摘要：隨著空調技術的不斷發展， 人們越來越能主動的控制室內環境，創造前所未有的室內舒適氣候要求， 從而使人們逐漸淡化了對自然通風這種氣候適宜性技術的應用。然而， 在今天全球能源緊張、 節能壓力增大、空氣品質惡化以及建筑綜合征等發生的情況下， 人們不得不從新審視和重視自然通風這一傳統的氣候適宜性技術。自然通風是當今節能建筑所普遍采用的一項比較成熟而廉價的技術措施。本文從節能的角度探討了建筑通風設計需關注的一些問題。
關鍵詞：節能;建筑;通風設計
Abstract: As the air conditioning technology continues to develop, more and more people can actively control the indoor environment, create a hitherto unknown indoor comfort climatic requirements, thereby enabling people to gradually weaken the on natural ventilation of this climate suitability technology application. However, in today's global energy shortage, energy saving pressure increases, air quality deterioration as well as building syndrome occurring situations, people have to re-examine and natural ventilation to the traditional climate suitability technology. Natural ventilation is the energy-saving building by the widespread use of a relatively mature and inexpensive technique measures. This paper from the viewpoint of energy saving of building ventilation design and some problems need to be noticed.
Key words: energy-saving building; ventilation design;
中圖分類號：TU2 文獻標識碼： A 文章編號：
.自然通風是一項古老的技術， 與復雜、 耗能的空調技術相比， 自然通風是能夠適應氣候的一項廉價而成熟的技術措施，與空調系統相比， 其可以在降低能源消耗的同時為室內引入新風，有利于人體生理和心理健康。通常認為自然通風具有三大主要作用：提供新鮮空氣、生理降溫、 釋放建筑結構中蓄存的熱量。隨著建筑技術水平的進步和提升、城市人口的迅速增長、不同使用性質的建筑組合,建筑的體量和規模逐漸膨脹,同時部分建筑師忽視自然通風,完全依賴于機械通風。然而城市風由于城市街道、河流、建筑高度、布局、以及太陽輻射、溫濕度的不同,會發生很大的變化,繼續利用城市主導風向作為建筑自然通風分析的邊界條件,會產生很大的誤差。所以造成大量的建筑用房自然通風不暢,因而建筑的耗能增加,室內空氣質量惡化,形成“建筑綜合癥”和“空調病”,產生“病態建筑”。在發達的國家,近40%的能源是在建筑中消耗的,據專家估算,其中2/3~3/4可通過正確的、理想的建筑措施節省下來。近年來,在對節能技術廣泛和深入研究的基礎上,一些建筑師們在一系列建筑創作中做出了探索和實踐,其中自然通風是一項成熟而低廉的技術措施,在建筑設計中應充分、合理地加以使用。
一、自然通風的實現方式
自然通風作為一項改善建筑熱環境、節約空調能耗的技術已經得到了建筑界的普遍認可。采用自然通風可以取代或者部分取代空調制冷系統,一方面降低能耗,另一方面可以提供新鮮清潔的自然空氣,有利于人的身心健康。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”,就是利用風壓在建筑內部產生空氣流動。在一些濕熱地區,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, 常規建筑自然通風設計均是基于城市尺度的主導風向和風速,并未考慮建筑所處地區的地理位置對主導風速和風向產生的影響,而建筑中常用的自然通風實現方式主要有以下幾種:
1、利用風壓實現自然通風
風壓是自然通風最基本的動力之一。在我國大量的非空調建筑中,利用建筑的室內空氣流通,改善室內的空氣環境質量,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生正壓力。同時,氣流繞過建筑的各個側面及背面,會在相應位置產生負壓力。風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空氣的流通。
壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風的夾角以及建筑周圍的環境有關。如果希望利用風壓來實現建筑自然通風,首先建筑要有理想的外部風環境(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的形式,建筑布局方式在平面上有并列式、錯列式、斜列式(統稱為行列式)、周邊式和自由式,一般來說,建筑的朝向應與當地
夏季主導風向保持合適的角度,更有利于自然通風。建筑進深不應過大(一般宜小于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、剖面及建筑細部來考慮,如內外建筑構件要盡量通透,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。相比之下外推窗比推拉窗好,圓滑漸縮的開口比銳緣開口好。
另外，地下空間可以作為城市空間的一個整體,在城市發展的過程中起到越來越重要的作用。空氣環境是困擾地下建筑發展的一個難題。為了改善地下建筑室內空氣環境,大多采用機械通風的方式,這將使整個地下建筑中的運行能耗費用大幅度提高。在提倡可持續發展和生態建筑的今天,地下建筑的生態化和綠色化成為一個不可回避的話題。應該提出相應的解決方案,研究形成一套地下建筑生態化自然通風的基本模式的可能性。
2、利用熱壓實現自然通風
自然通風的另一原理是利用建筑內部空氣的熱壓差———即通常所說的“煙囪效應”———來實現建筑的自然通風。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外的溫差有關,室內外溫差和進、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,將建筑各層的熱空氣排出,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境和不良的外部風環境。
3、風壓與熱壓相結合實現自然通風
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常變化的,不是一個穩定的因素。為了保證自然通風的設計效果,根據我國采暖通風和空氣調節設計規范的規定,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。
二、與自然通風節能有關的建筑構造
1、“呼吸”幕墻
利用雙層玻璃作為圍護結構,玻璃之間留有一定寬度的通風道并設有可調節角度的百頁是當今生態建筑界普遍采用的一項先進技術,他們被稱作“雙層皮”幕墻。夏季,打開上下進排風口,通風道內的空氣被加熱,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,關閉進排風口,減小風速,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、雙層屋面通風
傳統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。設于坡屋頂的隔熱夾層,在屋面受太陽輻射時,夾層內空氣溫度升高,熱空氣沿著傾斜屋面上升,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。
3、風帽
風帽是自然進排風系統的入口或出口,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,能向內部空間引風的風帽。特點是能利用任何方向吹來的風,將室外氣流導向內部空間。排風型風帽是在外界風壓的作用下,風帽本身產生負壓,從空間內部向外排風,特點是從任何水平方向吹來的風作用在風帽上,風帽都產生吸力,向外排風。
4、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成的,可以自由開閉,平時關閉不用,在室內無法滿足自然通風要求
時才打開使用。
三、與建筑的自然通風相關的幾個問題
1、自然通風與機械通風相結合
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自然通風。同時,某些建筑環境、建筑功能可能對建筑通風有特殊的要求,如研究所或實驗室,這時需要考慮機械通風。因此,當我們為建筑的自然通風設計尋找合適的策略時,要清楚它可能產生的不足。自然通風與機械通風結合設計時,應當使自然通風取得盡可能大的成效,從而節省能源,保護環境。
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自然通風。但在建筑內部,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,還會出現風速過大造成紊流的現象。
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生氣流剝離的角度及周圍,會產生遮蔽作用。建筑周圍的樹木種類、布置方式在一定程度上都會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物的通風,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,如果樹叢把檐口擋住,則會把風引向頂棚,若樹叢距外墻有一定距離,那么吹來的風很有可能大部分越過窗戶從屋頂穿過;在窗臺前4.5~5m以內種植的灌木,則可引導風吹向室內。
四、結束語
自然通風是當今生態建筑所普遍采取的比較容易接受而廉價的技術措施， 它具有節能、 清潔的優點， 體現了可持續發展的理念。 作為一種解決室內空氣溫度、 潔凈度和舒適度的傳統方式， 其優勢在新建筑的運用中具有強大的生命力。傳統民居合理的布局經驗給了我們很多啟示，有利于我們今天更好地學習、 運用現代構造知識， 使我們有可能結合現代的技術和材料, 為以后的建筑創作道路指出了更好的方向。建筑設計者應該從規劃、建筑單體設計到構造設計的整個過程中,仔細考慮自然通風,確保良好的室內空氣品質和舒適的熱環境,節約不可再生資源。通過結合我國目前建筑空調技術對環境和能源造成巨大壓力的情況,指出了自然通風的重要性，以期加強人們對自然通風的重視。
參考文獻:
[1]劉志永.淺談自然通風原理與建筑設計[J].山西建筑,2008.32.
[2]郝瑞珍.茂名地區住宅建筑通風節能設計方法研究[J].茂名學院學報,2009.4.
