现代建筑设计中的自然通风解决方案

1.现代建筑对自然通风的重新认识

自然通风是指利用空气的密度差引起的热压或风力造成的风压来促使空气流动而进行的通风换气。这是一项传统的建筑防热技术，在世界各地的传统民居中，得到了广泛的应用。在湿热地区，我们看到的传统民居往往有这样的外表：建筑都有开阔的窗户；采用轻便的墙体；深远的挑檐；高高在上的顶棚并且设置有通风口；建筑往往架空，以避开地面的潮气和热气，采集更多的凉风……这样形象的背后，隐藏着劳动人民对利用自然通风技术的朴素观念。自然通风是一种具有很大潜力的通风方式，是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。

空调的产生，使人们可以主动的控制居住环境，而不是象以往一样被动的适应自然；空调的大量的使用，使人们渐渐淡化了对自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今天，迫于节约能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下，全球的科学家不得不重新审视自然通风这一传统技术。在这样的背景下，把自然通风这一传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义：自然通风不仅能够有效的实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染，同时还能够极大的改善室内环境品质。

2.现代建筑设计中实现自然通风的方式与分析

建筑物中的自然通风在实现原理上有由“风压”和“热压”引起的空气流动。在实践中，往往由于条件所限制，单纯利用风压或热压不能满足通风需要，因此又可以有风压和热压结合，甚至采用机械辅助自然通风。

传统的热带民居已经为我们积累了大量自然通风的宝贵经验。现代建筑中对自然通风的利用不局限于传统建筑中的开窗、开门通风，而是需要综合利用室内外条件，在实现上有了更丰富的技术措施和更严格的舒适条件的限制。在建筑设计阶段就开始有意识的根据建筑周围环境、建筑布局、建筑构造、太阳辐射、气候、室内热源等，来组织和诱导自然通风；在建筑构件上，通过门窗、中庭、双层幕墙、风塔、屋顶等构件的优化设计，来实现良好的自然通风效果。下面介绍并浅析适用于现代建筑的一些自然通风方式。

控制建筑布局与体型

建筑总平布局受很多因素控制，从生态的角度上，影响布局的主要有阳光与风向。建筑布局对自然通风的效果影响很大。在考虑单体建筑得热与防止太阳过渡辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，若风沿着法向吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。为了消除这种影响，群体布置中的建筑法线应该与风向形成一定的角度，以缩小背后的漩涡区。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响很大，因此在整体布局中，还应该对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制（图1）。

图1建筑体型对自然通风的影响

围护结构开口的优化设计

房间的开口大小、相对位置等，直接影响到风速和进风量。进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3时，开口大小为地板总面积的15～25％时，通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开位置，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。（图2）

图 2 围护结构开口位置对自然通风的影响

调整建筑内部布局以组织穿堂风

传统的热带建筑中非常重视“穿堂风”的组织，“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内，穿过房子，从背风面的出风口吹出。

我们应该尽量组织好室内的通风：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑内部的开口，引导气流；建筑的风口应该可调节，以根据需要改变风速风量。室内家具与隔断布置不应该阻断“穿堂风”的路线；合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。（图3）

图3 室内隔断对自然通风的影响

屋顶的自然通风

在炎热地区，屋顶的得热量是不容忽视的，尤其对顶层住户产生极大的影响。对屋顶适当的采取自然通风的措施，能有效的利用风的流动，带走蓄积于屋顶的热量。通风隔热屋面，通常有以下两种方式：（图4）

（1）在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层。

（2）利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。

图4 屋顶自然通风方式

通风墙体

通风墙体即将需要隔热的外墙做成带有空气间层的空心夹层墙，并在下部和上部分别开有进风口和出风口。通风间层厚度一般为30㎜～100㎜。夹层内的空气受热后上升，在内部形成压力差，带动内部气流运动，从而可以带走内部的热量和潮气。外墙加通风间层后，其内表面温度可大幅度降低，而且日辐射照度愈大，通风空气间层的隔热效果愈显著，故对东西向墙更为明显。（图5）是通风墙体的示意图和典型构造做法。

图5 通风墙体

国内已经有了对通风墙体探讨的实例，并取得了一定的经验。在北京锋尚国际公寓中通风墙体得到了尝试应用。建筑外墙在EPS聚苯板与具有遮阳功能的瓷板幕墙之间形成流动的空气层，利用热压的原理在空气层内部实现自然通风，流通的气流可以带走空气间层的热量，实现为围护结构降温；同时还带走了间层内部的水蒸气，保护了保温层。（图6）

图6 北京锋尚国际公寓的通风墙体

双层玻璃幕墙

双层幕墙又称“会呼吸的皮肤”，由内外两道幕墙组成（图7a）。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。在冬季，关闭进出风口，利用“温室效应”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风（图7b）。为了更好的实现隔热，通道内一般设置有百叶等遮阳装置（图7c）。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好的解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题，可加强围护结构的保温隔热性能，并能降低室内的噪音。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42％～52％，在制冷时节约能源38％～60％，是解决建筑节能的一个新的方向。

图7 双层玻璃幕墙构造

在国内，也已经有了双层幕墙的尝试。清华大学低能耗试验楼中，在南向与东向外墙上，采取了双层玻璃幕墙的做法，并辅助于百叶遮阳。（图8）

图 8 清华大学低能耗试验楼

3.结论

在对现代建筑的室内环境舒适度进行降温设计时，我们应当优先考虑自然通风技术。自然通风设计是一个系统设计的过程，需要涉及到多专业知识的配合。在设计过程中，应该根据建筑的规模、使用状况、人流分布、舒适度要求等进行分析计算。当然，自然通风只是绿色建筑中系统生态化设计的一部分，单靠它是难以达到舒适的要求。选择自然通风技术要有系统的观念，必须把自然通风技术作为一个重要的生态手段，并配合其他的技术措施，把围护结构的隔热、遮阳等措施进行综合考虑。合理的利用自然通风技术，是建筑可持续发展过程的一个重要部分，应当引起建筑师的高度重视。

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