談建築中自然通風技術的作用原理-
[摘要]本文首先介紹了建築中自然通風技術的作用原理，指出了自然通風的經濟效益和環境效益，進而論證了在建築設計中如何實現自然通風，提出自然通風這項傳統的技術要與建築所處地域的自然地理氣候特徵相適應，並輔以例項分析了自然通風與地域氣候的完美結合。旨在引起在地域建築設計中對自然通風傳統適宜技術的重視。
[關鍵詞] 自然通風機理效益地域建築設計
長久以來,自然通風做為一項傳統的建築防熱技術，在世界各地的傳統民居中，得到了廣泛的應用。在濕熱地區，人們看到的傳統民居往往有這樣的外表：建築都有開闊的窗戶；採用輕便的牆體；深遠的挑簷；高高在上的頂棚並且設定有通風口；建築往往架空，以避開地面的潮氣和熱氣，採集更多的涼風——這樣形象的背後，隱藏著勞動人民對利用自然通風技術的樸素觀念。
自然通風是一種具有很大潛力的通風方式，是人類歷史上長期賴以調節室內環境的原始手段。
空調的產生，使人們可以主動地控制居住環境，而不是象以往一樣被動地適應自然；空調的大量使用，使人們漸漸淡化了對自然通風的應用。而在空調技術得以普及的今天，迫於節約能源、保持良好的室內空氣質量的雙重壓力下，全球的科學家不得不重新審視自然通風這一傳統技術。在這樣的背景下，把自然通風這種傳統建築生態技術重新引回現代建築中，有著比以往更為重要的意義。
1.自然通風的理論機理
通常意義上的自然通風指的是通過有目的的開口，產生空氣流動。這種流動直接受建築外表面的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而各開口的特點則決定了流動阻力。
就自然通風而言，建築物內空氣運動主要有兩個原因：風壓以及室內外空氣密度差。這兩種因素可以單獨起作用，也可以共同起作用。
1．1風壓作用下的自然通風
風的形成是由於大氣中的壓力差。如果風在通道上遇到了障礙物，如樹和建築物，就會產生能量的轉換。動壓力轉變為靜壓力，於是迎風面上產生正壓(約為風速動壓力的0.
5-0.8倍)，而背風面上產生負壓(約為風速動壓力的0.3—0.
4倍)。由於經過建築物而出現的壓力差促使空氣從迎風面的窗縫和其他空隙流入室內，而室內空氣則從背風面孔口排出，就形成了全面換氣的風壓自然通風。某一建築物周圍風壓與該建築的幾何形狀、建築相對於風向的方位、風速和建築周圍的自然地形有關。
1．2熱壓作用下的自然通風
熱壓是室內外空氣的溫度差引起的，這就是所謂的「煙囪效應」。由於溫度差的存在，室內外密度差產生，沿著建築物牆面的垂直方向出現壓力梯度。如果室內溫度高於室外，建築物的上部將會有較高的壓力，而下部存在較低的壓力。
當這些位置存在孔口時，空氣通過較低的開口進入，從上部流出。如果，室內溫度低於室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決於兩個開口處的高度差和室內外的空氣密度差。
而在實際中，建築師們多採用煙囪、通風塔、天井中庭等形式，為自然通風的利用提供有利的條件，使得建築物能夠具有良好的通風效果。
1．3風壓和熱壓共同作用下的自然通風
在實際建築中的自然通風是風壓和熱壓共同作用的結果，只是各自的作用有強有弱。由於風壓受到天氣、室外風向、建築物形狀、周圍環境等因素的影響，風壓與熱壓共同作用時並不是簡單的線性疊加。因此建築師要充分考慮各種因素，使風壓和熱壓作用相互補充，密切配合使用，實現建築物的有效自然通風。
1．4機械輔助式自然通風
在一些大型建築中，由於通風路徑較長，流動阻力較大,，單純依靠自然風壓與熱壓往往不足以實現自然通風。而對於空氣汙染和雜訊汙染比較嚴重的城市，直接的自然通風還會將室外汙濁的空氣和雜訊帶入室內，不利於人體健康。在這種情況下，常常採用一種機械輔助式的自然通風系統。
該系統有一套完整的空氣迴圈通道，輔以符合生態思想的空氣處理手段(如土壤預冷、預熱、深井水換熱等)，並借助一定的機械方式加速室內通風。
2.採用自然通風的的經濟效益和環境效益
自然通風是當今建築普遍採取的一項改革建築熱環境、節約空調能耗的技術，採用自然通風方式的根本目的就是取代（或部分取代）空調製冷系統。而這一取代過程有兩點至關重要的意義：一是實現有效被動式製冷，當室外空氣溫濕度較低時自然通風可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內溫度，帶走潮濕氣體，達到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風輸送處理後的新風，而省去風機能耗，且無雜訊。
這有利於減少能耗、降低汙染，符合可持續發展的思想。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣（新風），有利於人的生理和心理健康。室內空氣質量的低劣在很大程度上是由於缺少充足的新風。
空調所造成的恆溫環境也使得人體抵抗力下降，引發各種「空調病」。而自然通風可以排除室內汙濁的空氣，同時還有利於滿足人和大自然交往的心理需求。
3.建築設計中自然通風的實現及例項分析
傳統建築對自然通風有很多值得借鑑的方法，而在我們現代的建築設計中積極地考慮自然通風，並注意與地域建築的有效結合，對於自然通風的合理利用、節約能源具有現實意義。
3.1建築體型與建築群的布局的設計
建築群的布局對自然通風的影響效果很大。考慮單體建築得熱與防止太陽過度輻射的同時，應該盡量使建築的法線與夏季主導風向一致；然而對於建築群體，若風沿著法線吹向建築，會在背風面形成很大的漩渦區，對後排建築的通風不利。在建築設計中要綜合考慮這兩方面的利弊，根據風向投射角（風向與房屋外牆面法線的夾角）對室內風速的影響來決定合理的建築間距，同時也可以結合建築群體布局的改變以達到縮小間距的目的。
由於前幢建築對後幢建築通風的影響，因此在單體設計中還應該結合總體的情況對建築的體型，包括高度、進深、面寬乃至形狀等實行一定的控制。
3.2維護結構開口的設計
建築物開口的優化配置以及開口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式，窗牆面積比等的合理設計，直接影響著建築物內部的空氣流動以及通風效果。根據測定，當開口寬度為開間寬度的1／3～2／3時，開口大小為地板總面積的15％-25％時，通風效果最佳。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。
進風口與出風口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內改變方向，使室內氣流更均勻，通風效果更好。
3.3注重「穿堂風」的組織
「穿堂風」是自然通風中效果最好的方式。所謂「穿堂風」是指風從建築迎風面的進風口吹人室內，穿過房間，從背風面的出風口流出。顯然進風口和出風口之間的風壓差越大，房屋內部空氣流動阻力越小，通風越流暢。
此時房屋在通風方向的進深不能太大，否則就會通風不暢。
3.4在建築設計中形成豎井空間，來加速氣流流動，實現自然通風。
在建築設計中豎井空間主要形式有：
(1)純開放空間——目前，大量的建築中設計有中庭，主要是平面過大的建築出於採光的考慮。從另外乙個方面考慮，我們可利用建築中庭內的熱壓形成自然通風。由福斯特主持設計的法蘭克福商業銀行就是乙個利用中庭進行自然通風的成功案例。
在這一案例中，設計者利用計算機模擬和風洞試驗，對60層高的中庭空間的通風進行分析研究。為了避免中庭內部過大的紊流，每12層作為乙個獨立的單元，各自利用熱壓實現自然通風，取得良好的效果。
(2)「煙囪」空間，又叫風塔——由垂直豎井和幾個風口組成，在房間的排風口末端安裝太陽能空氣加熱器以對從風塔頂部進入的空氣產生抽吸作用。該系統類似於風管供風系統。風塔由垂直豎井和風斗組成。
在通風不暢的地區，可以利用高出屋面的風斗，把上部的氣流引入建築內部，來加速建築內部的空氣流通。風斗的開口應該朝向主導風向。在主導風向不固定的地區，則可以設計多個朝向的風斗，或者設計成可以隨風向轉動。
例如在英國貝丁頓零能耗發展專案中，設計了可以隨風向轉動的風斗，配合其他措施，利用自然風壓實現了建築內部的通風。
3.5屋頂的自然通風
通風隔熱屋面通常有以下兩種方式：1)在結構層上部設定架空隔熱層。這種做法把通風層設定在屋面結構層上，利用中間的空氣間層帶走熱量，達到屋面降溫的目的，另外架空板還保護了屋面防水層。
2)利用坡屋頂自身結構，在結構層中間設定通風隔熱層，也可得到較好的隔熱效果。
b.被動式自然通風實施效果一
c.被動式自然通風實施效果二
a.自然通風原理示意
在雲南省永仁縣異地扶貧搬遷規劃設計實施工程中，多數是從冬季較寒冷的山區遷移到夏季較炎熱的丘林壩子中。原住居民的住屋形式是在寒冷地區發展與延續下來的，其夏季的通風問題不是主要的空間約束。而新遷地夏季較炎熱，室外亦有較大的區域風，但是室內風速則相對較小。
因後牆及山牆均無窗戶，所以室內通風不是很好。新搬來的住戶對室內的熱環境都表現出很大的不滿。因此，改進建築的通風效果是克服民居缺陷的主要途徑。
在新農居的設計中，二層樓的前部採用窗加百頁的構造，後部加設可開啟的窗戶，以保證二層堆放農作物的自然晾乾功能。針對夏季的炎熱氣候，加大了挑簷設計，精心做了堂屋、臥室與閣樓的通風設計，通過簡單的構造措施，對民居的熱環境做了積極的改進與引導(圖a,b,c)。在該工程中，有效的將傳統的自然通風這一綠色適宜技術用於對傳統民居的更新，既滿足了經濟的要求，又符合了生態的效益。
3.6雙層玻璃幕牆維護結構
雙層（或三層）幕牆是當今生態建築中所普遍採用的一項先進技術，被譽為「會呼吸的**」，它由內外兩道幕牆組成。其通風原理是在兩層玻璃幕牆之間留乙個空腔，空腔的兩端有可以控制的進風口和出風口。在冬季，關閉進出風口，雙層玻璃之間形成乙個「陽光溫室」，提高圍護結構表面的溫度；夏季，開啟進出風口，利用「煙囪效應」在空腔內部實現自然通風，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。
為了更好地實現隔熱，通道內一般設定有可調節的深色百葉。雙層玻璃幕牆在保持外形輕盈的同時，能夠很好地解決高層建築中過高的風壓和熱壓帶來的風速過大造成的紊流不易控制的問題，能解決夜間開窗通風而無需擔心安全問題，可加強圍護結構的保溫隔熱性能，並能降低室內的噪音。在節能上，雙層通風幕牆由於換氣層的作用，比單層幕牆在採暖時節約能源42％-52％，在製冷時節約能源38％-60％，是解決建築節能的乙個新的方向。
3.7太陽能強化自然通風
太陽能強化自然通風，充分利用了太陽能這一可持續能源轉化為動力進行通風。太陽能強化自然通風的建築結構主要有：屋面太陽能煙囪、trombe牆和太陽能空氣集熱器。
以上三種結構可以單獨設定來強化通風，但是，為了在夏季達到更好的冷卻效果，通常將這些做法與其他建築結構組合成乙個有組織的自然通風系統。
4.結語
通風是建築的最基本功能之一，是乙個古老而常新的話題。降低建築能耗,使建築的人工環境與自然環境達到動態的平衡,將是建築在滿足了基本的使用功能和美學要求後應追求的更高目標。
我們現在的建築設計中，尤其是一些建築的更新如新民居的設計，不僅要關注自然通風技術，更要注意把這一傳統的技術與當地的地理氣候特徵和氣候因素等相結合，提出多層次的、全面的、適宜的建築技術，體現「氣候決定建築」的設計理念。
談建築中自然通風技術的作用原理 一
摘要 本文首先介紹了建築中自然通風技術的作用原理，指出了自然通風的經濟效益和環境效益，進而論證了在建築設計中如何實現自然通風，提出自然通風這項傳統的技術要與建築所處地域的自然地理氣候特徵相適應，並輔以例項分析了自然通風與地域氣候的完美結合。旨在引起在地域建築設計中對自然通風傳統適宜技術的重視。關鍵詞...
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