自然通风在现代住宅建筑设计中的应用.doc

自然通风在现代住宅建筑设计中的应用 摘要：建筑的自然通风十分重要，有效的自然通风能在解决房间光线问题的同时，能有效减少能源浪费，降低造价成本，而且，自然通风可以有效地为建筑的使用者提供健康和舒适的空间环境，增强使用人员的身心健康。因此，自然通风作为一项重要的被动式设计方法被广泛应用于生态建筑和绿色建筑设计中。文章简要介绍了自然通风的原理及在现代建筑设计中的应用。 关键词：建筑；自然通风；设计 良好的通风可以把新鲜空气带入室内，带走进入室内的热量，还可以促进人体的汗液蒸发降温，使人感到舒适。目前大多数建筑物温度控制及通风设施都是依赖于空调及机械通风设备。空调的使用让人们可以主动地控制居住环境，而不是被动地适应自然，也使人们渐渐淡化了对自然通风的重视。然而随着社会的进步和建筑业的发展，人们对建筑的实用性、经济性、节能性及舒适性等都提出了较高的要求。自然通风技术作为一项改善建筑热环境、节约空调能耗的生态建筑技术，被广泛应用于建筑建设之中，以降低建筑能耗，改善室内热环境质量，尤其在住宅建筑中起着举足轻重的作用。在这样的背景下，把自然通风这项建筑生态技术重新引回现代住宅建筑中，有着比以往更为重要的意义。 一、建筑设计中的自然通风原理 （一）风压作用下的自然通风 根据流体力学原理，当风吹向房屋时，迎风面墙壁空气流动受阻，风速降低，使风的动能变为静压，作用在建筑物的迎风面上，因而使迎风面上所受到的压力大于大气压，从而在迎风面形成正压区。风受到迎风面阻挡后，从建筑物的屋顶及两侧快速绕流过去。绕流作用增加的风速使建筑物屋顶、两侧及背风面受到的压力小于大气压，形成负压区，从而实现自然通风（见图1）。建筑物四周的风压分布不同，迎风面和背风面的压力差也随之不同，它与建筑物的几何形状和建筑与风向的夹角等因素有关。一般来说，迎风面几何中心正压最大，屋脊与犀角处负压最大。人们常说的穿堂风就是利用风压来实现建筑的通风换气。 图1 风压作用下的自然通风 （二）热压作用下的自然通风 自然通风的另一基本动力是建筑物内部的热压。热压是由于室内和室外空气的温度差而形成空气密度差，进而产生压差造成热气向上冷气向下的空气流动现象。在建筑设计中，利用热压原理将进气口和排气口问的落差加大，可以有效改善室内自然通风的效果，然后再结合建筑的削面设计来组织室内通风。从而实现自然通风（见图2）。一般利用热压原理形成的室内自然通风被称作“烟囱效应”，即室内外温差越大，上下进出风口之间的高差越大，则产生的热压就越大。对于高温车间利用热压进行通风是防暑降温最有效的措施，它不消耗电能又可获得巨大的换气量。 图2 热压作用下的自然通风 （三）利用热压与风压实现自然通风 建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果，只是各自作用的程度不同，对建筑物整体自然通风的贡献不同热压作用相对稳定，烟囱效应拔风的产生条件较容易实现；而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响，具有不稳定性。所以当风压与热压同时作用的时候，还可能出现减弱通风效果的情况。当风向与热压作用的流线方向相同时，会相互促进；反之，则会相互阻碍，从而影响自然通风的效果。利用风压和热压进行自然通风往往是相互补充的，在实际情况中他们是共同作用的。一般来说，在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风，而在进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。 （四）机械辅助式自然通风 在一些大型建筑中，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。而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，不利于人体健康。在这种情况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。 二、应用自然通风需考虑的因素 （一）室内的热量 为了减小屋内的气温，使用自然通风有一个必要的条件，就是外界的温度要比室内的低一些，确保外界的流入屋内。非常明显，当里面和外界的温度差非常大的话，降温取得的功效就会更加的显著。对于完全依靠自然通风系统进行降温的建筑，其使用效果则取决于很多因素，建筑的得热量是其中的一个重要因素，热量越大，通过降温达到室内舒适要求的可能性越小。 （二）室内空气湿度 应用自然通风对降低室内空气温度效果明显，但对调节或控制室内空气的湿度，效果甚微。因此，自然通风措施一般不能在非常潮湿的地区使用。但对于室外环境中空气温、湿度比较温和适宜的地区（如英国），该技术被广泛应用而且非常成熟。 （三）建筑环境的要求 采用自然通风之后，室内的环境大部分都得靠外在的条件来调整，除空气自身的湿度以及温度等要素之外，建筑中的空气的质量以及声音的控制也会受到外在环境的影响。根据目前的一些标准要求，采用自然通风的建筑，其建筑外的噪音应小于70dB。在一些大中型城市，自然通风环境噪音水平和空气污染物浓度是目前城市环境治理中的难点，从而成为自然通风技术在城市建筑中应用的主要障碍。 （四）建筑方位 为了防止发生噪音以及空气污染等问题，通常规定，物体的立面要和交通主线之间有20m左右的间隔。地区的主导风向与风速根据当地的主导风向与风速确定自然通风系统的设计，特别注意建筑是否处于周围污染空气的下游。因为城市和农村的环境本身有着非常大的差异，其对通风体系带来的作用也是有着显著地区别的，尤其是建筑附近的一些物体会对其附近风向以及光线等产生一定的作用。 （五）建筑形状及朝向 通常建筑自身的宽数会对自然通风有一定的影响。通常其宽度小于10m时可用一侧通风的措施。当该数值小于15m的时候可用双向的措施。如果不这样的话，就要使用别的一些方法进行搭配，例如烟囱结构或机械通风与自然通风的混合模式等。系统的进风口应该面对建筑周围的主导风向，以便充分利用风压作用。 三、自然通风在住宅建筑设计中的运用 （一）建筑群布局的合理设计 现代住宅小区是高层住宅与多层住宅混合搭配建造的形式，住宅布局及群体组合是否合理，直接关系到小区室外风环境质量的好坏。在总图设计中，应结合实际情况，对建筑单体的面宽，高度，间距等指标进行分析，以合适的布局和体量获得最佳的整体自然通风效果。其次是对项目用地的环境分析，如地势是否有高差，其高差是处于迎风面还是背风面，地表是否有显著的障碍物等因素都是需要纳入考虑的范畴。对环境分析的结果是建筑设计的基本依据，建筑师可通过采取竖向设计，景观设计以及单体设计等方面，减弱不利因素，为实现自然通风改善条件。 （二）建筑室内空间的布置 在设计套型的平面风路时，尽量让进出风口对位，如客厅和餐厅的门窗位置，减少气流迂回路程，减小阻力。由于厨房厕所在夏季是热、湿源，为了直接排走湿热空气，防止倒流，通风路径应与室内活动空间分离。可在卧室和其他适当位置设活动门、活动格栅或者高侧窗，夏季打开形成风路，冬季关闭，减少通风，可以在满足一定的私密性的同时保证风路的畅通。为了避免风吹进房间后，斜向成为“交角风”跑掉，尽量避免在进风口窗户的侧墙上设计开口。为了保证风路畅通，套型平面风路设计应避免出现锐角的转折，在平面转折处，宜圆角处理、放大空间或设导流构件。点式住宅中，尤其是一梯810户的住宅，多数住户较难组织有效的穿堂风，室内通风的条件会比较差，这种情况下就要尽可能多的利用天井、过厅、楼梯间等空间增加室内开VI面积。留出适当的出风口，为室内形成对流创造条件，组织自然通风。进入室内的风会与室内墙体、家具等物体发生摩擦，从而减小风的势能使风速越来越小，直至消失，因此，平面沿风路进深应小于14m。 （三）建筑窗设计 窗户的方位。建筑物的自然通风受窗户与风向之间的位置关系影响最为直接，当窗户朝向与主导风向偏斜45°角左右时，可在室内引起空气紊流沿着房间四周作环行运动，从而增加了侧墙及墙角处的气流量，提高通风效果。因此，在建筑设计中，房间进风窗宜与建筑所在地主导风呈45°角为宜。窗户位置。在水平方向上的窗户，加大进、出口间距离可有效增加洞口间的风压差，在室内会形成紊流，空气沿房间四周墙面作环形流动，可避免室内形成通风死角，有效改善室内自然通风状况。同时，窗口的高度也是影响室内流场分布和气流速度的重要因素，一般高窗能够促进气流流动，同时采光效果较好；而低窗虽然通风效果不好，但是能够使地瞬反射的太阳光线比较均匀。因此在建筑设计中可以根据实际需要来设计窗的高度。窗的大小。建筑设计中窗的大小最基本的是应该满足通风、日照、视野等的需要。一般在气候比较干热的地区适合小窗，以此来达到遮阳的目的，为了便于更好的通风，在气候湿热的地区则要使用大窗。窗户选型及开启方式。目前我国大多建筑的窗户在采光而积不断加大的同时，可开启窗面积在逐步减小，这对室内通风产生不利影响。因此，基于改善建筑通风效率的原因，在建筑设计中，并必须对外窗选型及开启方式加以关注。如单侧向外开启的平开窗，可引导室外风进入室内；外推旋转窗可改变进入室内风的方向；推拉窗的引风、导风效果不明显而且开启面积小。因此，为了有效地改善建筑室内通风效果，尽量选用具有良好导风性能的窗如平开窗、上旋窗等。 （四）屋顶的自然通风 屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的一个组成部分，利用天窗、烟囱、风斗等构造为气流提供进出口外，本身也可以成为一个独立的通风系统。这种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温度。另外，屋顶的形状会影响室外风压，从而影响自然通风效果，在设计中可采用翼形屋顶以便形成高压区和低压区。 （五）“烟囱”空间的利用 “烟囱”由垂直竖井和几个风口组成，在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区，可以利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不固定的地区，则可以设计多个朝向的风斗，或者设计成可以随风向转动。 结束语 总之，自然通风已经成为生态建筑中的一项重要内容，越来越受到人们的重视。建筑设计者应该综合考虑自然通风的原理及应用自然通风需考虑的因素，从总体布局，室内空间的布置，窗、屋面等方面的设计，有效地利用自然通风解决住宅中热舒适性和空气质量问题，以提升建筑品质、价值，满足人们的舒适与健康，实现健康舒适的建筑。 参考文献： 【1】苏滨.如何实现建筑设计中的自然通风【J】.赤子，2012（12）. 【2】向兴武.对建筑物自然通风设计的探讨【J】.城市建设理论研究（电子版），2013（18）. 【3】唐晓华.基于节能理念的建筑自然通风设计探究【J】.科学之友，2010（33）. 【4】陈雷.夏热冬暖地区建筑自然通风节能设计研究【J】.城市建设理论研究（电子版），2013（1）.