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摘要：通过分析建筑自然通风的基本原理，结合实际情况探究建筑从总平面布置到细部设计全过程的自然通风设计策略，为进行建筑被动式自然通风设计提供理论指导。研究过程以文献查阅为主，以建筑自然通风的基本原理为基础，分类分析了各种被动式自然通风方式的原理、特点和应用范围。
关键词：自然通风;风压;热压
0 引言
自然通风是指在不消耗动力的前提下，由于建筑室内外空气压力不同而引起的空气流动。自然通风在很大程度上影响着人在建筑室内外的舒适度。我国夏季各地普遍高温，冬季南北温差大。这就导致夏季时无论南北都需要加强建筑的自然通风;冬季寒冷地区要加强保温，避免寒风的侵袭，但是同时也要维持空气的适度流动，保证一定的换气率。
1 建筑自然通风基本原理
建筑室内外空气之所以能够相互流动，形成自然通风，是由于室内外空气的压力差导致的。这种压力差的产生来自于两个方面：风力造成的风压和空气温差引起的热压。
1.1风压通风
风垂直作用在物体上的压强称风压。当空气流经建筑物时，会在迎风面形成高压区，在背风面形成低压区。在高压区域，空气可经门窗进入房屋，在低压区域，空气可自门窗内向外排出。
1.2热压通风
热压是指气体受热而产生的压力。当室内外温度存在差异时，由于热胀冷缩，温度高的一侧空气的体积和压力增大，温度低的一侧空气的体积和压力变小，空气由压力大的一侧流向压力小的一侧。同一个环境内，热空气由于密度更低总是处于冷空气的上方。无论建筑室内外的空气温度孰高孰低，在建筑上下都有开口时，室内空气流动的方向总是由下部流向上部，室外空气总是由建筑的下部开口进入，室内空氣由上部开口流出。
1.3风压通风和热压通风共同作用
在实际中，建筑自然通风都是风压和热压共同作用的结果。当两者作用的方向相同时，效果会相互叠加，加强自然通风的效果;当两者作用的方向相反时，效果会相互抵消，减弱自然通风的效果。由于热压通风的方向总是从建筑的下部到上部，当下部的开口位于建筑的迎风面上时，两者的作用方向相同，室内自然通风效果更好;当下部的开口位于背风面上时，两者的作用方向相反，会减弱建筑室内的通风效果。
2 建筑设计过程中的自然通风策略
现在大多建筑的设计只是在某一阶段将自然通风考虑进去。为了达到更好的室内外舒适度，在建筑设计的总平面布局、形体设计、空间布局和细部处理等全过程都应考虑自然通风的因素。
2.1总平面布局
在进行建筑总平面布局时，就应将自然通风这一因素考虑进去，这将有利于后面有关的设计过程。
2.1.1主导风向
根据不同季节的主导风向进行建筑群体布局。以夏季主导风向为东南风、冬季主导风向为西北风的地区为例，建筑群体的西北迎风面宜较完整，东南面宜松散布局，以利冬季阻挡西北风的侵袭，夏季便于引入东南风。
2.1.2风影区
由于惯性，空气在遇到障碍物后会倾向于继续朝同一个方向运动，这时风会绕过障碍物继续运动。因此会在建筑的迎风面形成高压区，在背风面形成低压区。低压区的风速会明显降低，即风影区。当建筑物的高度增加时，风影区的影长会按比例增大;当建筑物的宽度增加时，风影区的影长也会增大，但不是按比例变化，且增加的幅度较小。根据这一原理，可以控制建筑的间距，使建筑更加合理利用或规避风的作用。
2.2形体设计
建筑的形体对建筑的通风效果也有重要的影响，现在许多建筑设计就是从这一阶段开始考虑建筑的自然通风的。
2.2.1南低北高
可以使建筑在夏季获得更好的通风效果，在冬季阻挡从北面吹来的寒风，同时获得更多的日照。
2.2.2南透北实
当有多个建筑南北布置时，将南面的建筑采用底层架空的方式进行处理。这样可以在夏季大大减小建筑风影区的面积，增加迎风面，改善北面建筑的通风效果。
2.2.3庭院
在大进深建筑中，用庭院或天井来加强建筑的通风，主要是通过热压通风的原理来实现的。南方的庭院一般较狭窄，俗称“天井”，北方的庭院则更宽阔，这是由于南方比北方在夏季更需要自然通风所决定的。
在广东传统住宅中还有一种长宽比很大的庭院——冷巷，是位于建筑中轴线上主院外两侧的侧天井。因其窄长夹在建筑之间，造成较多的阴影区，具有通风和降温的作用。
2.3空间布局
在建筑的空间布局上，可以利用各种空腔来加强室内的自然通风，同时还能改善室内的采光条件和丰富空间效果。
建筑的中庭和庭院是其中最典型的代表，两者的原理和作用效果基本相同。中庭可以通过在顶部开口，使原本封闭的室内空间通过热压作用产生的“烟囱效应”来获得良好的自然通风效果。根据“文丘里效应”，风在运动过程中受到挤压会加快流动的速度。如果将中庭设计成上小下大的变截面形式，会在很大程度上加强中庭的通风作用。
2.4细部处理
在设计之时，也需要考虑在建筑细部层次的自然通风处理。
2.4.1通风口位置
通风口位置对室内通风效果的影响作用最大。可以通过改变通风口的大小和位置来控制室内通风的路径和流量。
2.4.2通风屋面和架空地面
在夏季炎热地区，可以通过在屋面中设置空腔的方式来引导风从屋面穿过，带走屋面热量，保持室内的舒适。架空地面的原理和通风屋面类似，通过将地板抬高，让空气从建筑地板下面通过，带走多余的热量，同时还可在入口处为人们提供一个适于坐谈的交流场所，我国南方和日韩的传统民居常采用这种做法。
2.4.3特朗勃墙
特朗勃墙是一种特殊的构造墙体，用于南向的建筑外墙。墙体由外到内主要为上下部可开合的玻璃、空气间层、上下部可开合的集热墙体或绝热墙体。集热墙体用于冬季，绝热墙体用于夏季。两者的主要区别是集热墙体靠外一侧是深色涂层，绝热墙体靠外一侧设置绝热窗帘或百叶，表面是浅色涂层或铝箔。
冬季，将玻璃的开口全部关闭。白天，将集热墙体上下的开口关闭，由于温室效应，外墙的玻璃和集热墙体之间的空气被加热，通过墙体的热辐射作用对室内空气进行加热;夜间将上下的开口都打开，由于白天墙体本身的储热，可同时通过对流和辐射作用加热室内空气，提升室内温度。
夏季，将玻璃的上部和下部开口同时打开。白天，在墙与玻璃之间绝热窗帘或百叶作为绝热层，绝缘层的外表面用浅色或铝箔来反射太阳辐射，将墙体上两个开口都关闭，空气层的空气通过太阳辐射加热，从上部的玻璃的开口出来，冷空气从下部通风口进入，使空气层中保持空气流动，将热空气排出，墙壁对室外辐射热量，得到冷却。冷却后，墙壁继续从房间吸收热量。同时打开墙体的两个开口，室外冷空气下部开口进入房间，室内热空气从上部开口排出，降低室内温度。
3 总结
自然通风是被动式建筑节能设计的重要组成部分。保证室内外良好的自然通风条件在满足人们舒适度要求的同时，也可以节约大量能源并减少污染物的排放。在实际操作中，只有充分考虑各种条件，并在设计的全过程都将自然通风作为影响方案形成的重要因素，才能设计出更加科学合理的作品。
参考文献
[1] 李忠民，赵秀玉.自然通风的原理及其在建筑设计中的应用[J].黑龙江科技信息，2009（03）
[2]（美）G·Z·布朗，（美）马克·德凯.太阳辐射·风·自然光[M].中国建筑工业出版社，2008
[3] 陈晓扬，仲德崑.被动节能自然通风策略[J].建筑学报，2011（09）
[4] 特朗伯墙与太阳能建筑[DB/OL].https：//wenku.baidu.com/ view/ebdea1d31eb91a37f0115c5e.html，2016-04-16/2021-07-07
关键词：自然通风;风压;热压
0 引言
自然通风是指在不消耗动力的前提下，由于建筑室内外空气压力不同而引起的空气流动。自然通风在很大程度上影响着人在建筑室内外的舒适度。我国夏季各地普遍高温，冬季南北温差大。这就导致夏季时无论南北都需要加强建筑的自然通风;冬季寒冷地区要加强保温，避免寒风的侵袭，但是同时也要维持空气的适度流动，保证一定的换气率。
1 建筑自然通风基本原理
建筑室内外空气之所以能够相互流动，形成自然通风，是由于室内外空气的压力差导致的。这种压力差的产生来自于两个方面：风力造成的风压和空气温差引起的热压。
1.1风压通风
风垂直作用在物体上的压强称风压。当空气流经建筑物时，会在迎风面形成高压区，在背风面形成低压区。在高压区域，空气可经门窗进入房屋，在低压区域，空气可自门窗内向外排出。
1.2热压通风
热压是指气体受热而产生的压力。当室内外温度存在差异时，由于热胀冷缩，温度高的一侧空气的体积和压力增大，温度低的一侧空气的体积和压力变小，空气由压力大的一侧流向压力小的一侧。同一个环境内，热空气由于密度更低总是处于冷空气的上方。无论建筑室内外的空气温度孰高孰低，在建筑上下都有开口时，室内空气流动的方向总是由下部流向上部，室外空气总是由建筑的下部开口进入，室内空氣由上部开口流出。
1.3风压通风和热压通风共同作用
在实际中，建筑自然通风都是风压和热压共同作用的结果。当两者作用的方向相同时，效果会相互叠加，加强自然通风的效果;当两者作用的方向相反时，效果会相互抵消，减弱自然通风的效果。由于热压通风的方向总是从建筑的下部到上部，当下部的开口位于建筑的迎风面上时，两者的作用方向相同，室内自然通风效果更好;当下部的开口位于背风面上时，两者的作用方向相反，会减弱建筑室内的通风效果。
2 建筑设计过程中的自然通风策略
现在大多建筑的设计只是在某一阶段将自然通风考虑进去。为了达到更好的室内外舒适度，在建筑设计的总平面布局、形体设计、空间布局和细部处理等全过程都应考虑自然通风的因素。
2.1总平面布局
在进行建筑总平面布局时，就应将自然通风这一因素考虑进去，这将有利于后面有关的设计过程。
2.1.1主导风向
根据不同季节的主导风向进行建筑群体布局。以夏季主导风向为东南风、冬季主导风向为西北风的地区为例，建筑群体的西北迎风面宜较完整，东南面宜松散布局，以利冬季阻挡西北风的侵袭，夏季便于引入东南风。
2.1.2风影区
由于惯性，空气在遇到障碍物后会倾向于继续朝同一个方向运动，这时风会绕过障碍物继续运动。因此会在建筑的迎风面形成高压区，在背风面形成低压区。低压区的风速会明显降低，即风影区。当建筑物的高度增加时，风影区的影长会按比例增大;当建筑物的宽度增加时，风影区的影长也会增大，但不是按比例变化，且增加的幅度较小。根据这一原理，可以控制建筑的间距，使建筑更加合理利用或规避风的作用。
2.2形体设计
建筑的形体对建筑的通风效果也有重要的影响，现在许多建筑设计就是从这一阶段开始考虑建筑的自然通风的。
2.2.1南低北高
可以使建筑在夏季获得更好的通风效果，在冬季阻挡从北面吹来的寒风，同时获得更多的日照。
2.2.2南透北实
当有多个建筑南北布置时，将南面的建筑采用底层架空的方式进行处理。这样可以在夏季大大减小建筑风影区的面积，增加迎风面，改善北面建筑的通风效果。
2.2.3庭院
在大进深建筑中，用庭院或天井来加强建筑的通风，主要是通过热压通风的原理来实现的。南方的庭院一般较狭窄，俗称“天井”，北方的庭院则更宽阔，这是由于南方比北方在夏季更需要自然通风所决定的。
在广东传统住宅中还有一种长宽比很大的庭院——冷巷，是位于建筑中轴线上主院外两侧的侧天井。因其窄长夹在建筑之间，造成较多的阴影区，具有通风和降温的作用。
2.3空间布局
在建筑的空间布局上，可以利用各种空腔来加强室内的自然通风，同时还能改善室内的采光条件和丰富空间效果。
建筑的中庭和庭院是其中最典型的代表，两者的原理和作用效果基本相同。中庭可以通过在顶部开口，使原本封闭的室内空间通过热压作用产生的“烟囱效应”来获得良好的自然通风效果。根据“文丘里效应”，风在运动过程中受到挤压会加快流动的速度。如果将中庭设计成上小下大的变截面形式，会在很大程度上加强中庭的通风作用。
2.4细部处理
在设计之时，也需要考虑在建筑细部层次的自然通风处理。
2.4.1通风口位置
通风口位置对室内通风效果的影响作用最大。可以通过改变通风口的大小和位置来控制室内通风的路径和流量。
2.4.2通风屋面和架空地面
在夏季炎热地区，可以通过在屋面中设置空腔的方式来引导风从屋面穿过，带走屋面热量，保持室内的舒适。架空地面的原理和通风屋面类似，通过将地板抬高，让空气从建筑地板下面通过，带走多余的热量，同时还可在入口处为人们提供一个适于坐谈的交流场所，我国南方和日韩的传统民居常采用这种做法。
2.4.3特朗勃墙
特朗勃墙是一种特殊的构造墙体，用于南向的建筑外墙。墙体由外到内主要为上下部可开合的玻璃、空气间层、上下部可开合的集热墙体或绝热墙体。集热墙体用于冬季，绝热墙体用于夏季。两者的主要区别是集热墙体靠外一侧是深色涂层，绝热墙体靠外一侧设置绝热窗帘或百叶，表面是浅色涂层或铝箔。
冬季，将玻璃的开口全部关闭。白天，将集热墙体上下的开口关闭，由于温室效应，外墙的玻璃和集热墙体之间的空气被加热，通过墙体的热辐射作用对室内空气进行加热;夜间将上下的开口都打开，由于白天墙体本身的储热，可同时通过对流和辐射作用加热室内空气，提升室内温度。
夏季，将玻璃的上部和下部开口同时打开。白天，在墙与玻璃之间绝热窗帘或百叶作为绝热层，绝缘层的外表面用浅色或铝箔来反射太阳辐射，将墙体上两个开口都关闭，空气层的空气通过太阳辐射加热，从上部的玻璃的开口出来，冷空气从下部通风口进入，使空气层中保持空气流动，将热空气排出，墙壁对室外辐射热量，得到冷却。冷却后，墙壁继续从房间吸收热量。同时打开墙体的两个开口，室外冷空气下部开口进入房间，室内热空气从上部开口排出，降低室内温度。
3 总结
自然通风是被动式建筑节能设计的重要组成部分。保证室内外良好的自然通风条件在满足人们舒适度要求的同时，也可以节约大量能源并减少污染物的排放。在实际操作中，只有充分考虑各种条件，并在设计的全过程都将自然通风作为影响方案形成的重要因素，才能设计出更加科学合理的作品。
参考文献
[1] 李忠民，赵秀玉.自然通风的原理及其在建筑设计中的应用[J].黑龙江科技信息，2009（03）
[2]（美）G·Z·布朗，（美）马克·德凯.太阳辐射·风·自然光[M].中国建筑工业出版社，2008
[3] 陈晓扬，仲德崑.被动节能自然通风策略[J].建筑学报，2011（09）
[4] 特朗伯墙与太阳能建筑[DB/OL].https：//wenku.baidu.com/ view/ebdea1d31eb91a37f0115c5e.html，2016-04-16/2021-07-07