建筑节能设计自然通风方式浅析

袁景玉 高 铨 关高庆 吴 克

（河北工业大学，中国 天津 300401）

随着经济的高速发展，科技技术不断进行革新，人们对建筑的舒适度提出了更高的要求，人们开始越来越多的采用机械设备来提高建筑的使用品质。但是在全球能源危机意识逐渐深入人心时，人们意识到，单纯的利用机械设备改善人居环境，是行不通的。人们将目光投向了被动式建筑节能设计技术。在自然通风方面，人们的观念逐渐改变，更多的采用自然通风技术取代（或部分取代）空调制冷系统。

1 自然通风重要性

自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风方式的根本目的就是：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。

2 自然通风技术形式

2．1 建筑体型与建筑群的布局的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。对于建筑群体，若风沿着法线吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊，根据风向投射角对室内风速的影响来决定合理的建筑间距。由于前后建筑通风的影响，因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。

2．2 围护结构开口的设计

建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的形式和开启方式、窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3时，开口大小为地板总面积的15%～25%时，通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开布置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流更均匀，通风效果更好。

2．3 烟囱效应

“烟囱”空间，又叫风塔，是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。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。

2．4 屋顶的自然通风

通风隔热屋面通常有以下两种方式：a．在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层。b．利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。

2．5 双层玻璃幕墙围护结构

双层幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤”，它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风，使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温的目的。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42%～52%，在制冷时节约能源38%～60%，是解决建筑节能的一个新的方向。

3 烟囱效应技术应用案例

3．1 德国新国会大厦

大厦的自然通风系统设计十分巧妙。议会大厅是通风系统的进风口，设置在西门廊的廊檐部位。新鲜空气被引入后经过大厅地板下的风道及设置在座位下的风口结构低速而均匀地散发到大厅内，然后再从穹顶内倒锥体的中空部分排出至外。倒锥体实际上在此体现了拔气烟囱的功能，整个通风系统的相互协调形成了极为合理的气流循环通路。大厦的侧窗均为双层窗设计，外层为防卫性的层压玻璃，内层为隔热玻璃，两层之间还设有遮阳装置。双层窗的外窗可以满足保安要求，而内层窗则可以随时打开。侧窗的通风既可自动调节，也可以由人工控制实现。大厦的大部分房间可以获得自然通风，新鲜空气的换气频率可以根据需要进行调整，每小时可以达到1～5次。

3．2 英国诺丁汉大学朱比丽分校

朱比丽校园设计所采用的通风策略是热回收低压机械式自然通风。它是一种混合系统，即在充分利用自然通风的基础上辅以有效的机械通风装置。 “集热片”与“风塔”这一通风系统的使用在建筑上表现为两个明显的特征，一个是25毫米乘以125毫米见方的太阳能集热片，它们被集成在中庭屋顶的6毫米厚的吸热强化玻璃中，用于提供驱动机械通风扇的能源，同时它们起到一定的遮阳作用。另一个是“风塔”，其主体为楼梯间在顶部是集成的机械抽风和热回收装置，在建筑外部呈造型独特的金属“风斗”，通过其旋转以确保排出气流总是朝下风向，从而形成最大的正负压差，加强抽风效果。据观测，通过使用这一装置所节省的能耗不到风扇耗能的百分之一，但它们被认为在树立生态建筑标识性上有着更高的价值。

3．3 英国贝丁顿零能耗社区

建筑采用了自然通风系统来使通风能耗最小化。经特殊设计的“风帽”可随风向的改变而转动，利用风压给建筑内部提供新鲜空气，同时排出室内的污浊空气。 而“风帽”中的热交换模块利用废气中的热量来预热室外寒冷的新鲜空气。根据实验，最多有70%的通风热损失可以在此热交换过程中挽回。

4 结语

通风是建筑的基本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗，使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。

自然通风技术不但能降低室内温度、带走潮气、达到人体热舒适，还能提供新风，保证室内空气品质。通过合理的设计，有效地利用自然通风解决室内热舒适性和空气质量问题，不增加投资就能营造一个健康、舒适的室内环境。

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