基于自然通风在现代住宅建筑设计中的应用探析

来源:用户上传      作者: 陈华

　　摘要：自然通风是一项古老而重要的通风方式，其与现代技术相结合成为重要的通风技术，受到建筑节能和生态主义者的关注。本文结合笔者多年建筑设计实践，从住宅建筑布局、户型平面、室内通风构造等方面详细阐述了引入自然通风概念的现代住宅建筑设计与技术要点，并进行总结。
　　
　　关键词：现代住宅；建筑设计；自然通风；节能措施
　　
　　Abstract:The natural ventilation is one item ancient and the important well ventilated way, it unifies into the important well ventilated technology with the modern technology, receives the construction energy conservation and the ecology person's attention. This article unifies the author many year architectural design practice, from the residential building layout, the household plane, aspects and so on indoor air ventilation structure elaborated in detail the introduction natural ventilation concept's modern residential building design and the technical point, and carry on the summary.
　　
　　Keywords:modern housing；architectural design；natural ventilation；energy conservation measure
　　
　　中图分类号：[TU834.5+7]
　　文献标识码：A
　　文章编号：1008-0422（2011）06-0125-03
　　
　　1引言
　　当前，随着我国经济的迅猛发展，建筑能耗增长迅猛，建筑能耗一般包括采暖、空调、热水供应、照明、家用电器等方面的能耗，其中采暖、空调能耗约占60％~70％。据2005年估算的数据显示，中国建筑用商品能源消耗已占全国商品能源消费总量的27.6％，接近发达同家的30％~40％。我国是能源相对贫乏的国家，建筑节能迫在眉睫，而据专家估算，约2/3~3/4的建筑能耗可通过合理的措施节省下来，相对自然通风和机械辅助式自然通风两种模式，自然通风便是一项成熟而低廉的技术措施，在建筑设计中应充分、合理地加以使用。本文在建筑节能的基础上，从建筑设计的角度出发，探讨在设计中如何合理地利用自然通风。
　　
　　2现代住宅建筑设计对自然通风的重新认识
　　自然通风是一项传统的建筑防热技术，在世界各地的传统民居中，得到了广泛地应用。在湿热地区，人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，使人们可以主动地控制居住环境，而不是像以往一样被动的适应自然；空调的大量使用，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地实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染，同时还能够极大地改善室内环境品质。
　　
　　3自然通风在住宅建筑设计应用要点分析
　　3.1自然通风的涵义
　　通常意义上的自然通风指的是通过有目的地开口直口门、窗、烟囱等，产生空气流动，这种流动直接受建筑外表面压力分布的影响。建筑表面的压力由风压和室内外温差引起的热压所组成，风压依赖于建筑的几何形状、相对风向的方位、风速及建筑周围的地形；热压取决于室内外空气的密度差和进出气流的高度差。实际的建筑物自然通风，有时热压和风压同时作用，这时建筑物外围护结构上各窗孔的内外压差值应综合考虑。
　　基于目前普通住宅的空间形态和平面布局，由风压促成的气流易于穿过整个房间，形成穿堂风，通风量会大大超过热压促成的气流，因而是住宅夏季组织通风的主要方式。建筑物的自然通风，主要是由于建筑物中互相连通的开口处(如门、窗等)存在着风压差而产生的风压差的大小与建筑群的朝向、建筑间距以及建筑群布局形式等有关。因此，在建筑设计引入自然通风概念时，应从这几个方面进行。
　　3.2住宅建筑总体布局
　　现代住宅小区是高层住宅与多层住宅混合搭配建造的形式，住宅布局及群体组合是否合理，直接关系到小区室外风环境质量的好坏。
　　3.2.1住宅的朝向
　　为了选择较佳的住宅朝向，应根据本地区的地形条件和夏季以南风为主导风向的情况，在满足日照的前提下使夏季主导风向与住宅南立面保持适宜的风向入射角，许多有关空气流动模拟试验已经获得大景的测量结果及结论，一般说建筑物应朝向主要风向，在风向投射角为00，前栋房屋的高度、长度、深度以及形状都影响其屋后的漩涡区范围的大小，即风从正面吹向建筑时，风影长度最大，前、后两建筑之间为了避免挡风所需的间距最大，布置这样的通风建筑间距是不经济的，但若风向是斜吹，风向投射角为300~600时，其风影长度可大大减小。因此，在建筑群布局时，可以采用加大风向投射角，使后排建筑在风影范围之外。但也应注意，投射角加大会使室内平均风速降低。每个地区应根据当地的气候和地理因素，选择自己的合理朝向范围，以利于在建筑设计时有一个选择的幅度。
　　3.2.2建筑物的间距
　　住宅小区规划不能片面地追求高建筑密度而过多地压缩住宅间距，牺牲住宅的热舒适性。间距过小会使住宅不能得到较好的自然通风和日照。如果条件许可，从夏季自然通风降温、冬季保证日照时间出发，住宅间距仍以稍大为宜，但也不能盲目加大间距，当住宅建筑总高度不变时，进深越大涡流越小，在住宅较短时，涡流也较小，对后排住宅通风效果影响不大，所以尽量选择适当的进深，减小住宅长度。当住宅高度增加时涡流范围也随之增加，可使高居住宅放在北侧阻挡冬季风。所以要确定小区总体布局，应充分者虑不同体形的住宅楼的特点，合理使用。
　　3.2.3住宅建筑组群的布局
　　住宅组群的布局和自然通风的关系，可以从平面和空间两个方面考虑。一般建筑组群的平面布局有行列式(包括并列式、错列式、斜列式)、周边式、自由式等。通常，不同的建筑组群形式有不同的通风效果，行列式布置的组群需调整住宅朝向引导气流进入住宅群内，使气流从斜向进入组群内部，从而减小阻力，改善通风效果。单一行列式布置小区内通风不佳，采取错列式布置方式，前后错开，便于气流插入间距内，使气流路线较实际间距长，能使下风侧的住宅获得良好的自然通风。自由式是就具体地形、地势和朝向灵活布置。周边式的部分房屋的前后都处在负压区，四周较封闭，通风不好．而且部分建筑又处于东、西朝向布置方式，周边式最适合于寒冷地区的建筑群体布局。

　　3.3户型平面设计
　　近年来，在多层住宅的平面设计中，因受到住房面积标准等因素的影响，普遍存在着卧室、客厅的通风效果较差，厨房油烟废气排不出去，甚至倒流进卧室和客厅等问题。尤其是一梯三户或一梯四户短内廊式多层住宅占有较大比例，由于中间户只能占据个别朝向，较难组织有效的穿堂风，致使夏季通风不畅，闷热难熬。
　　要取得良好的通风效果，使气流按照预设的路线流动，这就要求户型布局结构合理，房间既要有合适的进风口又要有合适的出风口。一般说来，一个房间进风口的位置（竖向和横向)、进风口的形式（窗户开启方式：平开式、中旋式、百页式等），决定着室内气流的状态。此外，室内纵墙应设置一定量的通风窗，保证室内气流通畅。房间中若能高低窗搭配设置，增加进出风口的高度差，则可利用热压差原理改善通风效果，也就是常见的烟囱效应。获得通畅的风路一般注重如下做法：
　　1）在设计套型的平面风路时，尽量让进出风口对位，如客厅和餐厅的门窗位置，减少气流迂回路程，减小阻力(见图1)。由于厨房厕所在夏季是热、湿源，通风路径应与室内活动空间分离，以便于直接排走湿热空气，防止倒流。
　　2）为使室内风路更为通畅，可在卧室和其他适当位置设活动门、活动格栅或者高侧窗，夏季打开形成风路，冬季关闭，减少通风，可以在满足一定的私密性的同时保证风路的畅通。
　　3）尽量避免在进风口窗户的侧墙上设计开口，以免风吹进房间后，斜向成为“交角风”跑掉。
　　4）套型平面风路设计应避免出现锐角的转折，在平面转折处，宜圆角处理、放大空间或设导流构件以保证风路畅通。
　　5）点式住宅中，尤其是一梯8~10户的住宅，多数住户较难组织有效的穿堂风，室内通风的条件会比较差，这种情况下就要尽可能多的利用天井、过厅、楼梯间等空间增加室内开口面积，留出适当的出风口，为室内形成对流创造条件，组织自然通风。
　　6）进入室内的风会与室内墙体、家具等物体发生摩擦，从而减小风的势能使风速越来越小，直至消失，因此，平面沿风路进深不宜太大，小于14m为好。
　　3.4建筑设计室内通风构造措施
　　3.4.1窗对自然通风的影响
　　主要表现在三个方面：窗户朝向与风向、窗户位置、窗户选型及开启方式。
　　3.4.1.1窗户朝向与风向
　　在组织自然通风时，窗户与风向之间的关系主要受房间门窗等通风口相对位置的影响。当房间相对的两面墙上各有个门窗洞口时，若风向垂直于进风窗，主要气流就由进风窗笔直流向门洞口，只在风道上形成很强的气流，对室内的影响面较小，使整个房间风场不匀。如窗户朝向与夏季主导风向偏斜450角左右，则可在室内引起空气紊流沿着房间四周作环行运动，从而增加了侧墙及墙角处的气流量，提高通风效果。
　　3.4.1.2窗户位置
　　在水平方向选择不同位置开窗，室内气流分布状况也会产生很大差异。如主导风与建筑成450角，当进、出气口设置在相对的两面墙上时，室内容易形成穿堂风，不过不同的位置会直接影响穿堂风的路线，当进、出气口设在单面或相邻两面培上时，加大进、出口间距离，可有效增加洞口间的风压差，在室内会形成紊流，空气沿房间四周墙面作环形流动，加强侧面墙角殛角落处的空气流动，可避免室内形成通风死角，并且设置导风板，通过板而局部产生正、负压区，可将室外风引入室内，有效改善室内自然通风状况。
　　窗口的高度也是影响室内流场分布和气流速度的重要因素，气流作用于人体的活动范围，才能起到通风散热的作用。进风窗口的高度是影响气流范围的主要因素，值得注意的是，由于惯性力的作用通常在进风区窗台以下的范围内存在气流速度陡然降低的现象，所以改变窗台高度可以显著地改变某高度处的气流速度。在住宅建筑设计中，都应使窗户开口高度尽量接近人的活动区域。起居室的窗台高度应控制在人坐着的高度以下即低于1.1m，否则室内大部分使用区的通风效果不良。而卧室窗台高度尤为重要，因为夜间的室外风速本来已有所降低，所以尽量最大限度地加以利用。卧室窗台应与床保持同样高度，或通过百叶及窗扇将风导向活动区。
　　3.4.1.3窗户选型及开启方式
　　《住宅设计规范》要求采用自然通风的房间卧室、起居、明卫的通风开口面积不小于房间地板面积的1/20；厨房不小于1/10且不得小于0.8m2，但目前流行的大采光窗多为固定式，只有局部可开启或不开启(见图2)，采光而积不断加大，但可开启窗面积逐步减小，影响室内通风。
　　外窗选型及开启方式对室内自然通风效果也会产生影响，单侧向外开启的平开窗，可引导室外风进入室内，外推旋转窗可改变进入室内风的方向，推拉窗的引风、导风效果不明显，而且开启面积小。因此，尽量选用具有良好导风忖能的窗如平开窗、上旋窗等，改善室内通风效果。
　　3.4.2建筑构件的导风措施
　　为了加强建筑自然通风的效果，可以考虑采取一些导风措施将气流引导进入房间。这类导风措施的基本出发点是通过设置建筑导风构件，沿着建筑外墙面创造种“人工”正压区和负压区，使风从正压区吹入房间，从负压区吹出或者将风引导至人的活动范围。
　　导风构件主要有：
　　1）垂直导风墙板：当房在同一采光面开出两个有定间距的窗户时，可以在窗户相邻的两侧各设置一块挑出的垂直导风板，取得“人工”风压力差，产生较好的通风效果。也可以将垂直遮阳板与导风板结合起来进行设计，或将建筑（房间)一端设一个延伸出来的迎风墙，形成正压区，促进内部通风(见图3)。
　　2）窗扇：许多时候，风未必是正对着窗户，而是从侧面吹来，大量的风在住宅外墙上“滑行”如果窗户是平开窗，风从右边墙而吹进来时，就应该把右窗扇关起，打开左窗扇来导入室内；风从左边墙而吹来时，方法则相反。另外，不同开启方式窗户可以将进入室内的气流方向加以引导而改变气流在室内的路线和影响范围，加强房间的通风效果。
　　随着环境问题的日益复杂化，单一建筑技术难以解决综合的环境问题，因此通风设计需要多学科的支持，并进行有效的技术整合，才能最终实现提高自然通风使用效能的目的，值得注意的是应在方案阶段充分考虑自然通风，以融入建筑设计中。
　　
　　4结语
　　综上所述，自然通风是一项古老而重要的通风方式，其与现代技术相结合成为重要的通风空调技术，受到建筑节能和生态主义者的关注。自然通风是一种被动式的通风降温形式，通过合理的设计和运行可有效改善建筑物的热环境，提高室内空气品质，降低对常规空调系统的依赖，节约建筑物能耗，在当今社会潜力巨大。但自然通风受到的制约因素多，如地理气候环境、建筑物周围的空气质量与噪声、建筑物的结构等，只有综合这些因素的合理设计与运行，才能确保自然通风的有效实现。
　　
　　
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