不同建筑设计的自然通风效果.doc

华中科技大学 环境学院
建筑环境与设备工程
建筑环境学论文
现代建筑中的自然通风
摘要：在现代化的建设中,设计师们更加注重建筑环境的舒适性和建筑节能,而自然通风不仅是一种建筑节能的有效手段,还能达到改善室内环境尤其是空气品质的效果，因而在现代建筑中应用广泛。针对自然通风的原理，分析几种现代建筑中的常用通风模式、通风具体措施及影响因素,通过分析建筑室内通风组织的措施，为设计者们提供一定的设计依据。
关键字：自然通风 室内环境 节能
随着建筑技术水平的进步和提升、城市人口的迅速增长、不同使用性质的建筑组合，建筑的体量和规模逐渐膨胀,同时部分建筑师忽视自然通风,完全依赖于机械通风。所以造成大量的建筑用房自然通风不畅，因而建筑的耗能增加。在发达的国家近40％的能源是在建筑中消耗的，据专家估算，其中2/3～3/4可通过正确的、理想的建筑措施节省下来。近年来,在对节能技术广泛和深入研究的基础上,一些建筑师们在一系列建筑创作中做出了探索和实践，其中自然通风是一项成熟而低廉的技术措施,在建筑设计中应充分、合理地加以使用。
1. 自然通风是能够适应气候的一项廉价而成熟的技术措施，与空调系统相比，其可以在降低能源消耗的同时为室内引入新风,有利于人体生理和心理健康。通常认为自然通风主要有四种模式：1利用风压的自然通风;2利用热压的自然通风;3风压与热压结合的混合自然通风；4机械辅助的自然通风。
1。1利用风压的自然通风
自然通风最基本的动力是风压和热压。在具有良好的外部风环境的地区，风压可作为实现自然通风的主要手段.在我国大量的非空调建筑中，利用风压促进建筑的室内空气流通，改善室内的空气环境质量，是一种常用的建筑处理手段。风洞试验表明:当风吹向建筑时，因受到建筑的阻挡，会在建筑的迎风面产生正压力。同时，气流绕过建筑的各个侧面及背面,会在相应位置产生负压力.风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。压力差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境有关。当风垂直吹向建筑的正立面时,迎风面中心处正压最大，在屋角和屋脊处负压最大。另外,伯努利流体原理显示，流动空气的压力随其速度的增加而减小,从而形成低压区.依据这种原理，可以在建筑中局部留出横向的通风通道,当风从通道吹过时，会在通道中形成负压区，从而带动周围空气的流动,这就是管式建筑的通风原理。通风的管式通道要在一定方向上封闭，而在其他方向开敞，从而形成明确的通风方向。这种通风方式可以在大进深的建筑空间中达到较好的通风效果。
1。2利用热压的自然通风
自然通风的另一原理是利用建筑内部空气的热压差，即通常讲的“烟囱效应"来实现建筑的自然通风。利用热空气上升的原理，在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出，而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入。热压作用与进、出风口的高差和室内外的温差有关(如图),室内外温差和进、出风口的高差越大，则热压作用越明显。计算式为:
在建筑设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔—如楼梯间、中庭、拔风井等满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口,将建筑各层的热空气排出达到自然通风的目的。与风压式自然通风不同,热压式自然通风更能适应常变的外部风环境和不良的外部风环境。
1。3风压与热压结合的混合自然通风
在建筑的自然通风设计中,风压通风与热压通风往往是互为补充、密不可分的.一般来说,在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风,而进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。
位于英国莱彻斯特的蒙特福德大学女王馆就是这方面的一个优秀实例。建筑师肖特和福特将庞大的建筑分成一系列小体块，既在尺度上与周围古老的街区相协调，又能形成一种有节奏的韵律感，同时小的体量使得自然通风成为可能。位于指状分支部分的实验室、办公室进深较小,可以利用风压直接通风；而位于中间部分的报告厅、大厅及其它用房则更多地依靠“烟囱效应”进行自然通风(图2）。同时，建筑的外维护结构采用厚重的蓄热材料，使得建筑内部的得热量降到最低.正是因为采用了这些措施，虽然女王馆建筑面积超过10 000 m2，相对于同类建筑而言，全年能耗却很低。
1。4机械辅助的自然通风
在一些大型建筑中,由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足于实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市,直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内,不利于人体健康。在这种情况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统.该系统有一套完整的空气循环通道，辅以符合生态思想的空气处理手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等),并借助一定的机械方式加速室内通风。
2自然通风与室内空气质量
自然通风在很大程度上有效改善室内舒适性环境
2。1自然通风与室内空气品质
室内空气品质（IAQ）直接影响到人们的身心健康和工作效率,特别是对现代密闭办公楼的工作人员，美国采暖、制冷与空调工程师学会ASHRAE62—1989R标准中,将可接受的室内空气品质定义为，空调房间绝大多数人没有对室内空气品质表示不满意，并且空气中没有已知的污染物达到了可能对人体健康产生严重威胁的浓度;将感受到的可接受的室内空气品质定义为，空调房间绝大多数人没有因为气味或刺激性而表示不满。ASHRAE 62-1989R标准中对IAQ的描述涵盖了客观指标和人的主观感受两个方面的内容，比较科学和全面.
为了解室内空气品质的状况及其影响因素，各国学者对不同类型建筑中的室内空气品质进行了研究，结果表明引起室内空气品质问题的原因可以分为两类：一是暖通空调（HVAC)系统设计或运行不当：二是各类污染源产生的污染物作用。第一类原因包括：①通风和气流组织问题，如新风量不足,室内气流组织不好等;②热舒适性问题，当室内未达到希望的温度和湿度时，由于对热状况的不满，人们也会对IAQ产生抱怨.第二类原因包括:①由于室外大气环境的恶化，由新风吸入口或门窗等进入的污染物;②交叉污染;③室内污染；④微生物污染。
污染物的种类有多种，它们对人体产生的影响有很大差异；另外每种污染物有其自身的污染源。广义的污染物包括了固体颗粒、微生物和有害气体，其中微生物多依附于固体颗粒和液滴传播。气态污染物种类繁多，除CO、CO2、NH3和Rn等人们熟知的气体之外，还有各种挥发性有机化合物(VOC），一般认为它们会对人体的呼吸系统等有较大影响。固体颗粒污染物会从室外通风和空调系统带入室内，而各种微生物污染大多跟室内湿度和空调系统冷凝水等状况有关.
2。2自然通风与室内热舒适度
热舒适在研究人体对热环境的主观热反应时已被广泛采用.
自然风的流动一般没有规律,因此可以使人产生新鲜感，只有达到一定的风速时人才会产生爽快感，而空气流动大多是紊乱的。紊流的基本特征在于其具有随机性质的涡旋结构,由于这些涡旋在流体内部的随机运动而引起流速度脉动，所以脉动强度和频谱特征是描述紊流不可缺少的指标.对于相同平均速度、不同脉动强度和频率分布的气流，会影响到人体与周围环境的热交换，以及皮肤表面的温觉感受器,使人体产生不同的热感觉。
人体对于热舒适度的要求在于室内温度体温的差距。在休息状态及低湿度条件下，特别是半裸或衣着很单薄时，低的气流速度较为合适，但当湿度及新陈代谢率增高，衣着又厚时，则为了防止皮肤潮湿及排汗散热效率的降低从而造成排汗率的增高，则需要较高的气流速度。当气流速度达到一定水平，生理和感觉上的要求取得一致时,即可明确地定出最佳的气流速度。通过调查：室内风速在0。3～1。0m/s时，多数人感到愉快，大于1。5m/s时多数人认为风速太大不舒适.自然通风的合理组织能够满足人体热舒适的要求，不再需要额外的能耗.
3小结
作为一种节能设计的手段,自然通风还可以和多种其他手法相结合，如太阳能、建筑材料、自然采光、地下蓄热蓄冷、地热、自动控制等,且引进计算机模拟和风洞试验技术,从量化的层面对建筑的生态节能设计进行深入的研究。虽然我国目前对此研究不多,但随着可持续发展的设计理念的不断发展，建筑自然通风必将受到越来越多的关注。