浅谈“一个建筑”自然通风效果的“达标与否”

张一楠 吕冠男

中国建筑设计研究院有限公司 北京 100044

1 建筑自然通风的功能需求

1.1 自然通风的优势

世界各地的气候各不相同，都会有或长或短的舒适的气候环境，对这样舒适的季节，利用自然通风带走室内多余的热量，能够大大减少使用空调造成的能源浪费。在建筑使用的周期内，延长自然通风的时间，即降低空调使用的时间，从而减少各类气体的排放量，以达到保护环境、低碳节能的目的。

此外，夏季使用空调会造成室内外明显的温差，进而引发空调病。空调的温湿度、气流速度导致其体感的热舒适度不高。在舒适的季节，能够进行自然通风的建筑带给人的感受会更加舒适、惬意。

1.2 功能的需求主导通风的需求

为改善室内热环境，任何功能房间都有通风换气的需求。值得注意的是，这种通风换气从能源的使用上分为主动的和被动的两种。

本文所探讨的自然通风属于被动式的通风，并非所有功能房间都适合被动式的自然通风，譬如音乐厅或者剧院的观众厅通常都是作为核心被包在建筑中间的，像这种有声学要求的、大空间的人流密集场所通常是采用空调进行室内热环境的调节。空调能够快速的调节室内温度并使之保持恒温，然而，类似住宅、办公、会议等其他大部分经常使用的功能房间，更适合在舒适的季节通过自然通风来改善室内热环境，这也是绿色建筑的常规设计手法。

换言之，功能的需求主导通风的需求，主动式通风的空调和被动式的自然通风对应不同需求的功能房间。以重庆市万州三峡文化艺术中心二期为例，项目包含多种功能，譬如音乐厅、文化馆用房、川剧团曲艺团办公及排练用房。设计时分别按照不同的功能进行了不同的通风换气设计，对文化馆用房内的各类教室、会议室、阅览室，对川剧团曲艺团中的办公室和会议室都采取了自然通风设计，而对于音乐厅则采用空调设计。

2 自然通风效果的“规范”达标

2.1 通风原理下房间尺度的“达标”

建筑之所以能够进行自然通风换气主要基于风压与热压的原理。

何为风压，当风吹向建筑物时会被其表面所阻挡，迎风一侧的静压升高，背风一侧的静压降低，从而产生压力差。风压作用下的自然通风正是利用这种压力差使空气由高压向低压的方向流动[1]。但是风压通风是有跨度限制的，单侧为10m，双侧可以增加至14m。所以对于住宅、办公这类小进深的建筑的自然通风，最行之有效的方式就是合理控制建筑的进深，在风通过的途径中减少设置障碍，尽量形成穿堂风。

以重庆市万州三峡文化艺术中心二期为例，按照当地规范重庆市工程建设标准《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》中的要求，单侧通风房间的进深不超过房间净高的3倍；穿堂风房间的进深不超过房间净高的5倍。采用自然通风的房间需要严格满足以上设计标准，房间的自然通风效果在规范的层面上才是满足设计要求的。否则，即使每个房间都象征性的做了可开启扇，但是房间的进深与高度不满足规范要求，也不能认定其自然通风效果在规范上达标，仅仅能算作房间的补风设计而已。以此标准反观三峡文化艺术中心二期项目，主体建筑形态为4个体量不一的多边形组合，在需要自然通风的功能体块中设置了院落空间，使这些功能用房譬如各类教室、会议室、阅览室、办公室等等都形成了穿堂风，并合理控制房间的进深与净高，最大程度的利用风压差进行自然通风。

何为热压，热压作用下的空气流动是由于空气的温度差所引起的，热空气趋上，冷空气趋下，在建筑内部空间的垂直方向上产生压力梯度，从而导致空气的流动[1]，俗称“烟囱效应”。顾名思义，高度差越大，热压作用下的自然通风理应更加明显。所以在商场等一些进深较大的建筑中合理设置中庭，或者在高层建筑中合理设置天井，都能够更大的激发热压通风带来的气流运动[3]。

2.2 房间可开启面积的“达标”

根据建筑所在地的地标以及国家标准，需要对自然通风换气房间的可开启面积和有效通风面积进行核算，满规范要求的才能称之为达标。还是以重庆市万州三峡文化艺术中心二期为例，按照当地规范重庆市工程建设标准《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》，需满足在过渡季节典型工况下，自然通风房间可开启外窗净面积不得小于房间地板面积的4%，同时有效通风换气面积不应小于该房间外墙面积的10%，外门的可开启面积可以纳入到可开启面积的整体计算中。但是对于三峡二期项目的实际设计来说，第一条的4%比较容易满足，但是第二条的10%则在条文的极限值上徘徊，并且有效通风面积取开启扇面积和空气流通界面面积中的较小值，需要设计师选择适合的外窗开启方式，并进行核算、修改部分房间外窗的尺寸，才能做到房间可开启面积在规范上的达标。

3 自然通风效果的“体感”达标

房间的舒适与否，其房间尺度、可开启外窗的开启方式及面积在设计规范上皆有迹可循，这是自然通风设计成功的基础。当建筑建成后，采用自然通风设计的房间的体感究竟如何，还需要实际感受。通过国内外大量的设计实践，笔者建议以下设计策略，根据项目的实际情况，尽量多的采用下述策略，才能使房间的自然通风在“体感”上真正的达标[4]。

3.1 风口位置的选择策略

房间通风口位置的选择是否合理，决定了体感的舒适度。冷空气进入室内后由于重力的原因会停留在下部空间，经过人体活动及室内温度的加热后才会向上移动，所以采用自然通风的建筑，其进风口的位置应当尽量设置在空间较低处，否则，即使房间的可开启面积指标达标，但是进风口设置得过高，也会导致其在人体的活动范围内缺少足够的冷空气，进而导致空间沉闷。

3.2 风环境的合理利用策略

我国幅员广阔，在设计之前，需要充分了解当地的气候条件与风环境条件。对于湿热、干热、温和这些需要利用自然通风排湿、降温、提升空间热舒适度的气候区采用自然通风设计。充分了解建筑所在地的主导风向及地形地势，才能在设计上更加合理的利用风环境特征。譬如我国东北地区的主导风向为夏季东南风，冬季西北风，所以建筑坐北朝南，北向减少开窗面积，南向增大开窗面积的设计是对其风环境合理利用的表达。此外，基地周边一定区域内的自然环境，譬如坡地、盆地、林地等，也会形成小范围的风环境特征，譬如山谷风、林原风等等。如下图1。设计时也可以考虑利用这些小气候的风向气流，进而增加“体感”上的达标概率。

图1 几种地方风风向[2]

3.3 景观水体的降温策略

众所周知，由于水的蒸发作用会降低温度，如果在建筑的通风口附近存在景观水体，有利于给建筑提供凉爽清新的自然风。在建筑设计上，当外部条件有水体时，更应该根据建筑的实际功能考虑是否要在水体附近设置通风口，以提高建筑的自然通风质量。当建筑外部条件没有景观水体时，也可根据已知的设计条件考虑是否有必要进行景观水体的人工设计。

以海口市民游客中心为例，除项目位置周边本身存在的水体外，还在建筑东西主要朝向上增设了水系景观，提高了建筑自然通风的新风质量，即有效地降低了建筑周边空气温度并且提高了空气湿度，从而提高了建筑内部自然通风的体感舒适度。