论文部分内容阅读
摘要：本文作者介绍了自然通风设计的原理，分析了大型公共建筑通风设计的现状，提出了建筑物自然通风设计的方法。
关键词：建筑物；通风设计
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：
目前，我国城市建筑发展的重点已逐渐转向大型公共建筑。该类建筑的功能组成日益集成化、复杂化，空间也日益巨型化，随之而来的是巨大的资源消耗和巨额的运营维护费用。作为适宜技术，自然通风对降低大型公共建筑能耗至关重要。合理运用平面组合方法，运用风井、中庭等进行设计，能较大程度地改变大型公共建筑对不可再生资源的依赖，并营造相对舒适、健康和宜人的室内微环境。
1．自然通风设计原理
自然通风是传统的生态适宜技术，凝聚着千百年来的人类智慧。它主要由室外空气流动在建筑物开口部位所造成的风压或者室内不同部位的温度差所形成的热压驱动而产生。最基本的自然通风方式包括风压通风和热压通风2种。所谓风压通风，是利用风压进行换气，必须藉由有速度的气流方可。而热压通风则是利用热空气上升、冷空气下降的热浮力原理进行对流换气，只要有空气温差存在即可。
1.1 风压通风
风压通风是由建筑迎风面和背风面之间的空气压力差造成的。风吹向建筑时，建筑表面会阻挡风的流动，在建筑迎风面形成正压力；同时，气流在向上流动、绕过建筑物各侧面和背面的过程中，会在相应位置产生负压区。传统民居的“穿堂风”实际上就是典型的风压通风。建筑的外部风环境以及建筑的形体要素（体量、进深等）对实现风压通风具有直接影响。
1.2 热压通风
另一种自然通风方式是热压通风。该方式利用建筑内部空气的热压差形成自然对流，也即运用“烟囱效应”实现通风。其原理是通过热空气所产生的升力，将污浊、潮湿的热气从建筑上部开口处排出，同时从建筑底部吸入室外的清洁冷空气。热压通风与风口部位的垂直距离以及室内外的空气温差都有紧密联系。通常情况下，进出风口部位垂直距离以及室内外空气温差越大，热压通风效果就越明显。大型公共建筑进深普遍较大，实现风压通风可能存在一定难度，而由烟囱效应产生通风效果则是改善闷热、不舒适状况的良好手段。
2．公共建筑通风设计现状
公共建筑通常体量大，进深过大，占地面积广。建筑进深与体量一旦超过一定限度，必然不利于自然通风，阻碍建筑对自然资源的充分利用。空调制冷技术的出现和发展，标志着人类可以主动控制室内微气候，改善建筑特别是大体量建筑的通风状况。因此，人们更多倾向于采用技术手段解决大体量建筑内部空间的舒适性问题。大型公共建筑能耗很高，这也意味着此类建筑具有很大的节能潜力。此外，空调的使用也给人体健康带来诸多问题。由于缺少新风，加之室内恒温，对人的体质造成消极影响，诱发了多种“空调病”。同时，空调系统所使用的氟利昂散发出去，严重破坏了大气臭氧层，加剧了全球温室效应，给人类赖以生存的环境造成了极大的破坏。
相对于其他复杂、昂贵的节能技术，自然通风具有技术成熟和成本低廉等特点，受到普遍青睐。有效实现自然通风，可部分取代空调制冷系统，达到建筑节能的目的。首先，自然通风能有效实现被动式降温。室内外的空气对流能够有效调节室内温度，排出室内污浊的热空气，为满足人体的舒适需求提供可能。其次，自然通风能够减少不可再生化石能源的消耗，减轻环境负担。同时，自然通风还可以提供新鲜清洁的空气，有助于满足人和大自然交流的心理需求。由此可见，大型公共建筑实现自然通风具有重要意义。
3．建筑物自然通风设计方法
3.1外部环境营造
风压通风与建筑外部的风环境息息相关。最主要的关系就体现在既定建筑与邻近建筑的距高比（建筑间距S和建筑高度H之比）可以改变周边的风环境，形成“风影效应”。风吹向建筑，在其背后形成涡旋区，该涡旋区在地面上的正面投影称为“风影区”。风影区风力较弱，风向不稳定，将减弱建筑外部环境的气流作用强度，并影响室内外正常气流交换。一般而言，为了避免风影区影响建筑自然换气，建筑间距宜为建筑平均高度的6倍。然而，对处于闹市区、周边被鳞次栉比的高层建筑所包围的大型公共建筑而言，这一要求很难得到满足。事实上，采取错列式的平面布局有助于减小“风影效应”形成的几率，并且建筑的风口部位也要尽量避免设置在建筑的风影区。
3.2 平面布局控制与分化
设计通风良好的建筑平面对建筑自然通风最为重要。既有研究结果显示，较小的建筑进深通常是确保良好通风的条件之一，进深过大的建筑必须长期依赖空调系统维持换气，且非常不利于建筑的自然通风设计。而大型公共建筑往往面积与进深都较大，如何获得较小的进深尺寸，已成为建筑师关注的问题。对平面布局进行有效控制，能够让足够多的室内空间与自然接触，为实现自然通风创造良好前提。早在20世纪伊始，芝加哥学派建筑师在设计高层建筑时，就充分利用凹凸平面进行平面组合，灵活地解决了这个棘手问题。
3.3 内部空间形态优化
诸如展览馆、商业设施以及综合体之类的大型公共建筑，由于进深往往较大，空气流动阻力也较大，同时建筑能够与外界直接接触的面积十分有限，因此风压通风通常难以实现。而通过风井、水平风道、中庭等要素来优化内部空间形态，分散大型公共建筑的集中体量，可以有效缓解其外表面资源严重不足的矛盾，减少大型公共建筑對不可再生资源的依赖。风井包括气井、烟囱、通风塔等多种形式，可借助于热压通风方式，利用空气温差实现自然通风。通常大型公共建筑进深都比较大，其无法满足14 m风压通风的部位采用热压通风较为适宜。英国莱斯特市德·蒙特福德大学女王馆就是依靠热压通风进行室内微气候调节的代表作。设计师利用大楼室内高发热量，在英国首创以热压通风取代空调制冷的做法，实现了低能耗、低环境影响。该建筑中央报告厅进深较大，且只有一面外开窗，故特别利用烟囱效应达到自然通风的目的。通风闸口设在一楼教室与二楼报告厅之间，室内空气经通风闸口自屋顶烟囱的出风闸口排出。在夏天，室内人数较多导致温度升高时，通风闸口会自动开启；遇到风雨较大的情况，则会自动关闭。如果内部温度低于外面的，则通风闸口会依据CO2浓度微调出风闸口，以维持换气量。与同类建筑相比，尽管该建筑总面积超过10000㎡，但由于采取自然通风设计，其全年能耗非常低。
4．结束语
随着当今世界人口的不断增长和城市化进程的不断加快，城市人口密度急剧增大，城市建设用地却日益紧张。大型公共建筑作为功能集约化发展需求的代表，正越来越多地将大型商业、办公、文化等多种复杂功能集于一体。然而，令人倍感担忧的是，随着建筑规模和体量越来越大，能耗也越来越高，这已成为当今城市化进程中无法回避的问题。良好的建筑通风，是降低建筑制冷能耗的重要手段，也是最自然的节能措施。其应用目的是：尽量利用自然通风调节室内微气候，降低空调制冷设备的使用频率，减少不可再生能源的消耗。同时，这也能营造舒适的生活和工作环境。通风设计是实现建筑通风的必要前提和基础。然而，由于自身体量和形式的特殊性，大型公共建筑实现自然通风的技术手段与其他普通公共建筑的不尽相同，因此，迫切需要针对大型公共建筑的自然通风设计进行探讨和研究。
参考文献：
[1] 夏海山.城市建筑的生态转型与整体设计[M].南京：东南大学出版社，2006：75-92.
[2] 薛志峰，杨秀，江亿，等.超低能耗建筑技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2005：32-42.
[3] 林宪德.绿色建筑：生态·节能·减废·健康[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：19-27.
[4] 杨士弘，郑宗清，廖重斌，等.城市生态环境学[M].北京：科学出版社，1996：68-102.
[5] 成镭，曾辉，吴祥生.某公共建筑能耗现状及建筑节能障碍分析[J].某建筑，2008（5）：1-4.
关键词：建筑物；通风设计
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：
目前，我国城市建筑发展的重点已逐渐转向大型公共建筑。该类建筑的功能组成日益集成化、复杂化，空间也日益巨型化，随之而来的是巨大的资源消耗和巨额的运营维护费用。作为适宜技术，自然通风对降低大型公共建筑能耗至关重要。合理运用平面组合方法，运用风井、中庭等进行设计，能较大程度地改变大型公共建筑对不可再生资源的依赖，并营造相对舒适、健康和宜人的室内微环境。
1．自然通风设计原理
自然通风是传统的生态适宜技术，凝聚着千百年来的人类智慧。它主要由室外空气流动在建筑物开口部位所造成的风压或者室内不同部位的温度差所形成的热压驱动而产生。最基本的自然通风方式包括风压通风和热压通风2种。所谓风压通风，是利用风压进行换气，必须藉由有速度的气流方可。而热压通风则是利用热空气上升、冷空气下降的热浮力原理进行对流换气，只要有空气温差存在即可。
1.1 风压通风
风压通风是由建筑迎风面和背风面之间的空气压力差造成的。风吹向建筑时，建筑表面会阻挡风的流动，在建筑迎风面形成正压力；同时，气流在向上流动、绕过建筑物各侧面和背面的过程中，会在相应位置产生负压区。传统民居的“穿堂风”实际上就是典型的风压通风。建筑的外部风环境以及建筑的形体要素（体量、进深等）对实现风压通风具有直接影响。
1.2 热压通风
另一种自然通风方式是热压通风。该方式利用建筑内部空气的热压差形成自然对流，也即运用“烟囱效应”实现通风。其原理是通过热空气所产生的升力，将污浊、潮湿的热气从建筑上部开口处排出，同时从建筑底部吸入室外的清洁冷空气。热压通风与风口部位的垂直距离以及室内外的空气温差都有紧密联系。通常情况下，进出风口部位垂直距离以及室内外空气温差越大，热压通风效果就越明显。大型公共建筑进深普遍较大，实现风压通风可能存在一定难度，而由烟囱效应产生通风效果则是改善闷热、不舒适状况的良好手段。
2．公共建筑通风设计现状
公共建筑通常体量大，进深过大，占地面积广。建筑进深与体量一旦超过一定限度，必然不利于自然通风，阻碍建筑对自然资源的充分利用。空调制冷技术的出现和发展，标志着人类可以主动控制室内微气候，改善建筑特别是大体量建筑的通风状况。因此，人们更多倾向于采用技术手段解决大体量建筑内部空间的舒适性问题。大型公共建筑能耗很高，这也意味着此类建筑具有很大的节能潜力。此外，空调的使用也给人体健康带来诸多问题。由于缺少新风，加之室内恒温，对人的体质造成消极影响，诱发了多种“空调病”。同时，空调系统所使用的氟利昂散发出去，严重破坏了大气臭氧层，加剧了全球温室效应，给人类赖以生存的环境造成了极大的破坏。
相对于其他复杂、昂贵的节能技术，自然通风具有技术成熟和成本低廉等特点，受到普遍青睐。有效实现自然通风，可部分取代空调制冷系统，达到建筑节能的目的。首先，自然通风能有效实现被动式降温。室内外的空气对流能够有效调节室内温度，排出室内污浊的热空气，为满足人体的舒适需求提供可能。其次，自然通风能够减少不可再生化石能源的消耗，减轻环境负担。同时，自然通风还可以提供新鲜清洁的空气，有助于满足人和大自然交流的心理需求。由此可见，大型公共建筑实现自然通风具有重要意义。
3．建筑物自然通风设计方法
3.1外部环境营造
风压通风与建筑外部的风环境息息相关。最主要的关系就体现在既定建筑与邻近建筑的距高比（建筑间距S和建筑高度H之比）可以改变周边的风环境，形成“风影效应”。风吹向建筑，在其背后形成涡旋区，该涡旋区在地面上的正面投影称为“风影区”。风影区风力较弱，风向不稳定，将减弱建筑外部环境的气流作用强度，并影响室内外正常气流交换。一般而言，为了避免风影区影响建筑自然换气，建筑间距宜为建筑平均高度的6倍。然而，对处于闹市区、周边被鳞次栉比的高层建筑所包围的大型公共建筑而言，这一要求很难得到满足。事实上，采取错列式的平面布局有助于减小“风影效应”形成的几率，并且建筑的风口部位也要尽量避免设置在建筑的风影区。
3.2 平面布局控制与分化
设计通风良好的建筑平面对建筑自然通风最为重要。既有研究结果显示，较小的建筑进深通常是确保良好通风的条件之一，进深过大的建筑必须长期依赖空调系统维持换气，且非常不利于建筑的自然通风设计。而大型公共建筑往往面积与进深都较大，如何获得较小的进深尺寸，已成为建筑师关注的问题。对平面布局进行有效控制，能够让足够多的室内空间与自然接触，为实现自然通风创造良好前提。早在20世纪伊始，芝加哥学派建筑师在设计高层建筑时，就充分利用凹凸平面进行平面组合，灵活地解决了这个棘手问题。
3.3 内部空间形态优化
诸如展览馆、商业设施以及综合体之类的大型公共建筑，由于进深往往较大，空气流动阻力也较大，同时建筑能够与外界直接接触的面积十分有限，因此风压通风通常难以实现。而通过风井、水平风道、中庭等要素来优化内部空间形态，分散大型公共建筑的集中体量，可以有效缓解其外表面资源严重不足的矛盾，减少大型公共建筑對不可再生资源的依赖。风井包括气井、烟囱、通风塔等多种形式，可借助于热压通风方式，利用空气温差实现自然通风。通常大型公共建筑进深都比较大，其无法满足14 m风压通风的部位采用热压通风较为适宜。英国莱斯特市德·蒙特福德大学女王馆就是依靠热压通风进行室内微气候调节的代表作。设计师利用大楼室内高发热量，在英国首创以热压通风取代空调制冷的做法，实现了低能耗、低环境影响。该建筑中央报告厅进深较大，且只有一面外开窗，故特别利用烟囱效应达到自然通风的目的。通风闸口设在一楼教室与二楼报告厅之间，室内空气经通风闸口自屋顶烟囱的出风闸口排出。在夏天，室内人数较多导致温度升高时，通风闸口会自动开启；遇到风雨较大的情况，则会自动关闭。如果内部温度低于外面的，则通风闸口会依据CO2浓度微调出风闸口，以维持换气量。与同类建筑相比，尽管该建筑总面积超过10000㎡，但由于采取自然通风设计，其全年能耗非常低。
4．结束语
随着当今世界人口的不断增长和城市化进程的不断加快，城市人口密度急剧增大，城市建设用地却日益紧张。大型公共建筑作为功能集约化发展需求的代表，正越来越多地将大型商业、办公、文化等多种复杂功能集于一体。然而，令人倍感担忧的是，随着建筑规模和体量越来越大，能耗也越来越高，这已成为当今城市化进程中无法回避的问题。良好的建筑通风，是降低建筑制冷能耗的重要手段，也是最自然的节能措施。其应用目的是：尽量利用自然通风调节室内微气候，降低空调制冷设备的使用频率，减少不可再生能源的消耗。同时，这也能营造舒适的生活和工作环境。通风设计是实现建筑通风的必要前提和基础。然而，由于自身体量和形式的特殊性，大型公共建筑实现自然通风的技术手段与其他普通公共建筑的不尽相同，因此，迫切需要针对大型公共建筑的自然通风设计进行探讨和研究。
参考文献：
[1] 夏海山.城市建筑的生态转型与整体设计[M].南京：东南大学出版社，2006：75-92.
[2] 薛志峰，杨秀，江亿，等.超低能耗建筑技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2005：32-42.
[3] 林宪德.绿色建筑：生态·节能·减废·健康[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：19-27.
[4] 杨士弘，郑宗清，廖重斌，等.城市生态环境学[M].北京：科学出版社，1996：68-102.
[5] 成镭，曾辉，吴祥生.某公共建筑能耗现状及建筑节能障碍分析[J].某建筑，2008（5）：1-4.