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摘要: 传统的城市规划和建筑设计关注社会经济关系和地域空间特征，着眼点是一种以功能为导向的空间美学建构。建筑设计中为了摆脱不利环境因素的限制，大多放弃了曾广泛使用的自然通风方式，为建筑背上沉重的空调，随之给气候与环境恶化留下隐患。在可持续发展思想日益深入人心的今天，为了解除空调的束缚及其带来的能耗和环境压力，许多科学家和设计师开始重新审视自然通风技术，并取得大量有意义的研究成果。对于建筑来说，自然通风是一个跨学科的综合设计体系，如何介入到建筑设计过程的各阶段，至今并没有相对明确的设计目标和程式，建筑师的随机性较强。本文作者结合部分研究成果和设计实践，对建筑设计中自然通风的目标和策略进行分析，并尝试提出一套与建筑设计构思过程紧密结合的设计方法，以期从方案构思初期到细节深入的各个步骤中有所侧重地体现自然通风设计理念，实现从定性到定量地运用自然通风各种设计策略的目的。
关键词: 建筑；通风; 设计
中图分类号：S611文献标识码： A
1 设计目标
建筑在利用空调改善室内局部环境的同时，消耗能源所产生的热量却加剧了所处环境的热岛效应，回过头又加重自身能耗负担，形成恶性循环。建筑设計自然通风的目标首先是在过渡季节和冬夏季部分时段取代空调，降低建筑的能耗和碳排放，使建筑以开放的姿态友好面对生态环境并与环境形成良性互动。其次，对室内空气温、湿度等指标进行调节，改善空气品质，满足人体舒适性要求。其三，根据当地的主导风向与风速，避免城市噪音和污染物，同时避免回风成为室内空气的二次污染源。其四，大量火灾事故说明，烟气是造成建筑火灾人员伤亡的主要因素。使用自然排烟技术，利用高温烟气产生的热压和浮力以及由室外风压造成的抽力，将烟气排至室外，满足应急通风需要。其五，重新审视自然通风这项适宜技术存在于传统建筑中朴素的生态思想和技术经验，并结合现代科学技术将其转化和重构，以适应现代人居环境发展的需要，延续地方气候文脉。
2 设计策略
2.1 方案策略
建筑设计为实现自然通风目标以方案策略为核心展开，包含 4 个方面的内容。
2.1.1 形态
建筑群的布局方式及建筑物的平面形状会引起气流的不同变化。建筑群的平面布局以错列式和斜列式较好，在综合考虑了风向投射角与房间中风速、风场和涡漩的关系上，建筑间距以建筑高度的 0.7～1.1 倍为好。对于建筑平面形态而言，横向舒展的平面有利于自然通风，还应尽量使建筑的纵轴垂直于夏季主导风向。主要使用房间一般布置在夏季迎风面，辅助用房布置在背风面。对建筑内部而言，在满足功能需求及使用流线的情况下，气流通道的设计原则是穿过建筑物的气流路径尽量短，途经的障碍物尽量少。
2.1.2 界面
为隔绝室内外热量传导，传统空调建筑的界面被当作保温瓶式的外壳进行设计，具有密封性以获得恒定的室内环境舒适度。在以自然通风为目标的建筑，其界面设计概念类似于生物体的皮肤，具有自动调节功能。根据室外环境的变化，整合通风、制冷、采暖、热回收、降噪与净化空气技术，动态、智能地调节建筑界面的通风模式，在满足室内舒适度要
求的同时，与室外气候环境进行良性互动，充分利用室外空气流动的变化规律，帮助用户实现对个人环境的自动控制。
2.1.3 开口
建筑表面开口的位置和面积影响自然通风 3 个方面的效果。其一，气流流场的均匀分布。宜采用风向和进出风口方向不同的设计，可产生较好的气流循环。否则，气流仅仅是穿过风口，房间内其它地方很难受到气流影响。将进、出风口对角错开，气流在室内经过的路线会长一些，影响区域会大一些。若进、出风口相距太近，则会出现气流路或偏向的情况，室内的通风效果变差。其二，室内平均气流速度。室内平均气流速度取决于较小的开口尺寸，至于是进风口还是出风口，对平均流速的影响并不大。其三，对人体的影响。为让舒适的气流充分作用到人体，可适当将进风口降低，如果进风口设在高处，气流就贴着天花板流动，吹不到人的身上。
2.1.4 屋顶
屋顶是整个建筑自然通风系统的一个重要组成部分，可利用天窗、烟囱、风斗等构造为气流提供进出口。通风屋顶本身也可以成为一个独立的通风系统，其内部一般设置空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气的温度。对于坡屋顶，坡度决定上风向坡屋面的正负压力差，在屋面处气流将从室外向室内空间倒灌，与室内热压向上气流相撞，可能降低通风效果。一般室内空间高差越大，坡度越陡，热压通风越明显，但室外风压也越大。综合考虑，屋面坡度在 30 度时对室内热压通风最有利，若大于 45 度，上风向屋面处则完全受室外风压作用。
2.2 设备策略
对于某些地区的建筑来说，完全自然通风并不是每个季节都适宜的，有些建筑受特定条件的制约，也不具备低进高出的气流通道，仅仅靠风力与建筑物所形成的压力无法完成良好的自然通风，便要借助机械设备对自然通风提供动力，或者是根据不同时段、不同季节进行完全自然通风和机械通风的轮换。通过辅助设备作用，还可以对进入室内空气的温度和相对湿度进行适度改善，滤城市噪音和污染物。机械设备辅助系统应该由建筑设计、内部负荷、自然驱动力、外界环境决定，以最节能的方式满足内部环境的需要。
2.3 控制策略
建筑自然通风在不同的季节有不同的使用策略，同一天的不同时刻也有不同使用方法。把应变的思想运用到建筑通风设计中，通过改变通风方式和通风量，对建筑内部的热压差气流进行控制引导。这就要求充分利用技术条件弥补被动式系统所存在的缺陷，使通风模式与感应器所提供的室内外气温、风强度和 CO2浓度等信息相联系，发挥主动控制的调节作用，提高设备的利用效率，满足不同季节、不同时段的自然通风需求，实现系统性应变式的自然通风。
2.4 新能源利用策略
新能源利用包括两个方面: 一是利用其作为动力而强化自然通风; 二是有利于建筑对风进行收集并将风能转化为建筑可直接利用的能源形式。利用太阳能强化自然通风在目前应用比较广泛，原理是利用太阳能加热空气，提高排风温度和增加热压，增加空气的热压驱动力，从而强化自然通风。其主要方式有太阳能通风墙 ( Solar-InducedVentilation Wall) 、太阳能烟囱(Solar Chimney)、双层玻璃幕墙、太阳能空气集热器等。太阳能强化通风的实质仍是基于自然通风原理，但是在减少建筑能耗和保护环境上却是优于传统的自然通风和机械通风。区域风力资源和局部风环境是建筑利用风能的先决条件。当风遇到建筑物的阻碍时，风向和风速会发生改变，出现涡流或角流; 在建筑物的夹缝或洞口部位，由于风流的截面突然变小，出现狭管效应，形成强劲的峡谷风或穿堂风。适宜的条件下，尤其是高层建筑，与风力发电系统结合具有投资成本低、传输距离短、工作效率高等优点。
3 结语
自然通风不是建筑设计追求的唯一目标，却是在满足功能及审美要求的基础上改善建筑性能，与气候相适宜的生态技术。建筑在利用风能的同时，对建筑设计本身也提出了新的、复杂的技术与美学要求。从设计初期确定设计目标、到选择通风策略直至形态建构，始终与风环境分析直接挂钩，在整个设计过程中不断优化和丰富自然通风的设计理念。
参考文献:
［1］ 段双平，张国强，彭建国，等．自然通风技术研究进展［J］．暖通空调，2009，( 3)．
［2］ GB 50016—2006 建筑设计防火规范［S］．
［3］ 江 亿． 发展建筑节能的三大突破口［J］． 科技潮，2011，(6)．
关键词: 建筑；通风; 设计
中图分类号：S611文献标识码： A
1 设计目标
建筑在利用空调改善室内局部环境的同时，消耗能源所产生的热量却加剧了所处环境的热岛效应，回过头又加重自身能耗负担，形成恶性循环。建筑设計自然通风的目标首先是在过渡季节和冬夏季部分时段取代空调，降低建筑的能耗和碳排放，使建筑以开放的姿态友好面对生态环境并与环境形成良性互动。其次，对室内空气温、湿度等指标进行调节，改善空气品质，满足人体舒适性要求。其三，根据当地的主导风向与风速，避免城市噪音和污染物，同时避免回风成为室内空气的二次污染源。其四，大量火灾事故说明，烟气是造成建筑火灾人员伤亡的主要因素。使用自然排烟技术，利用高温烟气产生的热压和浮力以及由室外风压造成的抽力，将烟气排至室外，满足应急通风需要。其五，重新审视自然通风这项适宜技术存在于传统建筑中朴素的生态思想和技术经验，并结合现代科学技术将其转化和重构，以适应现代人居环境发展的需要，延续地方气候文脉。
2 设计策略
2.1 方案策略
建筑设计为实现自然通风目标以方案策略为核心展开，包含 4 个方面的内容。
2.1.1 形态
建筑群的布局方式及建筑物的平面形状会引起气流的不同变化。建筑群的平面布局以错列式和斜列式较好，在综合考虑了风向投射角与房间中风速、风场和涡漩的关系上，建筑间距以建筑高度的 0.7～1.1 倍为好。对于建筑平面形态而言，横向舒展的平面有利于自然通风，还应尽量使建筑的纵轴垂直于夏季主导风向。主要使用房间一般布置在夏季迎风面，辅助用房布置在背风面。对建筑内部而言，在满足功能需求及使用流线的情况下，气流通道的设计原则是穿过建筑物的气流路径尽量短，途经的障碍物尽量少。
2.1.2 界面
为隔绝室内外热量传导，传统空调建筑的界面被当作保温瓶式的外壳进行设计，具有密封性以获得恒定的室内环境舒适度。在以自然通风为目标的建筑，其界面设计概念类似于生物体的皮肤，具有自动调节功能。根据室外环境的变化，整合通风、制冷、采暖、热回收、降噪与净化空气技术，动态、智能地调节建筑界面的通风模式，在满足室内舒适度要
求的同时，与室外气候环境进行良性互动，充分利用室外空气流动的变化规律，帮助用户实现对个人环境的自动控制。
2.1.3 开口
建筑表面开口的位置和面积影响自然通风 3 个方面的效果。其一，气流流场的均匀分布。宜采用风向和进出风口方向不同的设计，可产生较好的气流循环。否则，气流仅仅是穿过风口，房间内其它地方很难受到气流影响。将进、出风口对角错开，气流在室内经过的路线会长一些，影响区域会大一些。若进、出风口相距太近，则会出现气流路或偏向的情况，室内的通风效果变差。其二，室内平均气流速度。室内平均气流速度取决于较小的开口尺寸，至于是进风口还是出风口，对平均流速的影响并不大。其三，对人体的影响。为让舒适的气流充分作用到人体，可适当将进风口降低，如果进风口设在高处，气流就贴着天花板流动，吹不到人的身上。
2.1.4 屋顶
屋顶是整个建筑自然通风系统的一个重要组成部分，可利用天窗、烟囱、风斗等构造为气流提供进出口。通风屋顶本身也可以成为一个独立的通风系统，其内部一般设置空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气的温度。对于坡屋顶，坡度决定上风向坡屋面的正负压力差，在屋面处气流将从室外向室内空间倒灌，与室内热压向上气流相撞，可能降低通风效果。一般室内空间高差越大，坡度越陡，热压通风越明显，但室外风压也越大。综合考虑，屋面坡度在 30 度时对室内热压通风最有利，若大于 45 度，上风向屋面处则完全受室外风压作用。
2.2 设备策略
对于某些地区的建筑来说，完全自然通风并不是每个季节都适宜的，有些建筑受特定条件的制约，也不具备低进高出的气流通道，仅仅靠风力与建筑物所形成的压力无法完成良好的自然通风，便要借助机械设备对自然通风提供动力，或者是根据不同时段、不同季节进行完全自然通风和机械通风的轮换。通过辅助设备作用，还可以对进入室内空气的温度和相对湿度进行适度改善，滤城市噪音和污染物。机械设备辅助系统应该由建筑设计、内部负荷、自然驱动力、外界环境决定，以最节能的方式满足内部环境的需要。
2.3 控制策略
建筑自然通风在不同的季节有不同的使用策略，同一天的不同时刻也有不同使用方法。把应变的思想运用到建筑通风设计中，通过改变通风方式和通风量，对建筑内部的热压差气流进行控制引导。这就要求充分利用技术条件弥补被动式系统所存在的缺陷，使通风模式与感应器所提供的室内外气温、风强度和 CO2浓度等信息相联系，发挥主动控制的调节作用，提高设备的利用效率，满足不同季节、不同时段的自然通风需求，实现系统性应变式的自然通风。
2.4 新能源利用策略
新能源利用包括两个方面: 一是利用其作为动力而强化自然通风; 二是有利于建筑对风进行收集并将风能转化为建筑可直接利用的能源形式。利用太阳能强化自然通风在目前应用比较广泛，原理是利用太阳能加热空气，提高排风温度和增加热压，增加空气的热压驱动力，从而强化自然通风。其主要方式有太阳能通风墙 ( Solar-InducedVentilation Wall) 、太阳能烟囱(Solar Chimney)、双层玻璃幕墙、太阳能空气集热器等。太阳能强化通风的实质仍是基于自然通风原理，但是在减少建筑能耗和保护环境上却是优于传统的自然通风和机械通风。区域风力资源和局部风环境是建筑利用风能的先决条件。当风遇到建筑物的阻碍时，风向和风速会发生改变，出现涡流或角流; 在建筑物的夹缝或洞口部位，由于风流的截面突然变小，出现狭管效应，形成强劲的峡谷风或穿堂风。适宜的条件下，尤其是高层建筑，与风力发电系统结合具有投资成本低、传输距离短、工作效率高等优点。
3 结语
自然通风不是建筑设计追求的唯一目标，却是在满足功能及审美要求的基础上改善建筑性能，与气候相适宜的生态技术。建筑在利用风能的同时，对建筑设计本身也提出了新的、复杂的技术与美学要求。从设计初期确定设计目标、到选择通风策略直至形态建构，始终与风环境分析直接挂钩，在整个设计过程中不断优化和丰富自然通风的设计理念。
参考文献:
［1］ 段双平，张国强，彭建国，等．自然通风技术研究进展［J］．暖通空调，2009，( 3)．
［2］ GB 50016—2006 建筑设计防火规范［S］．
［3］ 江 亿． 发展建筑节能的三大突破口［J］． 科技潮，2011，(6)．