建筑通风中自然通风的应用

建筑通风中自然通风的应用

李莹

身份证号：210204199209174842

摘要：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。

关键词：自然通风，气流，建筑，风压，环境

1自然通风的形成自然通风产生的动力来源于热压和风压。热压是由冷热空气密度不同而产生的，主要产生在室内外温度存在差异的建筑环境空间，风压是由于自然风在建筑物的不同开口处造成的气压不同，而在建筑物内部形成气流。建筑物外墙上的孔洞两侧存在压力差，就会有空气流过，流过的空气量为:L=μF槡2Δp/ρ。其中，L为风量，m3/s;μ为孔洞流量系数;F为孔洞面积，m2;ρ为空气密度，kg/m3。

热压与空气的密度差Δρ=ρw－ρn和高度差有关，而空气的温度越高，密度就越小，温度越低，密度越大，因此，如果空气温度相同，或者没有高度差，就不会产生热压作用下的自然通风。反之，温差越大，高度差越大，则热压作用下的自然通风就会越明显。计算式为:Δpr=gh(ρw－ρn)。其中，Δpr为热压，Pa;h为高度差，m;g为重力加速度，m/s2;ρw为室外空气密度，kg/m3;ρn为室内空气密度，kg/m3。

室外气流在遇到建筑物时，会在建筑物周围形成正压区和负压区，建筑物迎风面直接阻碍了气流的流动，当气流方向与迎风面的夹角不小于30°时，会形成比较明显的正压区。当气流绕过建筑物时，在建筑物的顶部和背风面会形成负压区，顶部和背风面形成的气流区分别称为回流空腔和回旋气流区，回流空腔和回旋气流区的静压均较大气压力低。建筑物的迎风面的正压区，顶部及背风面的负压区，与未受扰动的气流相比，在建筑物表面所形成的空气静压变化称为风压。计算式为:Pf=kv2w2ρw。其中，Pf为风压，Pa;k为空气动力系数;vw为室外空气流速，m/s;ρw为室外空气密度，kg/m3。

热压和风压均作用于建筑物时，外围护结构各孔洞的内外压差就等同于热压、风压分别作用时的内外压差之和。风压带来的通风强度要远高于热压，但是风压由于风速和风向经常变化，具有不稳定性，而热压作用则相对稳定，能够在无风天气里实现通风。因此，为了保证自然通风的设计效果，在实际计算时，一般仅考虑热压的作用，仅当建筑迎风面与计算季节的最多风向成45°～90°角时，该面上的有效开口利用面积才可作为进风口进行计算。

2自然通风与小区规划自然通风对于建筑有极其重要的意义，它可以带来新鲜空气，改善建筑环境，也可以给建筑降温，减少建筑能耗。虽然自然通风和机械通风都能起到换气和降温的效果，但是机械通风无法与舒适的自然风相比，尤其是夏季，拂过阵阵凉风，让人精神振奋。同时，自然通风往往能够与自然采光相结合起来，与室外景色的联系还增加了室内人员的愉悦心情，提高了工作效率，由此带来的经济效益往往远大于用于改善室内环境的费用。

我国长江以南、华北和东北部分地区都处于季风区，夏季盛行东南风，冬季盛行西北风，我国的建设活动大多发生在季风区。

建筑师和规划师从风玫瑰图获取有关风的参数，但是风玫瑰图的数据采集通常在开阔位置，而建筑物所在的位置受到附近的树木、山丘等影响，风向和风速都会产生变化，所以，实际的气流情况可能会与风玫瑰图的差异较大，这些地区应按实际的气流情况，结合场地自然条件，尽可能优化建筑造型、朝向和建筑物之间的距离，使建筑具备更好的条件来保证良好的通风以及采光，尽量避免不利因素，进行精心设计。建筑物的规模和密度随着城市的发展，飞速增加，成片的建筑布局不仅会产生二次风，由于风压和热压所引起的局部环流，还会严重地阻碍风的流动，应尽量避免在室外局部区域形成无风区或涡旋区，更大程度利用气流的流动排除室外的余热和污染物。建筑物应尽量避免采用一片成排的布置，尽可能采用交错排列和斜向排列或采用“前低后高”和有规律的“高低错落”，尽可能的增强进入到小区深处的自然风，自然风的增强同时也增强了单体建筑物受到的风压和热压。也可结合地形采用自由排列方式，而行列式和周边式很难使风导入，特别是周边式只适用于冬季寒冷气候地区。在小区内也可以设置一些树木和围墙等构筑物，改变气流组织流动方向。在不同气候的不同季节里，利用植物控制通风的策略不尽相同，在寒冷地区，人们用常青植物在房屋北面修建防风带，抵御冬季寒风;而在温和气候地区，可以利用南面植物引导更多自然风进入室内3自然通风与建筑的平面布置建筑物通风效果要好，就是要通过各种技术手段使建筑内外空气具有较好的流通效果。为有效利用自然通风，合理精细的设计室内平面、空间以及门窗，则显得尤为重要。

在温和气候地区门窗洞口面积宜大，为了更好的利用自然风带走室内余热，还应使夏季主导风向面向人员长期停留的主要房间。在寒冷气候地区，门窗洞口不宜太大，应尽量减小冷风渗透对室内环境的影响，并应结合当地主导风向统筹设计。建筑单体自然通风的效果取决于两个主要因素，一为通风开口面积，一为其相对位置关系。当通风开口面积至少占到地板面积的5%时，房间内通风效果良好，但是需要引起注意的是，在夏热冬暖和夏热冬冷地区，通风开口面积占到地板面积的比例则需要提高到8%，才能保证通风效果良好。在设计过程中，建筑平面进深不宜过大，并宜使气流能够经过房间中经常有人停留的地方，门窗相对位置尽量使室内气流组织分布均匀，流畅，形成穿堂风，而当出风口面积大于进风口面积10%的时候，穿堂风会取得较好的效果。增大进、出风口之间的高度差也可以增加气流组织的流动。自然通风因其较强的舒适性，低能耗，低投资，越来越受到设计人员与建设单位的青睐。为能达到良好的自然通风效果，其所需的建筑构件，大约仅占楼层建筑面积的0.3%左右。考虑到这些构件往往具有多重功能，比如窗户既能采光，也能通风，而楼梯间、天井、中庭等都可以引导气流，增强自然通风，这些占用的面积几乎可以忽略。然而，典型的机械通风系统要占用楼层面积的4%～7%，此外，通风管道还会占用约层高的15%。如果采取自然通风策略，可以节省出可观的建筑面积和空间，让室内空间更加宽敞。

4自然通风的局限性自然通风依靠自然力来实现，通风时间和强度都不完全受人控制，人们通过规划、建筑设计采取了一些被动式措施，用于控制和促进自然通风。当室外空气质量恶化时，自然通风就变得不那么受欢迎了，虽然可以利用植被和纱窗等措施减少一部分污染，但是在一些对室内环境质量要求较高的建筑物中，如实验室，手术室等，需要过滤进入的空气，并保持室内正压。

5结语新时期建筑行业科技取得了优异的发展成就，生态建筑思想在项目规划中得到充分体现，为新型建筑改造活动提供了先进的指导。为了改变传统建筑设施存在的能耗问题，设计师必须详细地规划与分析，为建筑物构造出实用的自然通风系统，借助自然风压大小实现自然通风效果，这将是未来建筑物设计的先进模式。

参考文献:[1]李琳琳,邢毓斌.探讨现代建筑屋顶自然通风的设计[J].科技与企业.2012(12)[2]马福军,许杭.建筑自然通风节能技术及影响因素[J].科技信息.2011(36)