浅谈建筑设计中的自然通风技术

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摘要：在当前全球能源紧张、节能压力增大、空气质量恶化等情况下，自然通风作为建筑节能的一种有效手段，得到了日益广泛的关注。它对于降低能耗，提高室内舒适度都有着非常重要的作用。本文阐述了自然通风产生的基本原理,结合实例分析了与自然通风有关的建筑设计问题。

关键词：自然通风 节能 风压 热压

1. 绪论

伴随我国建筑技术的逐渐进步和不可再生能源的日益匮乏，建筑的高能耗问题日益凸显。建筑能耗是指建筑物在使用过程用于采暖、通风、空调、照明、家用电器、热水供应、烹饪等的能耗。我国住宅面积年增长率约为10亿平方米，到2020年总量将达500亿平方米，用能需求增加。目前我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍～5倍。现在我国人均用能不及世界人均能耗水平的一半，但我国能耗消费总量已居世界第二。我国于1997年11月1日公布，并自1998年1月1日起施行了《中华人民共和国节约能源法》。其中的第三十七条明确规定“建筑物的设计和建造应当依照有关法律、行政法规的规定，采用节能型的建筑结构、材料、器具和产品，提高保温隔热性能，减少采暖、制冷、照明的能耗。”这是我国建筑节能的根本法律依据，体现了我国政府对建筑节能的高度重视。我国建筑能耗占总能耗的45%[1]，而公共建筑占到了建筑能源消耗的19%，如图1所示，因此，在公共建筑设计中必须重视节能问题，提高供暖、空调等能量利用率。本文对有关自然通风技术的基本原理及其在公共建筑设计中的应用进行了分析和讨论。

图1 2006年我国各类建筑能源消耗比例

2.自然通风的形成、优点及评价标准

自然通风依靠室外风力造成的风压和室内外空气温度差造成的热压，促使空气流动，使得建筑室内外空气交换。建筑自然通风的评价标准应包括新风量和通风速度两个方面。我国《健康住宅建设技术要点》中规定，居住房间应能自然通风，尤应注意凹口部位的通风问题。采暖制冷期间，在外窗密闭的情况下宜有可以调节的换气装置，补充新鲜空气，并预防和控制生物、化学、放射性等有害物的污染。室内新风量标准应符合表1的规定。

参数 单位 标准值

新风量 M3/（h・人） ≥30

换气次数 次/h 1

表1室内新风量标准

从改善室内环境的角度来说，自然通风可以调节室内温度，带走多余热量并提供新鲜的自然空气，从而提高室内环境的舒适度，从节约能源的角度来说，采用自然通风方式的根本目的就是取代或部分取代空调系统，从而减少不可再生能源消耗，达到节约能源的目的。由于它简单易行，节约能源，有利于环境保护，因此被广泛应用于工业和民用建筑中。随着可持续发展战略思想的深入，以及人们对室内空气品质要求的提高，这种既有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想又可以提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人的生理和心理健康的通风方式必将在我国得到广泛重视和应用。

3. 自然通风技术作用原理

自然通风按工作原理可分为：热压作用下的自然通风、风压作用下的自然通风、热压风压共同作用下的自然通风，按通风方式可分纯自然通风和机械辅助自然通风。

3.1 风压作用下的自然通风

风的形成是由于大气中的压力差。如果风在通道上遇到了障碍物,如树和建筑物,就会产生能量的转换。动压力转变为静压力,于是迎风面上产生正压(约为风速动压力的0.5- 0.8 倍),而背风面上产生负压(约为风速动压力的0.3- 0.4 倍)[2]。由于经过建筑物而出现的压力差促使空气从迎风面的窗缝和其他空隙流入室内,而室内空气则从背风面孔口排出, 就形成了全面换气的风压自然通风。某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对于风向的方位、风速和建筑周围的自然地形有关。

3.2 利用热压实现自然通风

所谓热压通风, 就是利用建筑内部由于空气密度不同,热空气趋向于上升, 而冷空气则趋向于下降的特点, 促进自然通风。热压作用与进风和出风的风口高度差, 以及室内外空气温度差存在着密切的关系: 高度差愈大, 温度差愈大, 则热压通风的效果愈明显。

3.3 风压和热压共同作用下的自然通风

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、共同作用，只是各自作

用的程度不同。热压作用相对稳定，烟囱效应拔风的产生条件较容易实现[3]；而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响，具有不稳定性。一般来说，在建筑进深较小的部位大多利用风压来直接通风，而进深较大的部位则大多利用热压来达到通风效果。

3.4 机械辅助式自然通风

在一些大型建筑中，如体育场馆、展览馆、商业设施等大型公共建筑，往往由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足于实现自然通风。而且对于一些空气污染严重的城市，直接的自然通风会将室外污染的空气和噪声传入室内，不利于健康环境的营造，在这种情况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。

4. 自然通风技术分析

4.1 合理控制建筑布局与设计体型

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，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（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响，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。

4.2 优化设计建筑物门窗开口

建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式，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。开口的相对位置对气流路线起着决定

作用。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[4]。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。

4.3 有效组织穿堂风

“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大，房屋内部空气流动阻力越小，通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。

4.4利 用屋顶增强自然通风

屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的一个组成部分, 利用天窗、烟囱、风斗等构造为气流提供进出口外, 本身也可以成为一个独立的通风系统。对于很多地区的建筑来说，完全自然通风并不是每个季节都适宜的;有些建筑受特定条件的制约，也不具备低进高出的气流走廊。这时的建筑自然通风就必须借助机械装置的辅助，或者是根据不同时段、不同季节进行完全自然通风和机械通风的轮换。在酷热或严寒季节，建筑的门窗关闭，新鲜的空气通过屋顶上风塔的机械抽风和热回收装置被引到风道中，然后进入各层楼板的夹层空间，进而在楼板低压发散装置的辅助下进入室内;而废气的排出是通过走道和楼梯间的抽风作用，最终又回到风塔上部，经过热回收和蒸发冷却装置，最终由风斗排出，这时采用的就是机械辅助的自然通风模式。太阳能集热片被集成在中厅屋顶的吸热强化玻璃中，其吸收的热能用于驱动机械抽风装置。

5 结语

通风是建筑的最基本功能之一,而降低建筑能耗, 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。随着生态观念的深入人心及对自然通风对健康作用的深入认识, 实现的自然通风新技术已经开始在现代建筑中越来越广泛的应用。在公共建筑中采取良好的技术设计, 完全能够达到实现自然通风, 改善建筑室内外热环境, 提高舒适度, 尽量少用采暖制冷设备以节约能源的目标。

参考文献

[1] 伍志强 建筑节能的自然风利用技术及实证研究 安徽建筑 2010.02

[2] 吕达良 关于建筑自然通风技术的相关探讨 现代商贸工业 2010.21

[3] 张建涛， 李理， 王丁丁 建筑空间自然通风设计模式探讨 河南科学 2010.11

[4] 付新才 建筑通风技术分析 黑龙江科技信息 2011.03

[5] 李晋 体育馆的自然通风设计方法研究 昆明理工大学学报(理工版) 2008.04

[6] 王磊，龚波，余南阳 自然通风热舒适性, 哈尔滨工业大学学报,2009.12

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