淺析建筑設計中的自然通風設計

1、淺析建筑設計中的自然通風設計摘要：自然通風自古至今就是一項成熟、廉價的技術?，F(xiàn)代空調(diào)技術的發(fā)展，讓人們忽視了自然通風技術的應用，卻用空調(diào)技術來控制室內(nèi)環(huán)境，實現(xiàn)了室內(nèi)舒適的環(huán)境目的。這樣會產(chǎn)生能源消耗嚴重、空氣質(zhì)量惡化等后續(xù)問題。自然通風是利用自然界的可再生能源實現(xiàn)建筑節(jié)能，對于降低能耗，提高室內(nèi)舒適度都有著非常重要的作用。 本文介紹了采用自然通風技術主要形式，使人們更多的了解自然通風在建筑設計上的應用。關鍵詞：節(jié)能；自然通風；建筑設計；綠色建筑1 引言 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，科技技術不斷進行革新，人們對建筑的舒適度提出了更高的要求，人們開始越來越多的采用機械設備來提高建筑的使用品質(zhì)。 但是在全

2、球能源危機意識逐漸深入人心時，人們意識到，單純的利用機械設備改善人居環(huán)境，是行不通的。人們將目光投向了被動式建筑節(jié)能設計技術。在自然通風方面，人們的觀念逐漸改變，更多的采用自然通風技術取代（或部分取代）空調(diào)制冷系統(tǒng)。2 自然通風的概述 綠色建筑中的自然通風主要是利用建筑內(nèi)部和外部的風力、 熱壓所形成的風推進空氣流動從而實現(xiàn)通風換氣。自然通風主要作用是通過通風換氣來改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、實現(xiàn)降溫通風功能。采用自然通風，當室內(nèi)外溫差較大時，開窗 15min 左右可以完成一次完全換氣，30min 可以完成一次室內(nèi)外空氣交換。自然通風以熱壓和風壓作為基本動力，通過利用建筑物室內(nèi)熱壓和建筑外部的風壓，實現(xiàn)自

3、然通風。自然通風是現(xiàn)在綠色建筑中普遍采用的節(jié)約空調(diào)能耗、改善建筑熱環(huán)境的新技術，從而減少能源消耗。采用自然通風，具有重要意義：（1）實現(xiàn)有效被動式制冷，當室外空氣溫濕度較低時自然通風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)，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風輸送處理后的新風，而省去風機能耗，且無噪聲。這有利于減少能耗、降低污染，符合可持續(xù)發(fā)展的思想。 （2）可以提供新鮮、清潔的自然空氣，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。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“

4、空調(diào)病”。3 建筑設計中的自然通風設計3.1規(guī)劃設計中的自然通風設計3.11建筑的布局我國大部分處于夏熱冬冷地區(qū)，因此規(guī)劃布局應主要考慮夏季的通風和冬季的防風。（1）夏季通風：a、選擇合理的朝向。南方地區(qū)宜選擇朝南或偏南方向，同時結合日照情況進行微調(diào)。建筑物的主立面宜以一定的夾角迎向過渡季和夏季主導風向，建筑面寬不宜過大。建筑高度24m時，其最大連續(xù)展開面的投影不應大于80m；24<建筑高度60m時，其最大連續(xù)展開面的投影不應大于70m；建筑高度>60m時，其最大連續(xù)展開面的投影不應大于60m。且不同建筑高度組成的連續(xù)建筑，其最大連續(xù)展開面的投影上限值按較高建筑高度執(zhí)行。b、建筑的

5、間距應該適當避開前面建筑的渦流區(qū)。使后面的建筑避開渦流區(qū)，將有利于組織風壓通風。c、為了促進通風，建筑群布置應盡量采用行列式和自由式，從建筑防熱的角度來看，行列式和自由式都能爭取較好的朝向，使大多數(shù)房間能夠獲得良好的自然通風和日照，其中又以錯列式和斜列式的布局較好。（2）冬季防風：a、利用建筑隔阻冷風，即通過適當布置建筑物來降低風速。建筑間距在1：2的范圍以內(nèi)，可以充分起到抵擋風速的作用。同時高層建筑周圍的低矮附屬建筑，使高速氣流停留在底層部分的屋頂，建筑物周圍人行區(qū)風速應低于5m/s。b、設置風障，規(guī)劃布局時可以通過設置防風墻、防風帶之類的擋風措施來阻隔冷風。實體墻作為阻隔時應注意防止在背風

6、面形成渦流?？梢栽趬w上做引導氣流向上穿透的百葉式孔洞，使小部分風由此流過，大部分的氣流在墻頂以上的空間流過。c、避開不利風向。應使主要開口部位和街道避開冬季主導風向。3.2建筑單體設計3.21建筑體形設計根據(jù)風環(huán)境目標不同，體形設計策略可以分為三大類。其中應用最多的是夏熱冬冷與夏熱冬暖地區(qū)為加強室內(nèi)通風而采取的建筑平面凹進與錯位；此外，在兼顧防風地區(qū)為避免室外行人區(qū)的渦流而采用豎向體形的錯位，在臺風多發(fā)地區(qū)為減小建筑表面風壓而采用平面流線型設計。平面凹進與錯位：（1）做法形式平面的凹進主要有兩種形式：一種是在迎風的面寬方向上局部內(nèi)凹，局部減小建筑建筑進深；另一種是在風路進深的方向上通過體形的

7、內(nèi)凹將建筑分割為前后兩部分，即U形平面的設計，使兩部分進深都控制在合理的范圍內(nèi)；平面的錯位主要是通過體形的前后相錯擴大迎風面，平面簡圖示意如圖1-1所示。 (a) (b) (c) 圖1-1 平面凹進與錯位的平面示意簡圖 （a）平面局部凹進；（b）U形平面；（c）平面錯位 （2）適用條件a、主要用于加強室內(nèi)通風，會造成體形系數(shù)的增加，因此多用于夏熱冬冷、夏熱冬暖等對保溫與體形系數(shù)要求不是很高、但對通風有較大需求的地區(qū)。且一般在建筑的平面特別是進深方向尺寸較大時采用。b、在建筑主體朝向有利于通風的條件下，可采用局部凹進的手法，這種方法對于建筑的外形設計影響較小，可用于場地條件、建筑外形限制較大的情

8、況，改善通風的同時不影響建筑整體的外輪廓，但對通風的改善效果也較有限。c、在場地較為充裕、限制條件較少、但對建筑面積要求較高的情況下，可采用平面錯位設計，局部減小進深而不損失面積。多用于集中的大體量建筑。d、U形平面設計則需要場地有足夠的縱深，以保證凹進所分割的兩部分建筑之間的采光、視線等不會受干擾。（3）設計要點a、內(nèi)凹陽臺位置宜設在建筑面寬中部。當與主導風成一定角度時，內(nèi)凹陽臺宜寬不宜深；每層內(nèi)凹形成有上下樓板的陽臺，其通風效果好于建筑體形整體內(nèi)凹的；內(nèi)凹的維護部分需要根據(jù)主導風向在相應位置設置可開啟門窗。b、U兩翼建筑應留出足夠距離保證采光與視覺衛(wèi)生，U形凹口宜朝向主導風向，當與主導方向

9、成一定角度時，兩翼建筑宜相互錯位讓出風路。c、建筑平面錯位宜迎向主導風向錯位，使建筑迎向主導風向的立面盡可能延展。豎向體形錯位：（1）做法形式豎向體形的錯位有兩種做法：一是建筑上部出挑，在底層或底部幾層形成豎向上的內(nèi)凹（圖1-2a所示）；另一種即是建筑的退臺，底部裙房比上部建筑突出（圖1-2b所示） H H L L (a) (b) 圖1-2 建筑豎向體形錯位示意圖 建筑出挑（L-外挑長度）；（b）建筑退臺（L-退臺寬度）（2）適用條件a、體形豎向的凹凸主要是為了改善室外人行尺度的風速環(huán)境，也在一定程度上影響建筑外表面的風壓分布。b、當希望減小建筑周邊人行高度的風速時，宜采用建筑出挑的方式；當希

10、望增加行人區(qū)風速時，宜采用建筑退臺的設計。c、對于百米以上的超高層建筑，建筑退臺可以緩解下行風對其前行人區(qū)的影響，因此在超高層建筑中，或在高層建筑較為密集的區(qū)域，可設置建筑的退臺來減小行人區(qū)風速的劇烈變化；但對于一般高度的公共建筑，下行風的影響并不明顯。d、建筑退臺也有利于減小建筑迎風面所受的風壓，適宜在沿海地區(qū)等風力較大區(qū)域的迎風一側采用。（3）設計要點a、出挑或退臺部分所形成的底部高度H宜與目標影響范圍尺度相近。b、建筑逐層出挑或退臺對周邊環(huán)境風速的改變效果比整體的錯位明顯，且在背風一側的出挑或退臺設計也有一定的改善效果。3.22建筑外立面設計（1）立面開窗設計進風口窗戶面積大小及窗戶的朝

11、向問題，都影響室內(nèi)外空氣對流。為獲取室內(nèi)整體最好風速，要將進風口的面積控制比出風口面積低10%左右為最佳。同時，要注重綠色建筑房屋的窗口朝向問題，假如窗戶在相交的兩面墻上，房間可以直接面對著風向開窗；如果窗戶位于相對著的兩面墻上，則房間的方向不要去順著主導方向。這樣都是為了能形成風壓，建筑室內(nèi)在風壓作用下由壓力較高的一側朝向壓力較低的一側流動，從而實現(xiàn)自然通風。如圖1-3所示 （a） （b）圖1-3 開窗通風示意簡圖 （a）熱壓作用下自然通風 （b）風壓作用下自然通風（2）雙層維護結構雙層維護結構是當今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進技術,被譽為“可呼吸的皮膚”。雙層維護結構一般由雙層玻璃或三層

12、玻璃組成,在兩層玻璃之間留有一定寬度的空隙形成空氣夾層,并配有可調(diào)節(jié)的深色百頁。在冬季,空氣夾層和百頁可以形成一個利用太陽能加熱空氣的裝置,提高建筑外墻表面溫度,有利于建筑的保溫采暖;在夏季,則可以利用熱壓原理將熱空氣不斷從夾層上部排出,達到降溫的目的。對于高層建筑來說,直接對外開窗容易造成紊流,不易控制,而雙層維護結構則能夠很好的解決這一問題 。如圖1-4所示 （3）立面導風構建設置導風措施的基本出發(fā)點是通過設置建筑導風構建，沿著建筑外墻面創(chuàng)造一種“人工”正壓區(qū)和負壓區(qū)，使風從正壓區(qū)吹入房間，從負壓區(qū)吹出或者將風引導至人的活動范圍。當房間在同一采光面開出兩個有一定距離的窗戶時，可以在窗戶相鄰

13、的兩側各設置一塊挑出的垂直導風板，取得人工風壓差，室內(nèi)氣流速度可與穿堂風比擬，也可以將垂直遮陽板與導風板結合起來進行設計，或將建筑一端設一個延伸出來的迎風墻，形成正壓區(qū)，促進內(nèi)部通風。如圖1-5所示 圖1-4 （+) (-) (+) (-) (-） （+） （a） （b） （c） 圖1-5 導風構建對通風的影響示意簡圖（a）單側墻開窗 （b）、（c）相鄰兩側墻開窗 3.3建筑內(nèi)部空間設計3.31中庭設計（1）做法形式在建筑中設計中庭，利用中庭的通高空間加強建筑的熱壓與風壓拔風，在建筑中部插入了一個可對外通風的空間，相當于減小了建筑的進深，從而改善建筑的自然通風能力，對一般體量較大的公共建筑較為

14、適用，因此在公共建筑中是最常用的空間設計手法。也有的建筑受條件限制，僅在局部設置了面積較小的通高空間，從通風角度看，歸于中庭設置一類。此外，有些建筑則直接在建筑中部引入室外花園，其通風作用也與中庭相近，也被歸于此類。（2）適用條件a、一般公共建筑中均可采用，但一般通風條件較好、比較容易組織對流通風的建筑，其中庭對通風的改善效果并不明顯，沒有必要為其通風而專門設置中庭。b、中庭通風特別適用與體量較大、單憑普通開窗難以形成有效風路的體量集中式建筑。c、高層建筑設計一般不會設置全部通高的中庭，空間感難處理，且面積損失較大，故在高層公共建筑中，一般只有底部裙房設置通風中庭，或在建筑主體中分層設置中庭，

15、在中庭的上下部設置進出風口。但有高層建筑設置尺度較大的中部中庭，建筑呈周邊圍合形式，此時最好隔一定高度就將中部庭院與外部連通，以避免形成豎向的強氣流，對結構造成沖擊。（3）設計要點a、中庭的設置必須配合建筑的水平通風風路，兩者相結合才能真正為主要功能空間起通風作用。b、中庭在通風中的作用主要是為豎向拔風提供通路，因此其平面面積對通風影響較小，可根據(jù)實際空間使用與空間效果等設置其平面形狀與面積大小。但中庭通風的原理是通過插入可通風空間來減小建筑進深，故中庭位置與面積的設置最好保證主要使用功能空間的進深控制在合理范圍之內(nèi)，最好不超過12m。c、中庭頂部需要開設通風天窗，中庭的高度不宜太高，否則容易

16、在中庭形成紊流。3.32下沉空間設計（1）做法形式下沉空間的形式主要有垂直式和斜坡式兩種，通過在地下層前留出下沉廣場來組織地下層建筑的通風采光。如圖1-6所示室外地坪 室外地坪 下沉廣場 下沉廣場 H H L L 圖1-6 下沉空間示意簡圖（2）適用條件主要用于地下層有通風采光需求的建筑，通過下沉空間使地下層獲得可直接對外的窗口；一般用于建筑前有較為開敞空間，且不宜在人流較大的繁華地帶使用。（3）設計要點a、建筑前后均設置時有利于地下層的對流通風，當場地受限時，可只在迎風一側設置，但最好能保證建筑內(nèi)部地下層與上部空間有通高空間相連。b、迎風側下沉空間的進深方向尺寸L應至少與下沉深度H相近，且下

17、沉空間應做好排水處理，并在上部邊緣做好安全防范措施，可結合景觀綠化等做設計。 3.33底層架空設計（1）做法形式建筑的底層架空一方面可以增強建筑周邊環(huán)境的通風，改善建筑的通風條件，另一方面，也可以將風引入建筑中，增強室內(nèi)的自然通風。一般地步架空設計主要有兩種方法：一是進深方向局部架空，由于減小了建筑的進深，有利于建筑內(nèi)部空氣對流的形成；二是進深方向整體架空，使風貫穿，加速了外部空氣流動，對室外風環(huán)境有利，減少了遮擋，同時也更多地帶走了室內(nèi)熱量，間接改善了內(nèi)部熱環(huán)境。如圖1-7所示 架空 架空 （a）架空模式一 （b）架空模式二圖1-7 架空模式簡圖（2）適用條件架空設計會損失一部分建筑面積，而

18、且只在本身風環(huán)境較好的場地內(nèi)才有進一步加強通風的效果，若處于靜風區(qū)則效果并不明顯。在很多居住區(qū)設計中也較多運用，增強通風效果，也增加了公共活動空間，同時也作為居住區(qū)入口的大堂空間。（3）設計要點a、底層架空設計一般會結合場地景觀、建筑入口、公共活動區(qū)設置，同時綜合考慮建筑造型因素b、模式二的架空方式使風不受遮擋地穿過建筑，直接影響是增強了環(huán)境風速；若要進一步使改善影響到室內(nèi)通風，則需要配合導風墻、捕風口的設置，將空氣引入建筑內(nèi)部。c、架空空間的設置要迎向主導風向，能夠在主導風向上切實減小建筑進深或在此方向上形成貫通空間。3.34室內(nèi)開敞空間設計（1）做法形式通過減少建筑內(nèi)部隔斷獲得通暢風路，加強內(nèi)部通風（2）適用條件a、主要用于已設有進出風口，在風口之間可以形成通風風路的建筑，通過減少隔斷使得風路得以打通或更為順暢。b、適用于框架、框剪等空間相對可以靈活分割的結構形式；多用于辦公建筑中，將普通辦公室設計成開敞式的大辦公空間。c、還可用于文化建筑的公共活動區(qū)域，將休息廳、門廳及相應走廊等空間串聯(lián)成相連通的大空間。（3）設計要點主要減少與主要風路垂直方向上的隔斷墻，并設有能夠足夠形成對流的進出風口。4 結語如今，發(fā)展綠色建筑是解決我國資源瓶頸問題的重要戰(zhàn)略，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本措施之一。作為一種廉價的生態(tài)節(jié)能技術，自然通風在建筑設計中的作用越來越受到人們的重視，它的