建筑设计中自然通风技术问题探讨-建筑设计论文

建筑设计中自然通风技术问题探讨
毕秀楠¹ 王明²
摘 要：自然通风涉及了多方面的影响，对各种建筑类型都有直观的作用，因此对于建筑的自然通风设计应该根据建筑的构造、功能、所处环境等一些问题具体分析，采用最为合理的自然通风技术，以最为有效的维持室内舒适度。本文就建筑设计中为维持有效的室内舒适度而采用的一些自然通风技术的应用做简要阐述，以作探讨。
关键词：建筑设计 自然通风 注意事项 技术应用
自然通风是室外的空气在热压和风压的作用下对室内进行通风换气的一种系统形式。它利用自然条件不依靠设备系统维持适宜的室内环境，它是环境生态化的重要手段。自然通风能引进新鲜且比室内温度适宜的室外空气而给人舒适的感觉，又因为它是一种可再生资源，所以常常能节省可观的能源负荷而达到节能环保的目的。自然通风几乎在所有的建筑中存在和使用。这是因为自然通风最基本的动力来自于风压和热压，但因其通风系统中的作用程度与范围不同。
1 建筑的通风应注意的两个问题
（1）在炎热气候条件下或炎热季节中，最大限度促进空气流动，以提供足够的通风来有效地降低室内气温。
（2）在寒冷气候条件下或寒冷季节中，减小空气流动，以避免出现冷空气紊流。
2 自然通风技术的应用
（1）风的垂直分布特性和高层建筑的自然通风
风的垂直分布特性使得高层建筑比较容易实现自然通风。但对于高层建筑来说，焦点问题往往会转变为高层内部(如中庭、内天井)及周围区域的风速是否过大或造成紊流，新建高层建筑对于周围风环境特别是步行区域会产生怎样的影响。因此，设计者的关注点不是风速够不够大，而是风速会不会太大，如果整个中庭从上到下不加分隔，那么在很多情况下中庭内部将产生无法忍受的紊流。这种情况下，在各个单元内部房间利用热压来进行自然通风。也就是说整个中庭不是通常所认为的一个“大烟囱”，而是被分割成多个彼此独立的“小烟囱”，其目的是避免风压和热压过强而产生紊流。
（2）机械辅助式自然通风
对于一些大型体育馆、展览馆、商业建筑等，由于通风路径(或管道)较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压、热压往往不足以实现自然通风。而对于空气和噪音污染比较严重的大城市，直接自然通风会将室外污浊的空气和噪音带入室内，不利于人体健康。以上情况下，常常采用一种机械辅助式自然通风系统，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，比如土壤预冷、预热、深井水换热等 ，并借助一定的机械方式来实现室内自然通风。
（3）热压自然通风
热压自然通风是借助室内空气在垂直方向上的温度压差引导空气的流动，即形成的“烟囱效应”。室内空气通常会形成密度分层，温度较低的高密度空气会在底部，形成正压，热空气则在顶部形成负压，压差带动空气由下往上运动，不断将室外新风从底部吸入室内。热压作用与风口高度H的关系可以写成 ( 为空气密度， 为空气膨胀系数)，也就是说室内外空气温度差越大，进出风口高度差越大，则热压作用越强。这是热压通风的基本原理，但并不代表利用温差形成的风只能从下往上运动，也可能是相反的方向，甚至出现类似风压通风的流动方式，从建筑的一段流向另一端，但其原理都是热空气上升引起负压，吸引冷空气进行补充。与风压通风相比，热压通风可以不考虑室外主导风向，因为它是利用吸力从各个方向的进风口引进新风。热压通风的潜力与室内外的温差有关，室内外的温差越大，越利于热压通风，空气干爽也有助于减小通风所需的动力，因此，干热气候地区与温和气候地区都具有较好的热压通风潜力。
有时由于自然风的不稳定性，或周围高大建筑、植被的影响，许多情况下在建筑周围形不成足够的风压，这时就需要利用热压原理来加速自然通风。可设计一组顶帽可以升降的玻璃通风塔，用作建筑的入口和楼梯间。玻璃通风塔可以最大限度地吸收太阳的能量，提高塔内空气温度，从而产生“烟囱效应”，带动各楼层的空气循环。实现自然通风，冬季时可将顶帽降下以封闭排气口，这样通风塔便成为一个玻璃暖房。这种设计从建筑节能的角度考虑，有利于节省采暖能耗。
（4）风压自然通风
风压通风的原理是利用水平方向的风力压差引导通风。当风吹向建筑时，会在迎风面产生正压，在背风面产生负压，建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境都会影响压力差的大小。外部风速是其中重要的因素，理想的风压通风“平均风速一般不小于3一4m/s”，全球风压通风潜力最好的地区是湿热气候地区。
运用风压通风的建筑，应采用沿风向浅进深的平面，“一般以小于14m为宜”，如果是单侧通风，进深不宜大于层高的两倍，最好控制在6m左右。“排风口面积不应小于进风口，但也不应大于3倍”，这样的布局易于形成穿堂风，达到最好的通风效果。另外，流动空气的压力随其速度的增加而减小，从而形成低压区。利用这一原理，如果在建筑中沿主导风向设通风道，当风吹过时，就会在通风道中形成负压，将周边空间的气流吸入风道，带动附近的空气流动。风道的设置应注意明确的风压形成的方向性，尽量减小沿风道方向气流的阻力，控制风道与相邻空间的开口。
关于风压通风的设计较为常见，其中人们所常说的“穿堂风”就是利用风压在建筑内部产生空气流动，当风吹向建筑物正面时，因受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上产生正压区气流再向上偏转同时绕过建筑物各侧面及背面，在这些面上产生负压区，风压就是利用建筑迎风面和背风面的压力差，而这个压力差与建筑形式、建筑与风的夹角以及周围建筑布局等因素相关。当风垂直吹向建筑正面时，迎风面中心处正压最大，在屋角及屋脊处负压最大，在迎风面上的风压为自由风速度压力的0.5一0.8倍，而在背风面上，负压为自由风速压力的0.3—0.4倍。
不过，由于自然风变化幅度较大，在不同季节不同风速、风向的情况下，建筑应采取相应措施(如适宜的构造形式，可开合的气窗、百叶等)来调节室内气流状况。例如冬季在保证基本换气次数的前提下应尽量降低通风量以减小热损失。
（5）风压与热压相结合的自然通风
利用风压和热压来进行自然通风往往是互为补充，密不可分的。但到目前为止，热压和风压综合作用下的通风机理还在探索之中，风压和热压什么时候相互加强什么时候相互减弱还不能完全预知。因此一般来说，建筑进深小的部位多利用风压直接通风;进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。
由干受到功能影响，通常混合风压与热压的建筑平面大多是矩形的，大大的进深，长长的双面走廊，两侧是办公室等用房。加上许多的房间在工作过程中会产生热量并大量使用人工照明，因此这样设计的平面能够带走室内的大量冷负荷(热量)。这种通过风压和机械产生的热压共同作用将新鲜空气通过暴漏的管道系统吹到下面的单一空间的房间里。可以很好的满足夏季引入北面的冷风，冬季排气供暖的要求。
3 结束语
自然通风涉及了多方面的影响，对各种建筑类型都有直观的作用，因此对于建筑的自然通风设计我们应该根据建筑的构造、功能、所处环境等一些问题具体分析，采用最为合理的自然通风技术，以最为有效的维持室内舒适度。
【参考文献】
［1］徐向荣 《建筑设计原则与实际工程的运用探讨》工程质量，2008年No.3
［2］刘辉 《自然通风在建筑设计中的重要性分析》 中国建设动态2007年4月
［3］罗运俊《高层建筑自然通风问题研究》 建筑设计 2007年6月
【4】张力岩 贾市文 《自然通风设计应引起足够重视》【J】《科技时代》2008.10