浅议建筑设计中的自然通风
【摘要】随着中国经济建设的快速发展，能源问题已经日趋严峻，建筑节能迫在眉睫。近年来，自然通风作为一项低廉而有效的节能技术措施，受到了广泛关注，而且在当前的建筑设计过程中，人们对自然通风的要求也在不断增加。本文根据作者多年的经验，介绍了建筑设计中实现自然通风的几种技术，供大家参考。
【关键词】自然通风；风压；热压；生态建筑
目前我国能源形势紧张，能否有效利用资源、降低能源消耗，已成为当前建筑界的重点研究课题。而自然通风作为一种经济有效的通风方式，相对于机械通风和空调而言，能够在保证室内空气品质的同时，减少初投资和运行费用，减低环境污染，已得到越来越多设计人员的重视。因此，如何最大限度地利用自然通风来改善室内空气环境无疑具有重要的现实意义。
一、自然通风的形成原理
建筑中自然通风是由于建筑开口处的室内外存在着空气压力差——风压和热压来实现的。
1.风压作用下的自然通风
当风吹到与建筑物上时，会使建筑物周围的空气压力发生变化，风压的原理就是利用建筑迎风面和背风面之间的压力差来实现的，而且压差的大小是与建筑的外形、建筑与风的角度和建筑外环境等因素有关。在建筑物的迎风面上，空气流动受阻，动压降低，静压增高，形成正压区，室外空气就会从开启的外窗或窗缝进入室内；而在建筑的背风面、屋顶和两侧，由于室外空气绕过建筑物流动，静压降低，形成负压区，室内空气又会从窗口或缝隙流向室外，形成室内外空气的交换。这就是我们通常所说的“穿堂风”。
2.热压作用下的自然通风
热压是由于室内外空气温度不同而形成的重力压差，它的大小跟室内外温度差和建筑高度有关。当室内空气温度高于室外空气温度时，室内热空气因其密度小而上升，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，空气从建筑物上部的孔洞（如天窗等）处逸出；同时在建筑下部压力变小，室外较冷而密度较大的空气不断地从建筑物下部的门、窗补充进来，这样室内外就形成了连续不断的换气。
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。但对于某一特定建筑物而言，环境中风力与风向是一动态变化的量，所以导致风压与热压共同作用下的自然通风不能简单的线性叠加。因此建筑师要充分考虑各种因素，使风压和热压的作用相互补充，密切配合，实现建筑物的有效自然通风。
二、建筑设计中自然通风的实现
1.建筑体型与建筑群的布局
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。所以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。
2.围护结构开口的优化设计
房间的开口大小、相对位置等，直接影响到风速和进风量。进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。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。
3.高大空间和架空空间的利用
高大空间建筑腔体在这里指能够对建筑内部环境起到调节作用的空间，包括：建筑的一些高大房间、中厅、边厅、楼梯间与通风井等。现代建筑师在创作中充分发挥了这一方法，从而实现了建筑的生态化。
利用架空空间也可使建筑获得良好的自然通风。架空层的设置可考虑两种位置：一是设计在底层。我国傣族的竹楼就是利用底层架空来获得舒适室内环境的典范。二是设计在建筑高度的中部。由福斯特设计的法兰克福商业银行就是典型的例子，它共60层，其平面为弧线围成的三角形，中央为贯通全楼的中庭。三角形的每个边在若干个高度上都分别设有架空的空中花园，围绕中庭错落布置，与中庭一起共同组织气流，使整座楼的自然通风高达60%，被人们誉为“带有空中花园的能量搅拌器”。
4.屋顶的自然通风
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。这种通风屋顶内部一般有一个空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气温度。另外，屋顶的形状会影响室外风压，从而影响自然通风效果，在设计中可采用翼形屋顶以便形成高压区和低压区。
5.设置双层维护结构
双层维护结构是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“可呼吸的皮肤”。双层维护结构一般由双层玻璃或三层玻璃组成，在两层玻璃之间留有一定宽度的空隙形成空气夹层，并配有可调节的深色百页。在冬季，空气夹层和百页可以形成一个利用太阳能加热空气的装置，提高建筑外墙表面温度，有利于建筑的保温采暖；在夏季，则可以利用热压原理将热空气不断从夹层上部排出，达到降温的目的。对于高层建筑来说，直接对外开窗容易造成紊流，不易控制，而双层维护结构则能够很好的解决这一问题。
三、结束语
通风是建筑最为基本的功能之一，通过高效的建筑设计，使建筑自然通风更为合理，实现减少能耗的目的。因此，在建筑设计中，设计者应该通过建筑物的规划、构造设计等过程对自然通风的可应用性和效果仔细考虑，有效地利用自然通风来解决建筑物的舒适性和空气质量问题，为使用者营造一个健康、舒适的工作环境和生活环境。
参考文献
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