浅析建筑设计中的自然通风设计.doc

浅析建筑设计中的自然通风设计摘要：自然通风自古至今就是一项成熟、廉价的技术。现代空调技术的发展，让人们忽视了自然通风技术的应用，却用空调技术来控制室内环境，实现了室内舒适的环境目的。这样会产生能源消耗严重、空气质量恶化等后续问题。自然通风是利用自然界的可再生能源实现建筑节能，对于降低能耗，提高室内舒适度都有着非常重要的作用。 本文介绍了采用自然通风技术主要形式，使人们更多的了解自然通风在建筑设计上的应用。关键词：节能；自然通风；建筑设计；绿色建筑1 引言 随着经济的高速发展，科技技术不断进行革新，人们对建筑的舒适度提出了更高的要求，人们开始越来越多的采用机械设备来提高建筑的使用品质。 但是在全球能源危机意识逐渐深入人心时，人们意识到，单纯的利用机械设备改善人居环境，是行不通的。人们将目光投向了被动式建筑节能设计技术。在自然通风方面，人们的观念逐渐改变，更多的采用自然通风技术取代（或部分取代）空调制冷系统。2 自然通风的概述 绿色建筑中的自然通风主要是利用建筑内部和外部的风力、 热压所形成的风推进空气流动从而实现通风换气。自然通风主要作用是通过通风换气来改善室内空气质量、实现降温通风功能。采用自然通风，当室内外温差较大时，开窗 15min 左右可以完成一次完全换气，30min 可以完成一次室内外空气交换。自然通风以热压和风压作为基本动力，通过利用建筑物室内热压和建筑外部的风压，实现自然通风。自然通风是现在绿色建筑中普遍采用的节约空调能耗、改善建筑热环境的新技术，从而减少能源消耗。采用自然通风，具有重要意义：（1）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。 （2）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”。3 建筑设计中的自然通风设计3.1规划设计中的自然通风设计3.11建筑的布局我国大部分处于夏热冬冷地区，因此规划布局应主要考虑夏季的通风和冬季的防风。（1）夏季通风：a、选择合理的朝向。南方地区宜选择朝南或偏南方向，同时结合日照情况进行微调。建筑物的主立面宜以一定的夹角迎向过渡季和夏季主导风向，建筑面宽不宜过大。建筑高度24m时，其最大连续展开面的投影不应大于80m；2460m时，其最大连续展开面的投影不应大于60m。且不同建筑高度组成的连续建筑，其最大连续展开面的投影上限值按较高建筑高度执行。b、建筑的间距应该适当避开前面建筑的涡流区。使后面的建筑避开涡流区，将有利于组织风压通风。c、为了促进通风，建筑群布置应尽量采用行列式和自由式，从建筑防热的角度来看，行列式和自由式都能争取较好的朝向，使大多数房间能够获得良好的自然通风和日照，其中又以错列式和斜列式的布局较好。（2）冬季防风：a、利用建筑隔阻冷风，即通过适当布置建筑物来降低风速。建筑间距在1：2的范围以内，可以充分起到抵挡风速的作用。同时高层建筑周围的低矮附属建筑，使高速气流停留在底层部分的屋顶，建筑物周围人行区风速应低于5m/s。b、设置风障，规划布局时可以通过设置防风墙、防风带之类的挡风措施来阻隔冷风。实体墙作为阻隔时应注意防止在背风面形成涡流。可以在墙体上做引导气流向上穿透的百叶式孔洞，使小部分风由此流过，大部分的气流在墙顶以上的空间流过。c、避开不利风向。应使主要开口部位和街道避开冬季主导风向。3.2建筑单体设计3.21建筑体形设计根据风环境目标不同，体形设计策略可以分为三大类。其中应用最多的是夏热冬冷与夏热冬暖地区为加强室内通风而采取的建筑平面凹进与错位；此外，在兼顾防风地区为避免室外行人区的涡流而采用竖向体形的错位，在台风多发地区为减小建筑表面风压而采用平面流线型设计。平面凹进与错位：（1）做法形式平面的凹进主要有两种形式：一种是在迎风的面宽方向上局部内凹，局部减小建筑建筑进深；另一种是在风路进深的方向上通过体形的内凹将建筑分割为前后两部分，即U形平面的设计，使两部分进深都控制在合理的范围内；平面的错位主要是通过体形的前后相错扩大迎风面，平面简图示意如图1-1所示。 (a) (b) (c) 图1-1 平面凹进与错位的平面示意简图 （a）平面局部凹进；（b）U形平面；（c）平面错位 （2）适用条件a、主要用于加强室内通风，会造成体形系数的增加，因此多用于夏热冬冷、夏热冬暖等对保温与体形系数要求不是很高、但对通风有较大需求的地区。且一般在建筑的平面特别是进深方向尺寸较大时采用。b、在建筑主体朝向有利于通风的条件下，可采用局部凹进的手法，这种方法对于建筑的外形设计影响较小，可用于场地条件、建筑外形限制较大的情况，改善通风的同时不影响建筑整体的外轮廓，但对通风的改善效果也较有限。c、在场地较为充裕、限制条件较少、但对建筑面积要求较高的情况下，可采用平面错位设计，局部减小进深而不损失面积。多用于集中的大体量建筑。d、U形平面设计则需要场地有足够的纵深，以保证凹进所分割的两部分建筑之间的采光、视线等不会受干扰。（3）设计要点a、内凹阳台位置宜设在建筑面宽中部。当与主导风成一定角度时，内凹阳台宜宽不宜深；每层内凹形成有上下楼板的阳台，其通风效果好于建筑体形整体内凹的；内凹的维护部分需要根据主导风向在相应位置设置可开启门窗。b、U两翼建筑应留出足够距离保证采光与视觉卫生，U形凹口宜朝向主导风向，当与主导方向成一定角度时，两翼建筑宜相互错位让出风路。c、建筑平面错位宜迎向主导风向错位，使建筑迎向主导风向的立面尽可能延展。竖向体形错位：（1）做法形式竖向体形的错位有两种做法：一是建筑上部出挑，在底层或底部几层形成竖向上的内凹（图1-2a所示）；另一种即是建筑的退台，底部裙房比上部建筑突出（图1-2b所示） H H L L (a) (b) 图1-2 建筑竖向体形错位示意图 建筑出挑（L-外挑长度）；（b）建筑退台（L-退台宽度）（2）适用条件a、体形竖向的凹凸主要是为了改善室外人行尺度的风速环境，也在一定程度上影响建筑外表面的风压分布。b、当希望减小建筑周边人行高度的风速时，宜采用建筑出挑的方式；当希望增加行人区风速时，宜采用建筑退台的设计。c、对于百米以上的超高层建筑，建筑退台可以缓解下行风对其前行人区的影响，因此在超高层建筑中，或在高层建筑较为密集的区域，可设置建筑的退台来减小行人区风速的剧烈变化；但对于一般高度的公共建筑，下行风的影响并不明显。d、建筑退台也有利于减小建筑迎风面所受的风压，适宜在沿海地区等风力较大区域的迎风一侧采用。（3）设计要点a、出挑或退台部分所形成的底部高度H宜与目标影响范围尺度相近。b、建筑逐层出挑或退台对周边环境风速的改变效果比整体的错位明显，且在背风一侧的出挑或退台设计也有一定的改善效果。3.22建筑外立面设计（1）立面开窗设计进风口窗户面积大小及窗户的朝向问题，都影响室内外空气对流。为获取室内整体最好风速，要将进风口的面积控制比出风口面积低10%左右为最佳。同时，要注重绿色建筑房屋的窗口朝向问题，假如窗户在相交的两面墙上，房间可以直接面对着风向开窗；如果窗户位于相对着的两面墙上，则房间的方向不要去顺着主导方向。这样都是为了能形成风压，建筑室内在风压作用下由压力较高的一侧朝向压力较低的一侧流动，从而实现自然通风。如图1-3所示 （a） （b）图1-3 开窗通风示意简图 （a）热压作用下自然通风 （b）风压作用下自然通风（2）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 。如图1-4所示 （3）立面导风构建设置导风措施的基本出发点是通过设置建筑导风构建，沿着建筑外墙面创造一种“人工”正压区和负压区，使风从正压区吹入房间，从负压区吹出或者将风引导至人的活动范围。当房间在同一采光面开出两个有一定距离的窗户时，可以在窗户相邻的两侧各设置一块挑出的垂直导风板，取得人工风压差，室内气流速度可与穿堂风比拟，也可以将垂直遮阳板与导风板结合起来进行设计，或将建筑一端设一个延伸出来的迎风墙，形成正压区，促进内部通风。如图1-5所示 图1-4 （+) (-) (+) (-) (-） （+） （a） （b） （c） 图1-5 导风构建对通风的影响示意简图（a）单侧墙开窗 （b）、（c）相邻两侧墙开窗 3.3建筑内部空间设计3.31中庭设计（1）做法形式在建筑中设计中庭，利用中庭的通高空间加强建筑的热压与风压拔风，在建筑中部插入了一个可对外通风的空间，相当于减小了建筑的进深，从而改善建筑的自然通风能力，对一般体量较大的公共建筑较为适用，因此在公共建筑中是最常用的空间设计手法。也有的建筑受条件限制，仅在局部设置了面积较小的通高空间，从通风角度看，归于中庭设置一类。此外，有些建筑则直接在建筑中部引入室外花园，其通风作用也与中庭相近，也被归于此类。（2）适用条件a、一般公共建筑中均可采用，但一般通风条件较好、比较容易组织对流通风的建筑，其中庭对通风的改善效果并不明显，没有必要为其通风而专门设置中庭。b、中庭通风特别适用与体量较大、单凭普通开窗难以形成有效风路的体量集中式建筑。c、高层建筑设计一般不会设置全部通高的中庭，空间感难处理，且面积损失较大，故在高层公共建筑中，一般只有底部裙房设置通风中庭，或在建筑主体中分层设置中庭，在中庭的上下部设置进出风口。但有高层建筑设置尺度较大的中部中庭，建筑呈周边围合形式，此时最好隔一定高度就将中部庭院与外部连通，以避免形成竖向的强气流，对结构造成冲击。（3）设计要点a、中庭的设置必须配合建筑的水平通风风路，两者相结合才能真正为主要功能空间起通风作用。b、中庭在通风中的作用主要是为竖向拔风提供通路，因此其平面面积对通风影响较小，可根据实际空间使用与空间效果等设置其平面形状与面积大小。但中庭通风的原理是通过插入可通风空间来减小建筑进深，故中庭位置与面积的设置最好保证主要使用功能空间的进深控制在合理范围之内，最好不超过12m。c、中庭顶部需要开设通风天窗，中庭的高度不宜太高，否则容易在中庭形成紊流。3.32下沉空间设计（1）做法形式下沉空间的形式主要有垂直式和斜坡式两种，通过在地下层前留出下沉广场来组织地下层建筑的通风采光。如图1-6所示室外地坪 室外地坪 下沉广场 下沉广场 H H L L 图1-6 下沉空间示意简图（2）适用条件主要用于地下层有通风采光需求的建筑，通过下沉空间使地下层获得可直接对外的窗口；一般用于建筑前有较为开敞空间，且不宜在人流较大的繁华地带使用。（3）设计要点a、建筑前后均设置时有利于地下层的对流通风，当场地受限时，可只在迎风一侧设置，但最好能保证建筑内部地下层与上部空间有通高空间相连。b、迎风侧下沉空间的进深方向尺寸L应至少与下沉深度H相近，且下沉空间应做好排水处理，并在上部边缘做好安全防范措施，可结合景观绿化等做设计。 3.33底层架空设计（1）做法形式建筑的底层架空一方面可以增强建筑周边环境的通风，改善建筑的通风条件，另一方面，也可以将风引入建筑中，增强室内的自然通风。一般地步架空设计主要有两种方法：一是进深方向局部架空，由于减小了建筑的进深，有利于建筑内部空气对流的形成；二是进深方向整体架空，使风贯穿，加速了外部空气流动，对室外风环境有利，减少了遮挡，同时也更多地带走了室内热量，间接改善了内部热环境。如图1-7所示 架空 架空 （a）架空模式一 （b）架空模式二图1-7 架空模式简图（2）适用条件架空设计会损失一部分建筑面积，而且只在本身风环境较好的场地内才有进一步加强通风的效果，若处于静风区则效果并不明显。在很多居住区设计中也较多运用，增强通风效果，也增加了公共活动空间，同时也作为居住区入口的大堂空间。（3）设计要点a、底层架空设计一般会结合场地景观、建筑入口、公共活动区设置，同时综合考虑建筑造型因素b、模式二的架空方式使风不受遮挡地穿过建筑，直接影响是增强了环境风速；若要进一步使改善影响到室内通风，则需要配合导风墙、捕风口的设置，将空气引入建筑内部。c、架空空间的设置要迎向主导风向，能够在主导风向上切实减小建筑进深或在此方向上形成贯通空间。3.34室内开敞空间设计（1）做法形式通过减少建筑内部隔断获得通畅风路，加强内部通风（2）适用条件a、主要用于已设有进出风口，在风口之间可以形成通风风路的建筑，通过减少隔断使得风路得以打通或更为顺畅。b、适用于框架、框剪等空间相对可以灵活分割的结构形式；多用于办公建筑中，将普通办公室设计成开敞式的大办公空间。c、还可用于文化建筑的公共活动区域，将休息厅、门厅及相应走廊等空间串联成相连通的大空间。（3）设计要点主要减少与主要风路垂直方向上的隔断墙，并设有能够足够形成对流的进出风口。4 结语如今，发展绿色建筑是解决我国资源瓶颈问题的重要战略，是实现可持续发展的根本措施之一。作为一种廉价的生态节能技术，自然通风在建筑设计中的作用越来越受到人们的重视，它的实现离不开建筑设计团队的密切配合，离不开建筑师与设备师的合作与协商。为此，需要一种综合的设计思维，设计团队在项目的初始阶段，就开始全面考虑设计策略，企图在后期改善方案的环境性能，将是困难并低效的。随着科学技术的发展 , 自然通风这种廉价 、舒适 、健康的通风方式会在生态建筑中得到广泛的应用。参考文献：1 孙东明. 建筑通风中节能问题探讨J. 科技创新与应用. 2012(33) 2 钟山. 传统地方建筑通风技术浅析J. 科技创新导报. 2008(03) 3 付新才. 建筑通风技术分析J. 黑龙江科技信息. 2011(03) 4 王鹏,谭刚. 生态建筑中的自然通风J. 世界建筑. 2000(04) 5 万鑫,苏亚欣. 现代建筑中自然通风技术的应用J. 建筑节能. 2007(09) 6 朱馥艺. 生态建筑的地域性与科学性J. 新建筑. 2002(04) 7 李敏,杨祖贵. 生态建筑中的自然通风设计探讨J. 四川建筑. 2006(04) 8 陈晓扬,仲德崑 . 被动节能自然通风策略J.建筑学报.2011.(09) 9 吴硕贤. 绿色建筑技术要点及推行绿色建筑的建议措施J. 建筑学报. 2011(09) 10 雷涛,袁镔. 生态建筑中的中庭空间设计探讨J. 建筑学报. 2004(08) 11 王战友. 自然通风技术在建筑中的应用探析J. 建筑节能. 2007(07) 12 钟军立,曾艺君. 建筑的自然通风设计浅析J. 重庆建筑大学学报. 2004(02)