摘要：自然通風(fēng)作為生態(tài)建筑技術(shù)中一個(gè)非常重要的組成部分，是一種安全有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的通風(fēng)模式，在改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、滿足室內(nèi)舒適要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。本文介紹了自然通風(fēng)的理論機(jī)理，分析了傳統(tǒng)的建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)存在的問題，闡述了通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，并自然通風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能設(shè)計(jì),通風(fēng)節(jié)能,自然通風(fēng)

　　1 自然通風(fēng)的機(jī)理

　　(1) 利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

　　室外氣流與建筑物相遇時(shí)，將發(fā)生繞流，經(jīng)過一段距離后，氣流才恢復(fù)平行流動。由于建筑物的阻擋，建筑物四周室外氣流的壓力分布將發(fā)生變化，迎風(fēng)面氣流受阻，動壓降低，靜壓增高，側(cè)面和背風(fēng)面由于產(chǎn)生局部渦流靜壓降低。風(fēng)壓通風(fēng)就是利用建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的壓力差實(shí)現(xiàn)空氣的流通。壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風(fēng)的夾角以及建筑周圍的環(huán)境有關(guān)。如果希望利用風(fēng)壓來實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)，首先，要求建筑有理想的外部風(fēng)環(huán)境(平均風(fēng)速3 m/s～4 m/s)。其次，建筑應(yīng)面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，房間進(jìn)深要適宜(一般應(yīng)小于14 m左右)，以便形成穿堂風(fēng)。利用風(fēng)壓進(jìn)行自然通風(fēng)的典范之作當(dāng)屬倫佐·皮亞諾設(shè)計(jì)的Tjibaou文化中心。針對不同風(fēng)速(從微風(fēng)到颶風(fēng))和風(fēng)向，通過調(diào)節(jié)百葉的開合和不同風(fēng)向百葉的配合來控制室內(nèi)氣流，從而實(shí)現(xiàn)完全被動式的自然通風(fēng)，達(dá)到節(jié)約能源、減少污染的目的。

　　(2)利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

　　圖1為室內(nèi)熱壓通風(fēng)分析圖，在建筑設(shè)計(jì)中根據(jù)熱壓原理，有意識的將進(jìn)、排氣口間落差增大，可有效改善室內(nèi)通風(fēng)效果，同時(shí)結(jié)合建筑剖面設(shè)計(jì)，組織室內(nèi)通風(fēng)。利用建筑內(nèi)部的熱壓形成的自然通風(fēng)即通常所說的“煙囪效應(yīng)”：熱空氣上升，從建筑上部風(fēng)口排出，室外新鮮的冷空氣從建筑底部被吸入。

 

　　(3)風(fēng)壓與熱壓共同作用

　　實(shí)際建筑環(huán)境復(fù)雜，因此，建筑中的自然通風(fēng)往往是風(fēng)壓與熱壓共同作用的結(jié)果。風(fēng)壓作用受到天氣、環(huán)流、建筑形狀、周圍環(huán)境等因素的影響，具有不穩(wěn)定性，所以在與熱壓同時(shí)作用時(shí)可能還會出現(xiàn)減弱通風(fēng)效果的情況。

　　(4)機(jī)械輔助式自然通風(fēng)

　　在一些大型建筑中，由于通風(fēng)路徑較長，流動阻力較大，單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。而對于空氣污染和噪聲污染比較嚴(yán)重的城市，直接的自然通風(fēng)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(jī)械輔助式的自然通風(fēng)系統(tǒng)。在諾曼·福斯特設(shè)計(jì)的柏林國會大廈改建工程中，便采用了機(jī)械輔助式自然通風(fēng)方式。

　　2、傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)的缺陷

　　建筑行業(yè)在我國的社會發(fā)展中已經(jīng)過了較長的歷程，建筑設(shè)計(jì)也隨著時(shí)間的推移而不斷發(fā)生著變化。早期的建筑設(shè)計(jì)由于缺乏理論、技術(shù)的支撐，導(dǎo)致很多先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想未能得到全面運(yùn)用。主要存在著以下缺陷：

　　(1)功能減弱。設(shè)計(jì)人員在制定設(shè)計(jì)方案前，未能充分收集通風(fēng)系統(tǒng)方面的資料，造成設(shè)計(jì)方案與實(shí)際的建筑需要差距較大。很多設(shè)計(jì)人員往往側(cè)重于從建筑施工進(jìn)度考慮，而簡化了室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)，這不僅減弱了建筑室內(nèi)的排風(fēng)功能，也影響到通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　(2)能源耗損。傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)多數(shù)是采用空調(diào)系統(tǒng)，這種間接性的室內(nèi)通風(fēng)方式的能源消耗較大，且空調(diào)設(shè)備維護(hù)也要投入大量的資金。此外，有些工程由于一些設(shè)計(jì)上的失誤，導(dǎo)致一套完整的設(shè)計(jì)方案結(jié)束后，設(shè)計(jì)單位沒有嚴(yán)格按照工程標(biāo)準(zhǔn)綜合審核，有時(shí)難免造成方案實(shí)施后出現(xiàn)返工的情況，導(dǎo)致能源和資源的浪費(fèi)。

　　(3)空氣污染。建筑環(huán)保節(jié)能是現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的新理念，但早期的空調(diào)系統(tǒng)在使用過程中會帶來不同程度的污染。在無氟空調(diào)使用之前，市場上的空調(diào)產(chǎn)品采用“氟利昂”制冷，這種空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)用會造成一定的大氣污染，損害臭氧層。另外，由于空調(diào)系統(tǒng)的長期密閉運(yùn)行環(huán)境，以及對空調(diào)機(jī)組、管道等的清潔、管理方面的疏忽，致使空調(diào)系統(tǒng)藏污納垢、滋生細(xì)菌等，會給室內(nèi)空氣造成不同程度的污染。

　　(4)增加成本。從經(jīng)濟(jì)效益的角度看，由于早期設(shè)計(jì)中的各種缺陷或者設(shè)備本身技術(shù)因素的影響，造成的直接影響則是工程成本的增大。主要表現(xiàn)為實(shí)際應(yīng)用中設(shè)計(jì)方案缺乏優(yōu)化處理而造成系統(tǒng)的返修，從而引起材料的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等方面的工作量增大，這些都使得工程項(xiàng)目的成本增加，且通風(fēng)系統(tǒng)也難以發(fā)揮全部功能。

　　3、通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國的建筑施工技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了發(fā)展與變革，新技術(shù)的引進(jìn)促進(jìn)了建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)的優(yōu)化。此外，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)理念也開始朝著“節(jié)能、降耗、環(huán)保”的方向發(fā)展，這些都促進(jìn)了通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)水平的提升。通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)理念運(yùn)用于建筑物可發(fā)揮的作用包括以下幾個(gè)方面：

　　(1)增強(qiáng)性能。在室內(nèi)制冷方面，采用通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)后，可達(dá)到被動式制冷效果，若建筑外部環(huán)境中的空氣濕度低，通風(fēng)系統(tǒng)可以降低室內(nèi)溫度，將潮濕氣體帶到室外，從而使室內(nèi)溫度、濕度處于人體最舒適的狀態(tài)。在無需消耗電能的情況下，運(yùn)用自然通風(fēng)輸送經(jīng)過處理的新風(fēng)。

　　(2)改善空氣質(zhì)量。當(dāng)前，大多數(shù)建筑內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)主要依賴于空調(diào)設(shè)備。空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)用只能調(diào)整室內(nèi)溫度的高低，而無法及時(shí)更新室內(nèi)新風(fēng)，時(shí)間一長，室內(nèi)空氣難免變得污濁。從安全和衛(wèi)生的角度考慮，人長期在這樣的空氣環(huán)境中活動，健康狀況會受到很大的影響。利用自然通風(fēng)能定期排出室內(nèi)污染空氣，改善室內(nèi)空氣的新鮮度。

　　(3)保護(hù)環(huán)境。綠色環(huán)保是建筑行業(yè)正在積極倡導(dǎo)的一個(gè)主題，建筑通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)恰好滿足了這一要求。例如自然通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)，可以防止空調(diào)系統(tǒng)造成的宅氣污染，將室內(nèi)的含有各種雜質(zhì)的氣體及時(shí)排出室外，在保持室內(nèi)良好的空氣環(huán)境的同時(shí)，也改善了室內(nèi)居住環(huán)境：

　　(4)減少能耗，從建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的考核數(shù)據(jù)看，建筑物在使用經(jīng)過節(jié)能優(yōu)化的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)后，電能消耗要比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案節(jié)約30%左右，這就使得工程項(xiàng)目在減少能源消耗的同時(shí)，也減少了資金投入，優(yōu)化了建筑內(nèi)部的各項(xiàng)系統(tǒng)功能。

　　4 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

　　隨著建筑設(shè)計(jì)理念的更新，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)階段對于自然通風(fēng)技術(shù)的運(yùn)用更為普遍。小僅減少了建筑的能源消耗，電保持了室內(nèi)良好的居住環(huán)境，滿足了現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

　　建筑節(jié)能常見的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)方案如下：

　　(1)空間設(shè)計(jì)。在建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)建豎井空間，可促進(jìn)氣流的快速流通，以此提高建筑內(nèi)部的通風(fēng)效果。目前，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中運(yùn)用的豎井空間包括：純開放空間，充分運(yùn)用建筑中庭內(nèi)的熱壓實(shí)現(xiàn)通風(fēng);煙囪空間，利用太陽能加熱空氣所產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)，促進(jìn)建筑內(nèi)部宅氣的流動，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)調(diào)節(jié)(見圖2)。

 

　　(2)布局設(shè)計(jì)。從自然通風(fēng)的節(jié)能效果來看，建筑群的布局設(shè)計(jì)是影響通風(fēng)效果的重要因素。設(shè)計(jì)師在確定各個(gè)建筑之間的距離時(shí)，應(yīng)結(jié)合風(fēng)向投射角對室內(nèi)風(fēng)向影響大小的情況設(shè)計(jì)，可以通過計(jì)算機(jī)通風(fēng)模擬，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。在整體設(shè)計(jì)上，還需把握好建筑物的高度、進(jìn)深、面寬、外觀等方面的因素。

　　(3)開口殳計(jì)。開口設(shè)計(jì)對建筑物內(nèi)部的空氣流通有很大的影響，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中需將開口配置、開口尺寸、窗戶形式、開啟方式、窗墻面積比等作為設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。從設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，開口覺度達(dá)到開間寬度的1/3時(shí)，通風(fēng)節(jié)能效果最好，有助于室內(nèi)空氣的流通。住宅室內(nèi)通風(fēng)模擬如圖3所示。

 

　　(4)屋頂設(shè)計(jì)。屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)要借助于“隔熱屋面”作用的發(fā)揮，其常見的形勢是架空隔熱層，將屋面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)成合適的通風(fēng)裝置，把室內(nèi)的熱量排除后實(shí)現(xiàn)降溫。此外，還可結(jié)合坡屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通風(fēng)隔熱層，以達(dá)到良好的通風(fēng)隔熱效果。

　　(5)幕墻設(shè)計(jì)。新型節(jié)能幕墻設(shè)計(jì)通過在兩層玻璃幕墻間設(shè)置一個(gè)空腔，在空腔內(nèi)設(shè)置遮陽設(shè)施，空腔的兩端設(shè)置進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口，通過熱壓差或者強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)節(jié)能，可以有效地避免建筑物內(nèi)部風(fēng)壓、熱壓過高等問題，促進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能的改善，創(chuàng)造良好的室內(nèi)環(huán)境。圖4為雙層幕墻示意圖。

 

　　(6)室內(nèi)設(shè)計(jì)，利用“穿堂風(fēng)”的形式來提高室內(nèi)的通風(fēng)效果，其主要是讓自然風(fēng)由建筑物外部到達(dá)室內(nèi)，經(jīng)過主要功能空間后由背風(fēng)面的出風(fēng)口外流。這種設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是利用進(jìn)出風(fēng)口之間的風(fēng)壓差，促進(jìn)了自然風(fēng)流通性能的提升，使用戶保持良好的通風(fēng)效果。

　　5結(jié)束語

　　建筑通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)具有多方面的優(yōu)勢，既能滿足現(xiàn)代建筑施工的需要，也能減少能量消耗，以實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，節(jié)能降耗得到了各方面的高度關(guān)注。為了保證項(xiàng)目施工的有序進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員必須收集各方面的資料，以指導(dǎo)節(jié)能設(shè)計(jì)工作。在建筑通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)分析傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)存在的不足，了解節(jié)能設(shè)計(jì)的各類優(yōu)點(diǎn)，然后再根據(jù)建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況詳細(xì)設(shè)計(jì)自然通風(fēng)系統(tǒng)，以保證最終方案的科學(xué)性。