自然通風(fēng)在建筑中的運用

1、自然通風(fēng)在建筑中的運用建筑06xxx指導(dǎo)老師： xxx 摘要 本文首先介紹了建筑中自然通風(fēng)技術(shù)的作用原理，指出了自然通風(fēng)的經(jīng) 濟(jì)效益和環(huán)境效益，進(jìn)而論證了在建筑設(shè)計中如何實現(xiàn)自然通風(fēng)，提出自然通 風(fēng)這項傳統(tǒng)的技術(shù)要與建筑所處地域的自然地理氣候特征相適應(yīng)，并輔以實例 分析了自然通風(fēng)與地域氣候的完美結(jié)合。旨在引起在地域建筑設(shè)計中對自然通 風(fēng)傳統(tǒng)適宜技術(shù)的重視。另外附有案例分析以闡述自然通風(fēng)技術(shù)的措施、效果 及適用性。 關(guān)鍵詞 自然通風(fēng) 效益 設(shè)計 效果 適用性長久以來 , 自然通風(fēng)做為一項傳統(tǒng)的建筑防熱技術(shù)，在世界各地的傳統(tǒng)民居 中，得到了廣泛的應(yīng)用。在濕熱地區(qū)，人們看到的傳統(tǒng)民居往往有這樣的外表

2、： 建筑都有開闊的窗戶；采用輕便的墻體；深遠(yuǎn)的挑檐；高高在上的頂棚并且設(shè) 置有通風(fēng)口；建筑往往架空，以避開地面的潮氣和熱氣，采集更多的涼風(fēng) 這樣形象的背后，隱藏著勞動人民對利用自然通風(fēng)技術(shù)的樸素觀念。自然通風(fēng) 是一種具有很大潛力的通風(fēng)方式，是人類歷史上長期賴以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的原始 手段?？照{(diào)的產(chǎn)生，使人們可以主動地控制居住環(huán)境，而不是象以往一樣被動地 適應(yīng)自然；空調(diào)的大量使用，使人們漸漸淡化了對自然通風(fēng)的應(yīng)用。而在空調(diào) 技術(shù)得以普及的今天，迫于節(jié)約能源、保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)的雙重壓力下， 全球的科學(xué)家不得不重新審視自然通風(fēng)這一傳統(tǒng)技術(shù)。在這樣的背景下，把自 然通風(fēng)這種傳統(tǒng)建筑生態(tài)技術(shù)重新引回現(xiàn)

3、代建筑中，有著比以往更為重要的意 義。通常意義上的自然通風(fēng)指的是通過有目的的開口，產(chǎn)生空氣流動。這種流 動直接受建筑外表面的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而 各開口的特點則決定了流動阻力。就自然通風(fēng)而言，建筑物內(nèi)空氣運動主要有 兩個原因：風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。這兩種因素可以單獨起作用，也可以 共同起作用。一 自然通風(fēng)作用原理常意義上的自然通風(fēng)指的是通過有目的的開口，產(chǎn)生空氣流動。這種流動直接 受建筑外表面的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而各開口 的特點則決定了流動阻力。就自然通風(fēng)而言，建筑物內(nèi)空氣運動主要有兩個原 因：風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。這兩種因素可以

4、單獨起作用，也可以共同起 作用。自然通風(fēng)是在壓差推動下的空氣流動。根據(jù)壓差形成的機理，可以分為 風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)、熱壓作用下的自然通風(fēng)和風(fēng)壓、熱壓同時作用下的自 然通風(fēng)。1 風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)圖 1-1 示意了風(fēng)壓作用下自然通風(fēng)的形成過程。當(dāng)有風(fēng)從左邊吹向建筑 時，建筑的迎風(fēng)面將受到空氣的推動作用形成正壓區(qū)，推動空氣從該側(cè) 進(jìn)入建筑；而建筑的背風(fēng)面，由于受到空氣繞流影響形成負(fù)壓區(qū)，吸引 建筑內(nèi)空氣從該側(cè)的出口流出，這樣就形成了持續(xù)不斷的空氣流，成為 風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)。2 熱壓作用下的自然通風(fēng)圖1-2示意了熱壓作用下的自然通風(fēng)的形成過程。當(dāng)室內(nèi)存在熱源時，室 內(nèi)空氣將被加熱，密度降低，

5、并且向上浮動，造成建筑內(nèi)上部空氣壓力比建筑 外大，導(dǎo)致室內(nèi)空氣向外流動，同時在建筑下部，不斷有空氣流入，以填補上 部流出的空氣所讓出的空間，這樣形成的持續(xù)不斷的空氣流就是熱壓作用下的 自然通風(fēng)。圖1-1風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)圖1-2熱壓作用下的自然通風(fēng)3風(fēng)壓、熱壓同時作用下的自然通風(fēng)在實際建筑中的自然通風(fēng)是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果，只是各自的作用有強 有弱。由于風(fēng)壓受到天氣、室外風(fēng)向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響， 風(fēng)壓與熱壓共同作用時并不是簡單的線性疊加。因此建筑師要充分考慮各種因 素，使風(fēng)壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，實現(xiàn)建筑物的有效自然通風(fēng)。根據(jù)進(jìn)出口位置，自然通風(fēng)可以分為單側(cè)的

6、自然通風(fēng)和雙側(cè)的自然通風(fēng)。 圖1-1就是雙側(cè)自然通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，而圖 1-2表示的是單側(cè)的自然通風(fēng)形式。二 采用自然通風(fēng)的的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益自然通風(fēng)是當(dāng)今建筑普遍采取的一項改革建筑熱環(huán)境、節(jié)約空調(diào)能耗的技 術(shù)，采用自然通風(fēng)方式的根本目的就是取代（或部分取代）空調(diào)制冷系統(tǒng)。而 這一取代過程有兩點至關(guān)重要的意義：一是實現(xiàn)有效被動式制冷，當(dāng)室外空氣 溫濕度較低時自然通風(fēng)可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度，帶 走潮濕氣體，達(dá)到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區(qū)，需要消耗能 源進(jìn)行降溫降濕處理，也可以利用自然通風(fēng)輸送處理后的新風(fēng)，而省去風(fēng)機能 耗，且無噪聲。這有利于減少能耗、降低污染，

7、符合可持續(xù)發(fā)展的思想。二是 可以提供新鮮、清潔的自然空氣（新風(fēng)），有利于人的生理和心理健康。室內(nèi) 空氣品質(zhì)的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新風(fēng)。空調(diào)所造成的恒溫環(huán)境 也使得人體抵抗力下降，引發(fā)各種“空調(diào)病”。而自然通風(fēng)可以排除室內(nèi)污濁 的空氣，同時還有利于滿足人和大自然交往的心理需求。三 建筑設(shè)計中自然通風(fēng)的實現(xiàn)及實例分析1建筑體型與建筑群的布局的設(shè)計 建筑群的布局對自然通風(fēng)的影響效果很大。考慮單體建筑得熱與防止太陽過度 輻射的同時，應(yīng)該盡量使建筑的法線與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致；然而對于建筑群體， 若風(fēng)沿著法線吹向建筑，會在背風(fēng)面形成很大的漩渦區(qū)，對后排建筑的通風(fēng)不 利。在建筑設(shè)計中要綜合考慮這兩

8、方面的利弊，根據(jù)風(fēng)向投射角（風(fēng)向與房屋外墻面法線的夾角)對室內(nèi)風(fēng)速的影響來決定合理的建 筑間距，同時也可以結(jié)合建筑群體布局的改變以達(dá)到縮 小間距的目的。由于前幢建筑對后幢建筑通風(fēng)的影響， 因此在單體設(shè)計中還應(yīng)該結(jié)合總體的情況對建筑的體型， 包括高度、進(jìn)深、面寬乃至形狀等實行一定的控制。為 了保證建筑的自然通風(fēng)效果，建筑主要進(jìn)風(fēng)面一般應(yīng)與 夏季主導(dǎo)風(fēng)向成60 - 90。角，不宜小于45角，同 時應(yīng)避免大面積外墻和玻璃窗受到西曬。(1) 街道布局的定向30度角，令盛行風(fēng)得以進(jìn)(2) 建筑物之間應(yīng)留有空間以改善通風(fēng)(3) 由道路、休憩用地及低矮樓宇連成的通 風(fēng)廊道(4) 設(shè)置風(fēng)廊/風(fēng)道(5) 利用非

9、建筑用地的配置以辟設(shè)風(fēng)道2自然通風(fēng)應(yīng)用實例一一清華大學(xué)超低能耗示范樓主要大街/大道應(yīng)與盛行風(fēng)的方向平行排列或最多成 透入全區(qū)根據(jù)北京地區(qū)的氣候特點，春秋兩季可通過自然通風(fēng)帶走余熱，保證室內(nèi)較為 舒適的熱環(huán)境，縮短空調(diào)系統(tǒng)運行時間。利用熱壓和風(fēng)壓通風(fēng)的原理 ，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式及周圍環(huán)境的特點，在樓梯間和走廊設(shè)置通風(fēng)豎井，形成不同樓層的 熱壓通風(fēng)。在建筑頂端設(shè)計玻璃煙囪利用太陽能強化通風(fēng)，在建筑外立面合適比電哎璃世下直室內(nèi)環(huán)境控制方案設(shè)計方案:蹩規(guī)胳購山駁勵剛坤尊的L-、網(wǎng)展北鑿村刖K壓墳tfifl鳳.JB*二*三*四肚的剋館歴 局全灘務(wù)用鶴圧卿flRMA.片空*璃|価甌兀龍可黑單兀式電jflii

10、 IAB*梟圧通風(fēng)詔井：結(jié)介樓棉間利成嵐世曜匚牛通風(fēng)雹井.莎SWm酋和 網(wǎng)柜M的抖門逋岡*促訐慚個樓顯的搔*X耐列 業(yè)訛值在!OTiUt璃煙掏利用ASiffifli tilR(IS 鳳壓避鳳部井：缶逢迫&血旺fhX和負(fù)HtE Iftifi巧部竹世？Tifi鳳開 M.便牢鐘許飛口且鼐幣遺站穿詢過it孰K斛.)部游圖二單層嗣連鳳禾尊圖位設(shè)置開啟窗扇,使室外空氣順暢地穿過建筑耿弘債幻t一基SS5CKT 一二 二 圖1辛莊生態(tài)示范辦公樓全景圖2辛莊生態(tài)示范辦公樓自然通風(fēng)煙囪如左圖所示玻璃煙囪， “煙囪”空間，又叫風(fēng)塔 由垂直豎井和幾個風(fēng) 口組成，在房間的排風(fēng)口 末端安裝太陽能空氣加熱 器以對從風(fēng)塔頂部

11、進(jìn)入的 空氣產(chǎn)生抽吸作用。該系 統(tǒng)類似于風(fēng)管供風(fēng)系統(tǒng)。 風(fēng)塔由垂直豎井和風(fēng)斗組 成。在通風(fēng)不暢的地區(qū)， 可以利用咼出屋面的風(fēng)斗, 把上部的氣流引入建筑內(nèi) 部，來加速建筑內(nèi)部的空 氣流通。風(fēng)斗的開口應(yīng)該 朝向主導(dǎo)風(fēng)向。在主導(dǎo)風(fēng) 向不固定的地區(qū)，則可以 設(shè)計多個朝向的風(fēng)斗，或 者設(shè)計成可以隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動。3自然通風(fēng)應(yīng)用實例一一上海生態(tài)示范辦公樓下圖1和圖2是上海建筑科學(xué)研究院主持設(shè)計、建設(shè)的生態(tài)示范辦公樓, 圖2給出了利用太陽能增強熱壓形成自然通風(fēng)的煙囪外形圖。此種方式為太陽能強化自然通風(fēng)，充分利用了太陽能這一可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化為動 力進(jìn)行通風(fēng)。太陽能強化自然通風(fēng)的建筑結(jié)構(gòu)主要有：屋面太陽能煙囪、 Tro

12、mbe墻和太陽能空氣集熱器。以上三種結(jié)構(gòu)可以單獨設(shè)置來強化通風(fēng)，但是, 為了在夏季達(dá)到更好的冷卻效果，通常將這些做法與其他建筑結(jié)構(gòu)組合成一個 有組織的自然通風(fēng)系統(tǒng)。4自然通風(fēng)應(yīng)用實例一一雙層玻璃幕墻維護(hù)結(jié)構(gòu)雙層（或三層）幕墻是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進(jìn)技術(shù)，被譽為 “會呼吸的皮膚”，它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風(fēng)原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個空腔，空腔的兩端有可以控制的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。在冬季，關(guān)閉進(jìn)出風(fēng)口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”， 提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度；夏季，打開進(jìn)出 風(fēng)口，利用“煙囪效應(yīng)”在空腔內(nèi)部實現(xiàn)自 然通風(fēng)，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走， 達(dá)到降溫的目的。為了更好地

13、實現(xiàn)隔熱，通 道內(nèi)一般設(shè)置有可調(diào)節(jié)的深色百葉。雙層玻 璃幕墻在保持外形輕盈的同時，能夠很好地 解決高層建筑中過高的風(fēng)壓和熱壓帶來的風(fēng) 速過大造成的紊流不易控制的問題，能解決 夜間開窗通風(fēng)而無需擔(dān)心安全問題，可加強 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，并能降低室內(nèi)的 噪音。在節(jié)能上，雙層通風(fēng)幕墻由于換氣層 的作用，比單層幕墻在采暖時節(jié)約能源 42% -52 %，在制冷時節(jié)約能源38% -60 %，是解 決建筑節(jié)能的一個新的方向。5自然通風(fēng)應(yīng)用實例 一一高層建筑中的自然與多層建筑的自然通風(fēng)相比,高層建筑的自然通風(fēng)有其特殊性。風(fēng)壓在垂直方 向的分布有利于高層建筑的自然通風(fēng)，但過高的風(fēng)壓卻會使建筑的門窗難于開啟

14、也給建筑室內(nèi)的使用帶來不便，而且在冬季會帶走大量的熱能，不利于保溫要求。 而太高的中庭空間則會形成過大的熱壓，如不能有效控制，則會產(chǎn)生強烈的紊流， 甚至在底層進(jìn)氣口產(chǎn)生令人不安的嘯叫。根據(jù)凡丘里現(xiàn)象 ：當(dāng)流動的空氣暫時遇 到壓縮時,例如空氣進(jìn)入一個漏斗型的通風(fēng)井口時，受壓縮的氣流速度加快，氣壓 降低。當(dāng)建筑中設(shè)有導(dǎo)風(fēng)墻時，導(dǎo)風(fēng)墻可以在平面上被看作是一個漏斗，門窗則 被視為進(jìn)風(fēng)口。1 ）楊經(jīng)文設(shè)計的馬來西亞檳榔嶼州 Menara Umno是第一個利用自然通風(fēng)來創(chuàng)造舒適室內(nèi)環(huán)境的高層建筑。由于氣候濕熱 ，為了獲得舒適的內(nèi)部環(huán)境， 需要一個較高的空氣交換率。因此，為了引入自然風(fēng)，在開口處采用了“風(fēng)墻

15、” 體系。將“風(fēng)墻”安排在有通高推拉門的陽臺部位 ，兩道風(fēng)墻形成了喇叭狀的口 袋,將風(fēng)捕捉到陽臺。陽臺內(nèi)的推拉門可以根據(jù)所需風(fēng)量控制開口的大小，也可完全關(guān)閉,形成“空氣鎖”。這一構(gòu)思來自建筑師對當(dāng)?shù)仫L(fēng)向資料的分析，實踐證明這種“風(fēng)墻”與“空氣鎖”的設(shè)置效果很好。2 ）在法蘭克福商業(yè)銀行的設(shè)計過程中，針對塔樓60層高度中庭空間的自然通風(fēng)狀況,福斯特及其合作者進(jìn)項了無數(shù)次計算機模擬和風(fēng)洞試驗。結(jié)果顯示，如果整個中庭從上到下不加分隔，在很多情況下中庭內(nèi)部將產(chǎn)生令人無法忍受的紊 流。因此福斯特只得將每12層作為一個單元，在每個單元內(nèi)部利用熱壓來進(jìn)行自然通風(fēng)，各個單元之間通過透明玻璃相分隔。這樣，整個中

16、庭便成為一個個自 然通風(fēng)單元,而不再是一個通高的“大煙囪”。3 ）為了減少過高的風(fēng)壓和熱壓對高層建筑自然通風(fēng)的不利影響，1990年英恩霍文在波恩電話大樓的設(shè)計中發(fā)展了雙層玻璃幕墻，這一革命性的設(shè)想，在埃森 RWE辦公大樓得以實現(xiàn)。幕墻內(nèi)外層玻璃間隔 50 mm ,即形成可蓄熱的空腔, 提供了節(jié)能的可能性,又可以通過內(nèi)層可開啟的玻璃窗實現(xiàn)室內(nèi)各層間的自然通 風(fēng)。由于外層的玻璃阻擋了高空的風(fēng)力，人們第一次可以在高層建筑中打開窗戶 讓室外的新鮮空氣流入室內(nèi)。這一新異的構(gòu)想使大樓基本上放棄了昂貴的機械空調(diào),使自然通風(fēng)率達(dá)到70 % ,節(jié)能30 %6自然通風(fēng)應(yīng)用實例幾種屋面自然通風(fēng)1）天窗外加外遮陽及通風(fēng)裝置如果屋頂面有利用天窗采光的設(shè)計，其朝向須避開太陽 直射，并提供外部反光遮陽，且有從裝置上部排走熱量的 通風(fēng)口。2）雙屋頂構(gòu)造利用上層構(gòu)造來遮蔽直接日射，中間為開放的空氣層，利 用風(fēng)力或浮力通風(fēng)的原理來散熱，外層采用淺色輕質(zhì)材料， 用以遮擋太陽的熱進(jìn)入內(nèi)層屋頂。3）屋