淺談建筑中的自然通風技術應用

1、淺談建筑中的自然通風技術應用摘要本文首先介紹了建筑中自然通風技術的作用原理，指出了自然通風的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，進而論證了在建筑設計中如何實現(xiàn)自然通風，提出自然通風這項傳統(tǒng)的技術要與建筑所處地域的自然地理氣候特征相適應，并輔以實例分析了自然通風與地域氣候的完美結合。旨在引起在地域建筑設計中對自然通風傳統(tǒng)適宜技術的重視。關鍵詞 自然通風? 原理? 優(yōu)勢? 地域建筑? 設計隨著空調(diào)技術的不斷發(fā)展，人們越來越能主動的控制室內(nèi)環(huán)境，創(chuàng)造前所未有的室內(nèi)舒適氣候要求，從而使人們逐漸淡化對自然通風這種氣候適宜性技術的應用。然而，在今天全球能源緊張、節(jié)能壓力增大、空氣品質(zhì)（IAO）惡化以及建筑綜合征（SBS）

2、等發(fā)生的情況下，人們不得不從新審視自然通風這一傳統(tǒng)的氣候適宜性技術，自然通風這種古老而有效的技術在今天得到了前所未有的重視。空調(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自然；空調(diào)的大量使用，使人們漸漸淡化了對自然通風的應用。而在空調(diào)技術得以普及的今天，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，全球的科學家不得不重新審視自然通風這一傳統(tǒng)技術。在這樣的背景下，把自然通風這種傳統(tǒng)建筑生態(tài)技術重新引回現(xiàn)代建筑中，有著比以往更為重要的意義。一、自然通風技術的原理通常意義上的自然通風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

3、。壓力分布是動力，而各開口的特點則決定了流動阻力。就自然通風而言，建筑物內(nèi)空氣運動主要有兩個原因：風壓以及室內(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。1、風壓作用下的自然通風風的形成是由于大氣中的壓力差。如果風在通道上遇到了障礙物，如樹和建筑物，就會產(chǎn)生能量的轉換。動壓力轉變?yōu)殪o壓力，于是迎風面上產(chǎn)生正壓(約為風速動壓力的0.5-0.8倍)，而背風面上產(chǎn)生負壓(約為風速動壓力的0.30.4倍)。由于經(jīng)過建筑物而出現(xiàn)的壓力差促使空氣從迎風面的窗縫和其他空隙流入室內(nèi)，而室內(nèi)空氣則從背風面孔口排出，就形成了全面換氣的風壓自然通風。某一建筑物周圍風壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對于風向

4、的方位、風速和建筑周圍的自然地形有關。2、熱壓作用下的自然通風熱壓是室內(nèi)外空氣的溫度差引起的，這就是所謂的“煙囪效應”。由于溫度差的存在，室內(nèi)外密度差產(chǎn)生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度。如果室內(nèi)溫度高于室外，建筑物的上部將會有較高的壓力，而下部存在較低的壓力。當這些位置存在孔口時，空氣通過較低的開口進入，從上部流出。如果，室內(nèi)溫度低于室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個開口處的高度差和室內(nèi)外的空氣密度差。而在實際中，建筑師們多采用煙囪、通風塔、天井中庭等形式，為自然通風的利用提供有利的條件，使得建筑物能夠具有良好的通風效果。3、風壓和熱壓共同作用下的自然通風在實際建筑中的自然通

5、風是風壓和熱壓共同作用的結果，只是各自的作用有強有弱。由于風壓受到天氣、室外風向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響，風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。4、機械輔助式自然通風在一些大型建筑中，由于通風路徑較長，流動阻力較大,，單純依靠自然風壓與熱壓往往不足以實現(xiàn)自然通風。而對于空氣污染和噪聲污染比較嚴重的城市，直接的自然通風還會將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi)，不利于人體健康。在這種情況下，常常采用一種機械輔助式的自然通風系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一套完整的空氣循環(huán)通道，輔以符合生態(tài)思想的空氣處理手段(如土

6、壤預冷、預熱、深井水換熱等)，并借助一定的機械方式加速室內(nèi)通風。二、自然通風技術的優(yōu)勢自然通風是當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，采用自然通風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重要的意義：一是實現(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。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣（新風），有利

7、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?？照{(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、自然通風系統(tǒng)設計中的限制性條件自然通風技術作為一種免費的技術，它的應用必然受到環(huán)境的限制。對于室外環(huán)境溫、濕度比較溫和的地區(qū)（如英國），該技術的應用非常成熟，下面基于他們的應用經(jīng)驗，介紹有關自然通風技術應用的限制性條件。（一）室內(nèi)得熱量的限制應用自然通風的前提是室外空氣溫度比室內(nèi)低，通過室內(nèi)空氣的通風換氣，將室外風引入室內(nèi)，降低室內(nèi)空氣的溫度。很顯然，室內(nèi)、外空氣溫差越大，通風降溫

8、的效果越好。對于一般的依靠空調(diào)系統(tǒng)降溫的建筑而言，應用自然通風系統(tǒng)可以在適當時間降低空調(diào)運行負荷，典型的如空調(diào)系統(tǒng)在過渡季節(jié)的全新風運行。對于完全依靠自然通風系統(tǒng)進行降溫的建筑，其使用效果則取決于很多因素，建筑的得熱量是其中的一個重要因素，得熱量越大，通過降溫達到室內(nèi)舒適要求的可能性越小?，F(xiàn)在的研究結果表明，完全依靠自然通風降溫的建筑，其室內(nèi)的得熱量最好不要超過40W/m2。 （二）建筑環(huán)境的要求應用自然通風降溫措施后，建筑室內(nèi)環(huán)境在很大程度上依靠室外環(huán)境進行調(diào)節(jié)，除了空氣的溫、濕度參數(shù)外，室內(nèi)的空氣品質(zhì)和噪音控制也將被室外環(huán)境所破壞。根據(jù)目前的一些標準要求，采用自然通風的建筑，其建筑外的噪音

9、不應該超過70dB；尤其在窗戶開啟的時候，應該保證室內(nèi)周邊地帶的噪音不超過55 dB。同時，自然通風進風口的室外空氣質(zhì)量應該滿足有關衛(wèi)生要求。（三）建筑條件的限制應用自然通風的建筑，在建筑設計上應該參考以上兩點要求，充分發(fā)揮自然通風的優(yōu)勢。1、建筑位置周圍是否有交通干道、鐵路等一般認為，建筑的立面應該離開交通干道20米，以避免進風空氣的污染或噪音干擾；或者，在設計通風系統(tǒng)時，將靠近交通干道的地方作為通風的排風側。地區(qū)的主導風向與風速根據(jù)當?shù)氐闹鲗эL向與風速確定自然通風系統(tǒng)的設計，特別注意建筑是否處于周圍污染空氣的下游。周圍環(huán)境由于城市環(huán)境與鄉(xiāng)村環(huán)境不同，對建筑通風系統(tǒng)的影響也不同，特別是建筑周

10、圍的其它建筑或障礙物將影響建筑周圍的風向和風速、采光和噪音等。2、建筑形狀形狀建筑的寬度直接影響自然通風的形式和效果。建筑寬度不超過10米的建筑可以使用單側通風方法；寬度不超過15米的建筑可以使用雙側通風方法；否則，將需要其它輔助措施，例如煙囪結構或機械通風與自然通風的混合模式等。建筑朝向為了充分利用風壓作用，系統(tǒng)的進風口應該面對建筑周圍的主導風向。同時建筑的朝向還涉及減少得熱措施的選擇。開窗面積系統(tǒng)進風側外墻的窗墻比應該兼顧自然采光和日射得熱的控制，一般為30%-50%。建筑結構形式建筑結構可以是輕型、中型或重型結構。對于中型或重型結構，由于其熱惰性比較大，可以結合晚間通風等技術措施改善自然

11、通風系統(tǒng)的運行效果。3、建筑內(nèi)部設計層高比較大的層高有助于利用室內(nèi)熱負荷形成的熱壓，加強自然通風。室內(nèi)分隔的形式直接影響通風氣流的組織和通風量。建筑內(nèi)豎直通道或風管可以利用豎直通道產(chǎn)生的煙囪效應有效組織自然通風4、室內(nèi)人員室內(nèi)人員密度和設備、照明得熱的影響對于建筑得熱超過40W/m2的建筑，可以根據(jù)建筑內(nèi)熱源的種類和分布情況，在適當?shù)膮^(qū)域分別設置自然通風系統(tǒng)和機械制冷系統(tǒng)。工作時間工作時間將影響其它輔助技術的選擇（如晚間通風系統(tǒng)）。（四）室外空氣濕度的影響應用自然通風對降低室內(nèi)空氣溫度效果明顯，但對調(diào)節(jié)或控制室內(nèi)空氣的濕度，效果甚微。因此，自然通風措施一般不能在非常潮濕的地區(qū)使用。四、建筑中的

12、自然通風考慮因素自然通風技術在運用的過程中，要充分結合當?shù)貧夂?、環(huán)境條件，采取相適應的技術措施，才能保證自然通風達到良好的生態(tài)效能。自然通風在考慮普通的諸如氣候、建筑朝向、室外綠化、通風構造細部等要素的影響外，越來越多的考慮以下兩點要素：太陽能強化自然通風。太陽能強化自然通風的建筑構件主要有屋面太陽能煙囪、Trombe墻以及與建筑一體化安裝的太陽能空氣集熱器。為了在夏季達到更好的冷卻效果，通常將這些作法與其他建筑構件復合成一個有組織的自然通風系統(tǒng)；計算機模擬自然通風。計算機模擬技術，特別是計算立體力學（CFD）對自通通風設計有著非常重要的作用，它利用連續(xù)性方程、動量方程、能量方程等控制方程對空氣動力進行分析，然后利用計算機軟件進行計算機模擬，得出可視化的直觀效果，對建筑師設計出合理的建筑風環(huán)境提供了重要的參考。因此，隨著計算機模擬技術的不斷發(fā)展