自然通风建筑设计.docx

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长久以来，自然通风做为一项传统的建 筑防热技术，在世界各地的传统民居中，得 到了广泛的应用。在湿热地区，人们看到的 传统民居往往有这样的外表：建筑都有开阔 的窗户；采用轻便的墙体；深远的挑檐；高 高在上的顶棚并且设置有通风口；建筑往往 架空，以避开地面的潮气和热气，采集更多 的凉风一一这样形象的背后，隐藏着劳动人 民对利用自然通风技术的朴素观念。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。
空调的产生，使人们可以主动地控制居 住环境，而不是象以往一样被动地适应自然; 空调的大量使用，使人们渐渐淡化了对自然 通风的应用。而在空调技术得以普及的今天, 迫于节约能源、保持良好的室内空气品质的 双重压力下，全球的科学家不得不重新审视 自然通风这一传统技术。在这样的背景下， 把自然通风这种传统建筑生态技术重新引 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。为了更好地实 现隔热，通道内一般设置有可调节的深色百 叶。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时， 能够很好地解决高层建筑中过高的风压和 热压带来的风速过大造成的紊流不易控制 的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安 全问题，可加强围护结构的保温隔热性能， 并能降低室内的噪音。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。
太阳能强化自然通风
太阳能强化自然通风，充分利用了太阳 能这一可持续能源转化为动力进行通风。太 阳能强化自然通风的建筑结构主要有：屋面 太阳能烟囱、
Trombe墙和太阳能空气集热器。 以上三种结构可以单独设置来强化通风，但 是，为了在夏季达到更好的冷却效果，通常 将这些做法与其他建筑结构组合成一个有 组织的自然通风系统。

通风是建筑的最基本功能之一，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。
我们现在的建筑设计中，尤其是一些建 筑的更新如新民居的设计，不仅要关注自然 通风技术，更要注意把这一传统的技术与当 地的地理气候特征和气候因素等相结合，提 出多层次的、全面的、适宜的建筑技术，体 现“气候决定建筑”的设计理念。自然通风 建筑设计
回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义。
.自然通风的理论机理
通常意义上的自然通风指的是通过有 目的的开口，产生空气流动。这种流动直接 受建筑外表面的压力分布和不同开口特点 的影响。压力分布是动力，而各开口的特点 则决定了流动阻力。就自然通风而言，建筑 物内空气运动主要有两个原因：风压以及室 内外空气密度差。这两种因素可以单独起作 用，也可以共同起作用。
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，而背风面上产生负 压。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。
热压作用下的自然通风
热压是室内外空气的温度差引起的，这 就是所谓的“烟囱效应”。由于温度差的存 在，室内外密度差产生，沿着建筑物墙面的 垂直方向出现压力梯度。如果室内温度高于 室外，建筑物的上部将会有较高的压力，而 下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口 时，空气通过较低的开口进入，从上部流出。 如果，室内温度低于室外温度，气流方向相 反。热压的大小取决于两个开口处的高度差 和室内外的空气密度差。而在实际中，建筑 师们多采用烟囱、通风塔、天井中庭等形式, 为自然通风的利用提供有利的条件，使得建 筑物能够具有良好的通风效果。
1. 3风压和热压共同作用下的自然通风 在实际建筑中的自然通风是风压和热 压共同作用的结果，只是各自的作用有强有 弱。由于风压受到天气、室外风向、建筑物 形状、周围环境等因素的影响，风压与热压 共同作用时并不是简单的线性叠加。因此建 筑师要充分考虑各种因素，使风压和热压作 用相互补充，密切配合使用，实现建筑物的 有效自然通风。
. 4机械辅助式自然通风
在一些大型建筑中，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 往往不足以实现自然通风。而对于空气污染 和噪声污染比较严重的城市，直接的自然通 风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内， 不利于人体健康。在这种情况下，常常采用 一种机械辅助式的自然通风系统。该系统有 一套完整的空气循环通道，辅以符合生态思 想的空气处理手段，并借助一定的机械方式 加速室内通风。
.采用自然通风的的经济效益和环境 效益
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取代空调 制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要 的意义：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”。而自然 通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利 于满足人和大自然交往的心理需求。
.建筑设计中自然通风的实现及实例 分析
传统建筑对自然通风有很多值得借鉴 的方法，而在我们现代的建筑设计中积极地 考虑自然通风，并注意与地域建筑的有效结 合，对于自然通风的合理利用、节约能源具 有现实意义。
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。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。
维护结构开口的设计
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。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。
注重“穿堂风”的组织
“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 的进风口吹人室内，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。
在建筑设计中形成竖井空间，来加速气 流流动，实现自然通风。
在建筑设计中竖井空间主要形式有：
纯开放空间一一目前，大量的建筑中设 计有中庭，主要是平面过大的建筑出于采光 的考虑。从另外一个方面考虑，我们可利用 建筑中庭内的热压形成自然通风。由福斯特 主持设计的法兰克福商业银行就是一个利 用中庭进行自然通风的成功案例。在这一案 例中，设计者利用计算机模拟和风洞试验, 对
60层高的中庭空间的通风进行分析研究。 为了避免中庭内部过大的紊流，每12层作 为一个独立的单元，各自利用热压实现自然 通风，取得良好的效果。
“烟囱”空间，又叫风塔一一由垂直竖 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。该系统类似于风管供 风系统。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。例如在英国贝丁顿零能耗发展项目中， 设计了可以随风向转动的风斗，配合其他措 施，利用自然风压实现了建筑内部的通风。
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。

在云南省永仁县异地扶贫搬迁规划设 计实施工程中，多数是从冬季较寒冷的山区 迁移到夏季较炎热的丘林坝子中。原住居民 的住屋形式是在寒冷地区发展与延续下来 的，其夏季的通风问题不是主要的空间约束。 而新迁地夏季较炎热，室外亦有较大的区域 风，但是室内风速则相对较小。因后墙及山 墙均无窗户，所以室内通风不是很好。新搬 来的住户对室内的热环境都表现出很大的 不满。因此，改进建筑的通风效果是克服民 居缺陷的主要途径。在新农居的设计中，二 层楼的前部采用窗加百页的构造，后部加设 可开启的窗户，以保证二层堆放农作物的自 然晾干功能。针对夏季的炎热气候，加大了 挑檐设计，精心做了堂屋、卧室与阁楼的通 风设计，通过简单的构造措施，对民居的热 环境做了积极的改进与引导。在该工程中， 有效的将传统的自然通风这一绿色适宜技 术用于对传统民居的更新，既满足了经济的 要求，又符合了生态的效益。