節(jié)能建筑與通風設計

【摘要】自然通用是利用自然界的可再生能源實現(xiàn)建筑節(jié)能。本文闡述了自然通風產(chǎn)生的基本原理，分析了與自然通風的關(guān)的建筑形態(tài)與建筑構(gòu)件，以及與自然通風有關(guān)的幾個問題，目的在于引起人們對于建筑自然通風的足夠重視。

【關(guān)鍵詞】自然通風；熱壓；風壓；傳堂風；煙囪效應

自然通風是利用建筑物內(nèi)外空氣的溫度差引起的熱壓或-力造成的風壓來促使空氣流動而進行的通風換氣，是一種既環(huán)保又經(jīng)濟的通風方式。采用自然通風取代空調(diào)制冷技術(shù)至少具有兩方面的意義：一是實現(xiàn)了被動式制冷。自然通風可在不消耗不可再生能源情況下降低室內(nèi)溫度，帶走潮濕污濁的空氣，改善室內(nèi)熱環(huán)境；二是可提供新鮮、清潔的-然空氣，有利于人體的生理和心理健康。

1 自然通風的實現(xiàn)方式

自然通風的原理在很早的時候就被利用，人們常說的“傳堂風”即使利用風壓在建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動。在一些濕熱地區(qū)，自然通風的重要性甚至影響了建筑的外部形象。如西雙版納傣族民居。目前，建筑中常用的自然通風實現(xiàn)方式主要有以下幾種：

1.1利用風壓實現(xiàn)自然通風

風壓是自然通風最基本的動力之一。在具有良好的外部風環(huán)境的地區(qū)，風壓可作為實現(xiàn)t然通風的主要手段。在我國大量的非空調(diào)建筑中，利用建筑的室內(nèi)空氣流通，改善室內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量，是一種常用的建筑處理手段。風洞試驗表明：當風吹向建筑時，因受到建筑的阻擋，會在建筑的迎風面產(chǎn)生正壓力。同時，氣流繞過建筑的各個側(cè)面及背面，會在相應位置產(chǎn)生負壓力。t壓通風就是利用建筑的迎風面和背風面之間的壓力差實現(xiàn)空氣的流通。

壓力差的大小與建筑物的形式、建筑與風的夾角以及建筑周圍的環(huán)境有關(guān)。如果希望利用風壓來實現(xiàn)建筑自然通風，首先建筑要有理想i外部風環(huán)境（平均風速一般不小于3~4m/s）。建筑要選擇適宜的朝向和布局形式，建筑布局方式在平面上有并列式、錯列式、斜列式（統(tǒng)稱為行列式）、周邊式和自由式，一般來說，建筑的朝向應與當?shù)叵募局鲗эL向保持合適的角度，更有o于自然通風。建筑進深不應過大（一般宜大于14m）。這樣易形成“傳堂風”。其次要組織好建筑平面和開口的位置及面積，為了引風入室，爭取穿堂風，要從平面、剖面及建筑細部來才考慮，如內(nèi)外建筑構(gòu)件要盡量通透，盡可能把門窗對齊布置在一條直線上，這樣可以減少氣流阻力、保證風速，使通風流暢；開口面積應大，減小開口邊緣阻力?，F(xiàn)比之下外推窗比推拉窗好，圓滑漸縮的開口比銳緣開口好。

1.2利用熱壓實現(xiàn)自然通風

自然通風的另一原理是利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差—即通常所說的“煙囪效應”—來實現(xiàn)建筑的自然通風。利用熱空氣上升的原理，在建筑上部排風口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。

熱壓作用與進、出風口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān)，室內(nèi)外溫差和進、出風口的高差越大，則熱壓作用越明顯，在建筑設計中，可利用建筑物內(nèi)部的貫穿多層的豎向空腔—如樓梯間、中庭、拔風井等滿足進排風口的高差要求，并在頂部設置可以控制的開口，將f筑積憤的熱空氣排出，達到自然通風的目的。與風壓式自然通風不同，熱壓式自然通風更能適應常變的外部風環(huán)境和不良的外部風環(huán)境。

1.3風壓與熱壓相結(jié)合實現(xiàn)自然通風

在建筑的自然通風設計中，利用風壓和熱壓進行自然通風往往是互為補充，密不可分的。由于室外的風速和風向是經(jīng)常變化的，不是一個穩(wěn)定的因素。為了保證自C通風的設計效果，根據(jù)我國采暖通風和空氣調(diào)節(jié)規(guī)范的規(guī)定，在實際計算時僅考慮熱壓的作用，風壓一般不予考慮。但是必須定性地考慮風壓對自然通風地影響。一般說來，在建筑進深較小的部位多利用風壓來直接通風，而進深較大的部位則多采用熱壓來達到通風效果。

2 與自然有關(guān)地其他建筑構(gòu)造

2.1“呼吸”幕墻

利用雙層玻璃作為圍護結(jié)構(gòu)，玻璃之間留有一定寬度的通風道并設有可調(diào)節(jié)角度的百頁是當今生態(tài)建筑界普遍采用的一項先進技術(shù)，他們被稱作“雙層皮”幕墻。夏季，打開上下進排風口，通風:內(nèi)的空氣被加熱，在煙囪效應和一定的風壓作用下，熱空氣上升，冷空氣從下層進入通道，形成自然通風；冬季，關(guān)閉進排風口，減少風速，利用雙層玻璃之間的空間形成的附加陽光間，貯存熱量用以采暖。

2.2天窗通風

英國的Zimbabwe大學報告廳的自然通風設計，報告廳從座位下進=，頂部設中央拔風口，通過天窗進行自然通風。

2.3雙層屋面通風

傳統(tǒng)的建筑平屋頂屋面使用磚架空的隔熱層隔熱，無法利用熱壓主動通風。設于坡屋頂?shù)母魺釆A層，在屋面受太陽輻射時，夾層內(nèi)空氣溫度升高，熱空氣沿著傾斜層面上升，冷空氣從屋面下檐補充，在熱壓及風壓的作用下形成自然通風，帶走了太陽對屋面的輻射熱量。

2.4風帽

風帽是自然進排風系統(tǒng)的入口或出口s它利用風力或溫度差造成的正壓或負壓，加強進排風能力 的一種裝置。風帽可以裝在需要局部通風的地方，也可以裝在屋頂上，促進全面進排風。進風型風帽是在外界風壓的作用下，能身內(nèi)部空間引風的風帽本身產(chǎn)生負壓，從空間內(nèi)部身外排風，特點是從任何水平方向吹來的風作用在風帽上，風帽都產(chǎn)生吸力，向外排風。

2.5附加通風窗

這是一種靈活的解決自然采光與自然通風矛盾的方法。有時建筑表面上開的采光窗的面積雖然滿足室內(nèi)自然采光的要求了，但在某個時間段如夏季即使將窗戶完全打開也無法滿足室內(nèi)自然通風的要求，這時可以設計一些附加通風窗。他們是不透光的保溫隔熱材料制e的，可以自由開閉，平時關(guān)閉不用，在室內(nèi)無法滿足自然通風要求時才打開使用。

3與建筑的自然通風相關(guān)的幾個問題

3.1自然通風與機械通風相結(jié)合。并不是所有建筑都將自然通風的設計作為設計考慮的重點。對于一些大型的體育場館、展覽館、商業(yè)建筑等，由于通風路徑較長，空氣流動阻力較大，單純依靠自然通風不足以實現(xiàn)自然通風。同時，某些建筑環(huán)境、建筑功能可能對建筑通風有特殊的要求，如研究所或?qū)嶒炇?，這時需要考慮機械通風。因此，當我們?yōu)榻ㄖ淖匀煌L設計尋找合適的策略時，要清楚它可能產(chǎn)生的不足，自然通風與刃低ǚ緗岷仙杓剖保應當使自然通風取得盡可能大的成效，從而節(jié)省能源，保護環(huán)境。

3.2風的垂直分布帶來的問題。風的垂直分布特性使中庭、天井等空間比較容易實現(xiàn)自然通風。但在建筑內(nèi)部，如果設計有高度較高的中庭，煙囪效應使得下層熱空氣上升，往往導致下部空間的采暖效率變低，采暖效果變差。對于高層建筑的中庭、天井等空間，還會出現(xiàn)風速過大造成紊流的現(xiàn)象。

3.3建筑通風與遮蔽物。綠化樹木、圍墻、隔斷或拱廊等設在建筑易產(chǎn)生氣流剝離的角度及周圍，會產(chǎn)生遮蔽作用。建筑周圍的樹木種類、布置方式在一定程度上都y影響自然通風的效果。一邊或兩邊行列式布置的樹木有利于建筑的的通風，但如果三面都圍以樹木，房間的通風效果便會受到影響；當房屋迎風面的窗前種植樹木時，如果樹叢把檐口檔住，則會把風引向頂棚，若樹叢距外墻有一定的距離，那么吹來的風很有可能大部分越過窗戶從屋頂穿過y在窗臺前4.5~5m以內(nèi)種植的灌木，則可引導風吹向室內(nèi)。

4 小結(jié)

21世紀是環(huán)保的世紀，是可持續(xù)發(fā)展的世紀。降低建筑能耗，使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達到動態(tài)的平衡，將是建筑在滿足了基本的使用和美學要求后應追求的更高目標。因此，注視建筑自f通風，將是推行節(jié)能建筑的重要手段之一，應該受到普遍關(guān)注。