厦门地区住宅建筑设计中的自然通风优化策略探讨

■ 吴佳南 Wu Jianan 柴成荣 Cai Chengrong

0 引言

在中国，由能源消耗造成的环境问题日益突出。目前中国已经成为仅次于美国的世界第二大能源消耗国。据有关部门预计，中国在未来10年内将超过美国，成为世界上最大的CO2排放国，而在这些排放量中，建筑耗能排放就占到总排放比例的25%以上。目前我国的建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三大“耗能大户”，尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，呈急剧上扬趋势。而在建筑耗能中，住宅建筑的耗能约占总建筑耗能比例的60%，可见住宅建筑的能耗是相当大的。如何减少住宅建筑的耗能及提高住宅建筑的节能率，就成为目前最为严峻而需要研究的问题之一。我国在建筑节能方面已做了很多努力，也取得了一定的成就，但是我们遗憾地看到，作为建筑设计一线的大部分设计院，在建筑的节能设计中，更多的是从单纯的建筑技术上入手，缺乏从具体气候环境来进行生态建筑设计的理念，从而导致某些被动式节能措施得不到有效的应用，比如自然通风、遮阳等。从国内外建筑节能的经验得出，节能不能单靠技术的开发研究来解决，而更应该在经济、功能和环境之间寻找节能的平衡点，切实地从地区的特殊地域情况出发，寻找适宜的被动式节能手段，并与建筑设计有效整合，实现最佳节能效果。

1 自然通风对厦门地区建筑节能的重要作用

厦门市地处福建省东南部沿海，处于国家夏热冬暖地区的南区。该地区风力资源比较丰富，夏季平均风速均在2.5m/s左右（表1），如果能有效地运用这一资源，进行厦门地区的居住建筑自然通风节能，这势必将对厦门地区的节能做出极大的贡献。

有研究人员用计算机能耗模拟软件（Dest）对厦门地区夏季居住建筑的各种节能措施进行了分析，得出夏季空调制冷能耗水平（图1）：在增加了自然通风过后，夏季室内空调制冷能耗降低了30%左右，可见自然通风能极大地降低夏季建筑能耗，改善室内热环境。

综合各种节能措施节能率比较（图2）：每项节能措施都或多或少地降低夏热冬暖地区的夏季空调能耗，其中影响最突出的是外窗节能措施、建筑遮阳与自然通风。我们可以发现自然通风对于降低夏季室内制冷能耗起到了很大作用，因此尤其要注重以往没有引起足够重视的自然通风措施在建筑设计过程中的应用。

表1 厦门市室外风环境状况[1]

2 厦门地区住宅建筑设计中的各项自然通风优化策略

2.1 建筑总平面布局优化策略

在厦门这个夏热冬暖地区中，合适的建筑总体布局与建筑的自然通风效率密切相关。在具体的住宅设计中，尽可能地使建筑的朝向顺应夏季主导风向，采用合适的建筑密度与点式建筑布局，为住宅的自然通风创造条件。尤其在布置中最好能结合具体主导风向方位逐级错落布局，这样能有利于场地内的夏季通风和阻挡冬季冷风。在住宅建筑设计方案中，尽可能引进计算机辅助设计软件，如引进Ecotect(生态建筑大师)软件进行厦门地区建筑的最佳朝向模拟分析(图3，图中可以看出最佳朝向是南偏东10°)，以及一些CFD软件对场地内的风环境进行计算机模拟（图4，圆圈处表示存在较大的风压差），针对模拟的结果进行建筑布局的局部调整来改善风环境，对不适宜调整建筑布局的地方，可以通过场地的植物配置引导风向来改善局部的风环境。

2.2 建筑单体平面优化策略

建筑单体平面舒展布局比紧凑平面能够更好地获得自然穿堂通风，房间进深浅（一般以14m为宜），更有利于自然穿堂风的形成，因此，应该优化布置各个大进深房间的位置（图5），要有意识地将墙设计成各种可移动的隔断，便于形成穿堂风；要积极设置天井庭院，房屋内部的庭院可以作为冷源或热源来加强通风。在图6中，当房屋前后都围有院墙时，南侧小院内的空气由于受到阳光照射而上升，从而将北侧小院内较凉的空气通过南北窗户引进南院来，起到房间通风的效果。

厦门市夏季室外平均风速一般为2.5m/s，略低于实现风压自然通风的风速要求（一般不小于3～4 m/s），但是厦门市夏季室外风速还是有大部分时段的风速＞2.5 m/s，应积极通过单体平面布局的优化改进来充分利用该时段的风速，以实现风压自然通风。

2.3 建筑单体剖面优化策略

在剖面设计中，可以利用烟囱效应在楼梯、公共空间等部分设置上下贯通的吹拔进行“拔风”。为了取得最佳效果，烟囱通风的开口应布置在靠近地板和顶棚处。出风口可以兼作高侧窗，图7表示了几种烟囱通风的房间剖面布置。此外，将吹拔设计成“文丘里管”渐缩断面（图8），也可强化通风效果。因为随着截面的变小，断面内自下而上的空气流速增大，从而加大了管内与周围房间的空气压差，有利于“抽风”。还有一种是现在比较流行的称为“太阳能烟囱”（图9）的做法，就是利用收集的太阳能加热烟囱中的空气，这样也能增大进风口与出风口之间的空气温差，增强通风效果。

除了吹拨增强自然通风效果外，还可以在首层设计时进行架空，此类策略针对厦门夏季气候炎热的特点，能极大地改善建筑小区内部的风环境，消除部分静风区。

2.4 建筑单体立面优化策略

在建筑单体立面设计优化上，通用的优化策略是在建筑的迎风面与背风面都开大窗户，或者在立面上设计通风洞口，以获得穿堂风。又或者在屋顶开孔，可以对整个建筑起到通风作用，可以采用各种形式的开孔，比如监视孔、炮塔、老虎窗、屋顶小塔楼、屋脊通风孔以及山墙通风孔等。

不同的屋顶形式，其自然通风效果不同（图10）。据研究，坡度＜45°的屋顶，前后坡风压差小，自然通风效果不明显；坡度越大，前后压差越明显，自然通风也愈好。但坡度大的屋顶耗材量大、施工难度也大，所以要结合实际情况，选择合适的屋顶形式。

在建筑立面上还可以应用立体绿化（图11），加强夏季的自然通风效果。在一些多层和高层住宅设计中，可在外墙上隔断设计种植台、花架等与墙面设计整合的绿化设施，有条件的，可以在构架上设置自动喷淋设施，仿照“双层表皮”原理，形成一道绿色屏障。构架的应用不仅可改善紧贴墙壁种植爬藤类植物所带来的破坏墙体而导致渗漏的缺陷，而且构架与墙面之间的空气潮湿层则形成通风井，加强了自然通风效果，同时带走了墙面上的热量。

在建筑立面上设置一定规则的导风板（图12），使室外风流经导风板引入室内，也能够增加建筑通风的正压功能。在设计中，可以选用一些不锈钢、高强塑料、玻璃钢等耐久材料做的导风板，除了导风的功能，还可以对其进行装饰化，给建筑带来美感。

优化设计立面上的遮阳构件设施，遮阳的目的是遮挡直射阳光、降低室内温度，同时还可为墙面遮荫和减少辐射热、造成空气压力差，加速室内空气流通，以增强通风换气效果。在闽南民居遮阳处理中，有很多手法，如凹门遮阳，小阳台式遮阳，檐、廊遮阳，门窗遮阳，骑楼遮阳等，可以拿来借鉴，以设计出兼顾遮阳与通风双重要求的遮阳设施。

3 结语

自然通风在建筑节能中的作用效果是显而易见的，在国外，这项技术的研究和发展已相当成熟，国外的很多建筑设计师都有意识地在建筑方案设计阶段就开始应用这一技术手法，自然通风设计已经和建筑设计融为一体。很多自然通风技术本身就是建筑艺术的一部分，通过廉价的风资源来实现建筑的节能，取得良好的经济与社会效果。而在国内，自然通风设计技术才刚刚起步，许多关于这方面的理论研究还处于初步探索阶段，大部分地区仅仅是创新示范案例。从国内的情况来看，在具体建筑设计中主要还是通过在单体建筑平面上的开窗位置调整来进行设计优化，还没有从其他有效的途径进行创新优化设计。对于本文的论述，笔者希望能引起建筑设计一线设计人员思想上的重视，在建筑方案设计中有意识地将自然通风节能思想运用到设计中，推动自然通风被动式技术与建筑设计的进一步融合，实现建筑节能效益最大化，为厦门低碳城市的建设做出贡献。

[1] 中国气象局气象信息中心气象资料室.中国建筑热环境分析专用气象数据集.中国建筑工业出版社，2005（4）.

[2] 蔡立宏.基于计算机模拟的夏热冬暖地区建筑节能关键技术分析.中国建筑学会建筑师分会建筑技术专业委员会第二次代表大会暨全国建筑技术学科第十一次学术研讨会，2006（3）.

[3] 刘加平，谭良斌，何泉.建筑创作中的节能设计.中国建筑工业出版社，2009（3）.

[4] 王崇杰，薛一冰等著.生态学生公寓.中国建筑工业出版社，2007（6）.