建筑设计中对自然通风的探讨

李霞

摘要：随着我国对建筑通风节能的要求越来越高，设计者在建筑通风设计中要更注重布局的合理性。为了进一步节省成本，提升节能效率。自然通风更适用于现有的建筑节能通风设计，因此在现有设计中应多采用自然通风加机械通风。但建筑设计人员应该依据基本的自然规律，合理的引用自然通风，避免因布局不合理导致通风效果不佳的问题，以此为建筑节能做出更多的贡献。本文对建筑设计中自然通风进行了探讨。

关键词：建筑设计；自然通风；措施

自然通风作为一种较为环保且低廉的建筑通风方式，应在现代建筑的设计中得到更为广泛的应用，但它是一种被动式的通风方式，其设计及使用要受到诸多因素的制约，如地理环境、气候状况、建筑周遭空气质量以及建筑物结构等等，在建筑进行自然通风设计时，要将多种因素综合起来，从全局出发，从而达到更好的建筑自然通风效果。

一、自然通风作用原理

1.风压原理通风

风压即利用建筑迎、背风面的压力差，使空气由高压处向低压处流动。将风对建筑物的作用力分解成水平阻力和垂直升力，水平方向往往要考虑建筑开口朝向，穿堂风就是将窗布置在主导风向，减少阻力争取自然风。垂直方向的力由于伯努利效应，使进风面和屋顶面之间有着巨大的抽吸力，能很好地实现通风换气。我国传统建筑在排风出口设置的风塔，就是利用了风压引起的文丘里效应： 气流在空间收缩的部分加速，甚至形成负压，这将有利于空气的流动。

2.热压原理通风

热压通风就是常说的“烟囱效应”，它的形成源于室内外温度差，温度差引起室内外的密度差，从而在垂直于建筑物墙面的方向产生压力梯度。当室温高于外部温度，建筑物的压力上部比下部高，这就存在了一个压力差，使得空气由下面的开口流进，从上面流出。当室温低于外部温度，热空气从室外进入，与室内冷空气交换，这就是反烟囱效应。烟囱设得越高，建筑物上部与下部之间的温度与压力差也越大，更高的气流速度使得空气流通更快。

3.风压和热压共同作用通风

在实际生活中的自然通风，一般都是热压和风压共同作用的。一般来说，进深小的开口主要是风压通风，而进深大的开口则主要是热压通风，如果两种通风方式的流线相同，那么两者共同的作用将促进自然通风，达到较好的效果，同时应注意，热压与风压结合并不是简单的线性叠加。建筑师在设计建筑物时，应当将两者的作用综合考虑，达到良好的通风效果。

二、完善建筑设计中自然通风的措施

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.圍护结构开口的优化设计

适当的通风口对于获得有效的自然通风非常重要。从风洞的观察记录可见：改变出风口的位置并不能改变室内气流的速度或流场；改变进风口的位置对于室内气流速度和流场有很大的影响。对于住宅建筑，合适的风口应该位于地面1～2m 处，这也能让气流经过使用者头部区域。房间的开口大小、相对位置等，直接影响到风速和进风量。进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。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。在一般的居住建筑中，开窗面积的大小对室内自然通风量的大小起决定性作用。在室外风速一定的情况下，开窗面积大小与室内自然通风量成正比，开窗面积越大越有利于自然通风。根据《居住建筑节能设计标准实施细则》规定，居住建筑外窗（包括阳台门）的可开启面积不应小于外窗所在房间地面面积的8%或外窗面积的45%。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位置，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。

3.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。

4.引“穿堂风”与设“竖井空间”

穿堂风是自然通风中效果最好的方式，传统建筑在风压的作用下，室外空气从建筑物的一侧进，正对从另一侧出。为组织穿堂风，我们应当使主要房间朝向主导风，辅助房布置在背风面，并合理布置家具，使得自然通风更加舒适。设置竖井空间也是较好利用自然通风的一种方式。如今，大量的建筑物设有中庭，一方面是对于采光的考虑，另一方面是对“烟囱效应”的利用，以更好地利用自然通风。也有些建筑物设置了风塔，它由竖井和几个风斗组成，风斗的方位迎向主导风向，在通风不畅的地区利用这种高出屋面的风斗，将有利于自然通风。

5.屋顶的自然通风

通风隔热屋面通常有以下两种方式：

（1）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。

（2）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。

6.通风墙体

通风墙体即将需要隔热的外墙做成带有空气间层的空心夹层墙，并在下部和上部分别开有进风口和出风口。通风间层厚度一般为30～100mm。夹层内的空气受热后上升，在内部形成压力差带动内部气流运动，从而可以带走内部的热量和潮气。外墙加通风间层后，其内表面温度可大幅度降低，而且日辐射照度愈大，通风空气间层的隔热效果愈显著，故对东西向墙更为明显。建筑外墙在EPS聚苯板与具有遮阳功能的瓷板幕墙之间形成流动的空气层，利用热压的原理在空气层内部实现自然通风，流通的气流可以带走空气间层的热量，实现为围护结构降温；同时还带走了间层内部的水蒸气，保护了保温层。

7.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。

总而言之，自然通风既能够有效地改善室内空气质量，也是降低能耗的一项重要措施，将自然通风技术应用在建筑设计中具有重要的作用和意义。同时我们也相信，随着现代科学技术的迅速发展，自然通风能够为人类创造更加健康、更加舒适的居住环境。

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