进与排。

另外，目前国内市场上已经有了一些通风器产品，能够与外窗或外墙相结合，不需要电力和风机就可以实现自然通风，同时可以阻挡室外噪音，通过增加活性炭等措施还可以吸附室外污染物的进入。这比传统开窗通风有了较大的改进，但也增加了造价，还需要定期清洗过滤设备。

机械通风的优、缺点

在建筑和气候控制中，机械和强制性通风是指采用电力设备例如风机、风扇来实现新风的进与排。图3显示的是欧洲被动式建筑中，在独栋或连排别墅项目中应用比较普遍的系统：“密闭房间+独立置换式新风”系统。这种系统的特点是：利用埋深4m～5m的浅层土壤进行换热，以空气为载体，建筑密闭性好，除了入户及阳台的门窗以外，其它窗户均不能开启。这是完全意义上的机械通风系统。这种利用土壤换热采集新风的模式在国内还没有应用。

1　机械通风的优点

在很多气候条件下，尤其是在保温隔热好的建筑中设置机械通风是很必要的。机械通风可以保障连续和稳定的新风，可以很好地控制室内的湿气，在保证进入室内空气洁净度的同时，还能降低室外噪音及污染物的影响。

机械通风系统一般会集成热回收或热转换系统，能够预热进入室内的新鲜空气，起到节能的效果。但置换式新风系统需要密闭的建筑护结构提高它的工作效率。

2　机械通风的缺点

密闭的护结构就意味着很难实现自然通风，这极大的挑战了我们的日常生活习惯。虽然很多产品号称它们能根本地解决室内空气的质量，控制灰尘、尘螨的污染，但一些研究显示例如哮喘，尘螨等过敏反应与室内空调系统有关。而且，经过2003年的非典，在主流媒体的影响下，人们开始质疑机械通风能不能保证室内空气的质量。由于大厦物业公司不按规章制度定期清洗和维护通风设备，也造成人们对机械通风的不信任。

抛去人为因素，更重要的缺点是室外空气的进风率差别大，初始投资也比较高，还有就是机械设备自身的能耗大，还有噪音。

3　机械通风的策略

在寒冷地区，消耗燃料加热室外空气到舒适的温度；在热带或潮湿的地区，消耗电力降低室外空气的温度和除湿。采用机械通风，同时能够降低能耗的策略包括：

(1)考虑结合自然通风。

(2)避免过度的通风率。

(31新风系统集成冷热空调系统。

(4)使用高效的风机和风道系统。

(5)使用热和湿置换装置。

混合模式

混合模式通风系统就是自然通风与机械空调系统相结合。

自然通风在很多气候条件下并不能全天候的解决室内新风的需要，也为了回

避自然通风的其它缺点，我们采用结合机械通风的方法，同时提供自然通风的可能性，这也尊重了人们一直以来的生活习惯。而作为设计者，要能够理解同时设计自然通风与机械通风的重要性，尽管我们知道为了保证节能的效果，把自然通风与人工制冷系统设计在一起是很困难的。

1　混合模式的优点

混合模式适合于新建建筑，也适合于改造建筑、自然通风建筑、低层和中高层建筑。采用混合模式系统的建筑比传统单一空调系统的建筑有四个显著的优点：

(1)由于结合了自然通风，在过渡季降低了供热，制冷、新风能量的消耗。

(2)由于较高的通风量保证了住户的身体健康。

(3)住户的居住舒适度高。

(4)由于采用机械通风系统和智能控制系统，增加了通风的灵活性。

2　混合模式的缺点

混合模式是自然通风与机械通风博弈后折中的做法，采用了机械通风的同时，也提供了自然通风的可能。建筑节能与否，通过哪种系统节了多少能，很难计量。而且，两种系统也带来了造价的上涨。但在传统生活观念的影响下，混合模式在未来仍然会大行其道。

3　混合模式的策略

混合模式系统有很多形式，智能控制系统还可以使建筑在“自然”与“机械“模式之间切换。常规的混合模式策略包括：

(1)并行系统同时使用自然通风系统和机械通风系统，住户可以自由开启窗户和机械系统提供辅助通风，除去湿气，制冷，而先进的控制系统可以和窗户一起保证空气供给率。

(2)转换系统：在不同的季节或者根据每天的不同，可以在自然通风模式与机械通风模式之间切换。在炎热。潮湿的季节使用机械通风系统，晚上可以采用自然通风系统冷却房屋：在炎热、干旱的气候区域，白昼温差大，建筑在夜晚自然通风，白天关闭窗户阻挡室外高温，同时采用机械通风系统保证室内的新风：相反，在寒冷气候区域，建筑在白天自然通风，晚上关闭门窗阻挡室外的严寒，同时采用机械通风系统保证室内的新风。

(3)区域系统：在不同的空间区域同时使用不同的通风策略。

实例分析

通风理论是复杂的，很多人给出过最佳的通风策略，但往往会引来争议。我认为即使在同一气候条件下，我们也很难给出唯一的通风策略。我们还要慎重考虑居民的生活习惯，建筑物的形式、建筑物的高度等等因素。

1　国外项目分析

在欧洲学习旅行里，Walter教授安排我们参观了一些低能耗的独栋，连排别墅和小型的公共建筑等。这些建筑均采用严密的护结构，提倡不开窗的生活方式，以降低冷热量的丧失，然后利用土壤换热供给室内新风，达到节能的效果。它们所应用的技术不昂贵，造价也没有提高很多，室内舒适度也不错。但这种模式没有大面积普及，从这点可以看出来，无论是国外还是国内，向往自然通风的情节是一样的。

2　国内项目分析

从2004到2010年，国内出现了很多以节能为主题的中高层公寓项目，采用“密闭房间+中央置换式新风”系统，提倡不开窗的生活方式。这些项目的节能策略还包括增加护结构保温，断热型材、LOW-E玻璃，外遮阳等措施，但主要是应用地源热泵系统和置换式新风系统。

通过对上述项目的调查，这些项目的实际运行情况还不错，室内能够保证较高的舒适度。但也存在很多问题，业主并没有从中真正体会到节能带来的收益，他们往往要付出比普通住宅高得多的生活成本。例如：

(1)北京锋尚国际公寓

2002年建成。采用了9项科技系统，天棚辐射采暖制冷系统，置换式新风系统，外墙保温隔热系统，外窗节能系统、防噪系统、中央吸尘系统，卫生设备后排水系统，垃圾处理系统、中水处理系统。其中最重要的节能策略是：置换式新风系统、天棚辐射采暖制冷系统。

问题：由于采用中央式采暖制冷采统及中央式新风系统，设备运行费用高。每年小区采暖费23元／m2，制冷费22元／m2，全年45元／m2。综合算下来，远远高于北京普通住宅的年平均使用费用。

(2)杭州北秀蓝湾小区

2007年建成。采用了6项科技系统，地源热泵技术分户控制系统，毛细管采暖制冷系统、新风加湿除湿系统、外墙外保温系统、外遮阳系统、太阳能热水系统。其中最重要的节能策略是：新风加湿除湿系统，地源热泵技术分户控制系统。

问题：居民每户两个月的电费达1000多元；若制冷季长时间家里无人居住，还需委托值得信赖的人定期(每隔144小时，即6天)开启除湿系统2个小时以上，如果超过144个小时不开系统，就很难保证房子不出现发霉、结露。

(3)杭州朗诗・国际街区

2009年建成。采用了10项科技系统。其中最重要的节能策略是：地源热泵系统，置换新风系统。

问题：小区设备运行费用平摊到业主，每户居民制冷费大约为30元／年。以138m2住宅为例。每年需交费4140元。而普通住宅制冷费用为每年2000元。结论

由于我国居住建筑采暖制冷没有真正实现分户计量，还是按照采暖面积收费。这就造成了业主用热和用冷的无节制，夏天空调开得很低，冬天暖气开得很热，小区总的冷热负荷居高不下，造成节能建筑不节能。另外，传统的生活方式告诉我们，要通风就应该开窗。这种生活习惯也阻碍了“密闭房间+中央置换式新风”系统的发展。

更重要的原因是，以上项目均采用了中央置换式新风系统，在国外这种策略应用在中高层公寓中也很少见。中央式的新风系统由于设备长年不间断运行，费用高，业主生活成本没降反升，还因为设备的问题给业主增加了很多不必要的麻烦。因此，在中高层居住建筑中应避免采用中央置换式新风系统。相反采用“密闭房间+换热通风器”的混合模式系统相对简单，是适合的方案。换热通风器可以分户控制，用能多少的自也交给了房屋的主人，建设成本也不高，运行费用低，过渡季节还可以充分利用自然通风系统。

在低密度的别墅项目中为了节能，更适合使用机械系统：“密闭房间+独立置换式新风”系统，新风系统由业主自主管理，用量多少由住户决定，就能起到真正意义上的节能。业主从中能够享受到由于节能带来生活成本的降低。国内尚无建成的项目，节能效果也没有数据可参考。