建筑自然通风设计探讨

黄岩

摘 要：自然通风简而言之就是不借助任何电力机械装置，将室外的空气引入室内，以达到降低室内污染、清新空气、消除室内余热、保持家内舒适、减低空调负荷的目的。自然通风是一种具有很大潜力的通风方式.是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。对于建筑设计来说，自然通风显得相当重要，其不仅可以保持室内空气的流动，同时还可以节省电力。该文通过针对建筑设计中的自然通风情况，分析如何合理地进行建筑空间形式以及相关构件的设置等，从而合理地达到建筑室内的自然通风量效果，为同行提供参考借鉴。

关键词：建筑设计 自然通风 室内设计

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0033-02

1 建筑自然通风形成

对于建筑设计来说，自然通风显得相当重要，其不仅可以保持室内空气的流动，同时还可以节省电力。人人都有这样的经历：睡了一晚上的觉，室内空气浑浊，清晨起床的时候，喜欢打开窗户，室外的新鲜空气扑面而来，没过一会、整个房间浑浊空气就会消散，这就是自然通风的效果。在初夏季节，室内容易闷热，当把窗户打开，外面的凉风就会进来，吹在身上，顿时感觉很舒适，这也是自然通风效果的体现。自然通风通过在压力差的前提下推动空气流动，当风从左边吹向建筑物时，建筑物的迎风面受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑。而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气流出从该侧出口，从而形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。

如图1所示，在热压作用下形成了自然通风。当室内存在热源时，室内空气将由于被加热，从而空气密度降低，空气将向上浮动，出现室内上部空气压力大于室外，导致室内空气向外流动，而对于室内下部则将出现空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，从而形成了持续不断的自然通风效果。

在建筑的自然通风设计中，风压通风与热压通风往往是互为补充的。总的来说，对于建筑进深较小的部位则可以通过利用风压来通风，而对于建筑物进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。

2 生态独立住宅的自然通风策略

以上海地区为例，自然通风是为了减少全年空调时间同时满足热舒适。而针对室内新风量的供给，经验表明，仅仅在热压情况下，也完全满足所要求的换气量。显然，对于上海地区来说，其自然通风的设计应该围绕最大限度地满足热舒适来展开。

2.1 自然通风设计思路

结合工程实践经验，该研究者总结出对于生态独立住宅的自然通风设计思路。确定自然通风模式下的热舒适模型对湿温度与风速的要求；确定出不同气候条件下自然通风的全年天数以及相应的月份；确定自然通风月份下的主导风向和风速；预测自然通风驱动力，可以通过采取CFD技术来预测住宅的室内风环境；然后根据建筑构件来设置合理的自然通风效果；最后采取自然通风运行策略。

（1）自然通风模式下的热舒适模型对温湿度与风速的要求。根据相关标准规定，人的热舒适上限为26℃、湿球温度上限为20℃，然而从相关研究表明，鉴于当前全球气候的差异，各地居民对温度的适应能力却不尽相同，—个比较一致的看法是26℃的热舒适上限能够较好地适用于北玮40°的地区。纬度向南每变化2°，则上限可以上浮1度。由于上海地区处于北緯31°，因此相应的舒适上限为26.7℃。另外，对于自然通风条件下、风速的影响可以导致舒适止限的进一步上浮。

（2）确定气候的自然通风潜力。自然通风潜力作为依靠自然通风就能够确保可接受的室内空气品质和室内热舒适性的潜力。根据建筑所在地区的宏观气候条件，如出现风速分布和风玫瑰图、太阳辐射照度、室外空气湿度等来确定该地区气候的自然通风潜力。在确定自然通风方案之前，应当有必要收集建筑所在地区的气象参数逐时变化情况资料同时对其采取分析。

以上海地区为例，该地区地处中纬度，濒江临海，属于亚热带海洋性季风气候。春天温暖，夏天炎热，秋天凉爽，冬天阴冷，全年雨量适中。季节分配比较均匀。因此，总体来说，上海属于温和湿润、四季分明，呈现出季风性、海洋性以及局地性气候特征。鉴于上海地区人口密集，使得该地区的热岛效应相当显著，当前该地区的全年平均气温达到15.8℃，对于1月最冷，平均气温为3.6℃，但暴冷的天数并不多，属于江南的湿冷气候。该地区7月最热，平均气温为27.8℃，部分天数达到35℃以上。表1数据表明，对于室内风速力0.5 m/s，那么适合自然通风满足热舒适的小时数为1737 h，将近20%的时间。而一个好的自然通风设计，将贡献约1/3的非空调时间。虽然这不是个很大的数字，但对于这种低能耗的通风方式，还是该在设计中充分考虑。

（3）确定自然通风月份下的主导风和风速。对于这些可以进行自然通风来达到热舒适的时间内，有一些时间，即那些湿度在26.7℃～29℃之间的时间，必须要满足室内风速达到一定值的情况下，才可以满足热舒适的。考察这些时间发现那些全天最高气温落在此范围的日期内，基本分布在6月份到9月份之间，当时上海的风向一般为东南风，10 m高空的风速平均为3 m/s、完全可以满足规划设计要求。

2.2 建筑构件的应用

（1）窗户设计方面。对于大部分情况来说，自然通风系统中通过采取窗户来充当风口，窗户的形式、面积大小以及窗口的安装位置都会影响通风效率、室内气流组织和室内热舒适。针对上海地区的主导风向为东南风，其东南向的窗户在满足节能要求的情况下，应当适宜开大窗口。同时应当尽可能地避免在冬季西北冷风的吹入、尽量减小建筑西北向窗户。图2为某生态别墅的南向落地窗，图3则某生态公寓中还合理利用了东向的导风窗，更进一步提高了引风效果。

（2）中庭通风设置。通过利用中庭的热压作用实现自然通风。当前带有中庭的建筑越来越多，而且大多数都是封闭式中庭设计，设计的主要目的是用于采光。而对于生态别墅设计中，其中庭的自然通风作用不可忽视，其应当集聚采光与自然通风的双重作用。

（3）屋顶的自然通风设置。众多的工程实践效果表明，不同的屋顶形状直接影响到室内外的风压，从而影响自然通风效果。为了能达到自然通风效果，屋顶设计上可通过采取翼形屋顶以便形成高压区利低压区。

（4）室内隔断的自然通风设置。对于室内装饰设计来说，室内隔断不断被应用到实际工程当中。室内隔断的配置应当充分考虑到室内空气的流动，设计上为了能有利于室内空气的流动，则可以借助CFD的模拟技术，可以预测到室内在不同隔断配置下的空气流动状况，通常南北通透的室内隔断配置可以有利于室内空气的流动。

2.3 自然通风运行策略

对于过渡季节的情况，良好的自然通风不仅仅可以有效地满足室内的空气质量，同时可以最大限度地满足居住者的热舒适，还可以缩短使用供热空调的运行时间。而在进行自然通风的设计之后，实施自然通风策略的关键就在于开窗关窗的选择模式，根据室内热舒适和空气质量对自然通风的要求，提出生态办公楼的自然通风开关窗户的选择模式。

3 结语

自然通风作为建筑节能设计的主要手段之一，通过合理的自然通风设计将使得建筑节能达到事半功倍效果。该文通过结合该研究者的工程实践经验，提出建筑自然通风的几种技术手段，为室内建筑自然通风节能新技术提供参考。

参考文献

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[3] 黄晨，王昕，邹志军.基于CFD的大空间建筑自然通风优化设计[J].科技信息，2013（8）：145-146.