1、建筑通风设计探析摘要：本文介绍了自然通风在生态建筑中的应用,并对自然通风的研究方法及研究工具做了简单介绍,分析了建筑设计对自然通风的影响,通过对国内外著名生态建筑中采用的自然通风技术的研究,提出了一些对于风能利用的处理方法。 关键词：建筑；通风设计；探析 中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号： 风环境是建筑环境设计的一项主要内容，在以往建筑物里的研究发展中，风环境在一定程度上被忽视了，在自然环境日益受到重视的今天，自然通风与人体舒适度的联系、与建筑节能的关系显得尤为重要，并且逐步被反映到建筑设计的实践当中，尤其是在住宅建筑设计中。建筑通风的目的是提供人们呼吸用的新鲜空气或在夏季降低
2、室内温度。对人体而言,自然通风可减少“空调病”和各种通过空气传播的疾病的发病率。从建筑设计的角度考虑，风环境分为自然通风和机械通风。机械通风要耗费大量的能源，其应用范围也仅局限在建筑物内部，在带来舒适的同时，对自然环境又造成一定程度的污染。自然通风是指大自然中的空气通过住宅组群和住宅内各个功能空间自由流动。自然通风可以加速空气的流动，带来清凉，带走污染，尤其在炎热的夏季，能够改善局部气候。因此从健康与节能的角度来讲，自然通风具有更积极的意义。在进行建筑设计规划时，不同的建筑形式和组合会产生不同的通风效果，通过科学的建筑群布局，合理的室内功能空间组合，使自然空气能够在室内外以最畅通的方式流动，从
3、而实现最佳的自然通风效果。 1 自然通风的机理 室外气流与建筑物相遇时,将发生绕流,经过一段距离后,气流才恢复平行流动。由于建筑物的阻挡,建筑物四周室外气流的压力分布将发生变化,迎风面气流受阻,动压降低,静压增高,侧风面和背风面由于产生局部涡流静压降低。风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。压力差的大小与建筑的形式、建筑与风向以及建筑周围的环境有关。如果希望利用风压来实现建筑自然通风,首先,要求建筑有理想的外部风环境(平均风速 3m/s4m/s)。其次,建筑应面向夏季主导风向,房间进深要适宜(一般应小于 14m 左右),以便形成穿堂风。 1.1 利用热压实现自然通风。
4、自然通风的另一原理是利用建筑内部空气的热压差即通常讲的“烟囱效应”来实现建筑的自然通风。由于建筑物内外空气的温度差产生了空气密度的差别，于是形成压力差，驱使室内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口排出，这时会在低密度空气原来的地方形成负压区，于是，室外温度比较低而比重大的新鲜空气从建筑物的底部被吸入，从而室内外的空气源源不断地进行流动。 1.2 利用风压实现自然通风。风压是指空气流受到阻挡时产生的静压。在具有良好外部风环境的地区, 风压可作为实现自然通风的主要手段。当风吹过建筑物时，由于建筑物的阻挡，迎风面气流受阻，静压增高；侧风面和背风面将产生局部涡流，静压降低。这
5、样便在迎风面与背风面之间形成压力差，室内外的空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动，在大进深的建筑空间中达到较好的通风效果。机械辅助式自然通风,在一些大型建筑中,由于通风路径较长,流动阻力较大,单纯依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市,直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内,不利于人体健康。 2 自然通风的研究方法 2.1 实验法 实验法可通过直接或间接测试方式确定影响自然通风的相关因素,预测自然通风潜能,包括风洞实验、不同气体实验和热浮力实验等。实验法可以真实、准确地反映物理现象的过程,非常直观,更具有说服力,但是,实验
6、受到测试仪器精度、测试方法以及人为因素等影响,测试数据的精确性很难保证,同时,实验本身的周期以及人力、物力的耗费也制约着实验工作的开展。 2.2 数值模拟方法 数值模拟方法是利用计算机程序求解离散所得的代数方程组或伯努利方程,来描述流场或预测区域的通风量,包括 CFD 和网络法。网络法包括多区模型方法和区域模型方法。目前,应用比较广泛的数值模拟软件包括:FLUENT、COMIS 和 TRNSYS 等。CFD 通过将研究对象划分为小的控制体,利用有限差分或有限元方法将气流的连续微分方程离散为非连续的代数方程组,并结合实际的边界条件进行求解,可以预测建筑内各个区域的空气流动状况及温度分布、分析房间
7、不同位置的热舒适状况。网络法简单、易于掌握、计算量相对小,但是计算粗糙、准确度不高,仅对较大风速有效,对单面通风无效,适于工程计算。两者结合可对复杂建筑进行求解,用网络法求解建筑的整体流动,计算各个房间之间的换气量,用 CFD 方法求解房间内部的温度分布,由此使得计算快速,分析真实。 3 建筑中的自然通风设计 3.1 建筑朝向及通风口面积 风压作用通过风压系数体现,与建筑朝向和有效通风面积有关。各气候地区的主月份风向具有明显的差异,建筑朝向应该与夏季主月份风向一致,在整体布局中,还应该对建筑的体形,包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。在此基础上,根据室内的新风量需求进行通风口设计,主
8、要是有效通风面积以及在建筑立面上的相对位置。房间的开口大小和相对位置等直接影响到风速和进风量。进风口与出风口位置宜相对错开,这样可以使气流在室内改变方向,使室内气流更均匀,通风效果更好。 3.2 中庭和排风烟囱 中庭和排风烟囱两者都是利用烟囱效应,组织气流按一定路径流动。烟囱效应取决于建筑内部温度梯度的大小,也可以在顶部设置太阳能集热器等设备,提高顶部的温度,强化烟囱效应。 3.3 玻璃幕墙 玻璃幕墙的使用近年来非常广泛,使得建筑外形关观,其对邻近区域室内环境的影响也比较明显。双层玻璃幕墙又称“会呼吸的皮肤”,由内外两层幕墙组成。两层玻璃幕墙之间留一个空腔,空腔的两端有可以控制的进风口和出风口
9、。 3.4 地下风道 地下风道可以对空气进行预处理,新风在进入室内前有一个预热或预冷过程,可以节约能耗,减小室内外温差较大时直接通风所带来的不舒适。4 结束语 自然通风的研究方法包括实验法和数值模拟法,实验法简单,但受到多种因素的影响,误差较大。数值模拟方法中 CFD 与网络法的结合使得计算快速,分析详实。在建筑结构设计时还应充分考虑利用自然通风。在通风设计中应根据当地风向确定建筑朝向与风口位置,使穿堂风最大限度的通过室内人员活动区,当建筑进深较大时,考虑利用热压组织室内通风。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
10、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 喻李个,阳丽娜,周军莉.自然通风潜力分析研究进展J制冷空调,2009,25(4):1822. 2 王汉青,姬民发,李向阳.通风工程M北京:机械工业出版社,2007. 3 韦峰.建筑自然通风在设计中的应用J.河南科技大学学报,2011,25(5):5457. 4 肖琼.自然通风在现代建筑设计中的应用J建材与装饰,2008，(10):3536. 5 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) 6 钟军立，曾艺君.建筑的自然通风设计浅析J.重庆建筑大学学报，2008.
