建筑设计中的自然通风.pdf

建筑设计中的自然通风 毕晓云山东建筑大学建筑城规学院 摘要自然通风是利用自然界的可再生能源实现建筑节能 本文阐述了自然通风 产生的基本原理 分析了与自然通风有关的建筑构件 以及与自然通风有关的几个问题 目的 在于引起人们对于建筑自然通风的足够重视 关键词自然通风热压风压传堂风烟囱效应 我国建筑单位能耗甚高 以多层住宅为例 单位能耗为条件相近的发达国家的2 5 倍 以空调能耗为例 空调住宅能耗约为一般住宅能耗的6 7 倍 因此 在当今全球能源紧张的 条件下 必须重视建筑节能 而自然通风作为一种调节室内环境的原始手段 开始得到重新 审视 自然通风是利用建筑物内外空气的温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 是一种既环保又经济的通风方式 采用自然通风取代空调制冷技术至少 具有两方面的意义 一是实现了被动式制冷 自然通风可在不消耗不可再生能源情况下降低 室内温度 带走潮湿污浊的空气 改善室内热环境 二是可提供新鲜 清洁的自然空气 有 利于人体的生理和心里健康 一 自然通风的实现方式 自然通风的原理在很早的时候就被利用 人们常说的 传堂风 即使利用风压在建筑内 部产生空气流动 在一些湿热地区 自然通风的重要性甚至影响了建筑的外部形象 如西双 版纳傣族民居 目前 建筑中常用的自然通风实现方式主要有以下几种 1 利用风压实现自然通风 风压是自然通风是基本的动力之一 在具有良好的外部风环境的地区 风压可作为实现 自然通风的主要手段 在我国大量的非空调建筑中 利用建筑的室内空气流通 改善室内的 空气环境质量 是一种常用的建筑处理手段 风洞试验表明 当风吹向建筑时 因受到建筑 的阻挡 会在建筑的迎风面产生正压力 同时 气流绕过建筑的各个侧面及背面 会在相应 位置产生负压力 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 建筑与风的夹角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 首先建筑要有理想的外部风环境 平均风速一般不小于3 一4 m s 建 3 7 2 筑要选择适宜的朝向和布局的形式 建筑布局方式在平面上有井列式 错列式 斜列式 统 称为行列式 周边式和自由式 图l 表1 一般来说 建筑的朝向应与当地夏季主导风向 寰1 各种布局情况的进度分布情况 行列式 r 1 m sl 区域面积 宰 电变自太值m s 盱列式 抖列式 瞄列式 圊边式 布局方式 a 少圄霪 m 错 式 c 斜 式 d 周边式0 自自式 圈1 建筑布局方式 保持台适的角度 更有利于自然通风 建筑避深不应过太 一般宜小于l 如 这样易形成 传 堂风 其次要组织好建筑平面和开口的位置及面积 为了引风入主 争取穿堂风 要从平面 剖面及建筑细部来考虑 如内外建筑构件要尽量通透 尽可能把门宙对齐布置在一条直线上 这样可以减少气流阻力 保证风速 使通风流畅 开口面积应大 减小开口边缘阻力 现比 之下外推窗比推拉窗好 圆滑渐缩的开口比锐缘开口好 2 利用热压实现自然通风 自然通风的男一原理是利用建筑内部空气的热压莲 即通常所说的 烟向觳应 米实现建筑的自然通风 利H j 热空气上升的原理 在建筑上部排风口可将污浊的热空气从室 内排山 而室外新鲜的玲空气则执建筑底部被吸入 圈嘲 热压作用与进 出风口的高差和室内外的温羞有关 室内外温差和进 出风口的高差越大 则热压作用越明显 在建筑设计中 可利用建筑物内部的贯穿多层的竖向空腔 如楼梯问 中庭 拔风井等满足进排风口的高差要求 并在顶部设置可以控制的开口 将建筑各层的热 空气排出 达到自然通风的目的 与风压式自然通风不同 热压式自然通风更能适应常变的 外部风环境和不良的外部风环境 德国的G e ls e n k i r c h e n 科技园 就是利用热压通风的典型实例 它的9 个研究用房沿一个长约 3 0 0 m 的西向林湖 拱廊 依次 排列 拱廊 是一个设有商店 和咖啡馆的公菇场所 高3 层 外侧为倾斜的玻璃墒面 在走廊 中人们可以俯瞰整个湖泊 拱 圈2G e s e 峨lr c h e n 科技园 廊 的正面安装可随垂节变化而自由调节的隔热玻璃 在冬季 可将低处的挡板关闭 这样 拱廊便成为一个温室 有利于节约采暖能耗 夏季 可将挡板滑向上方 就像是丈型的上下 推拉窗 这样 经过水面冷却的玲空气便可从玻璃墙面下部吹八 拱麻 内部 而室内的热 空气则由玻璃墙面与屋顶的接台处缝隙中排出 3 风压与热压相结合实现自 然通风 在建筑的自然通风设计中 利用风 压和热压进行自然通风往往是互 询补充 密不可分的 由于室外的 风速和风向是经常变化的 不是一 个稳定的因素 为了保证自然通风 的设计效果 根据我国采暖通风和 囤3 蒙特福德大学女王馆 空气调节设计规范的规定t 在实际计算时仅考虑热压的作用 风压一般不予考虑 但是必须 定性地考虑风压对自然通风地影响 一般说米 在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通 风 而进深鞍太的部位则多采川热压米逃到通风散果 如英国的茧特福德大学女千馆 就是一个风压和热压站台通风的典型实例 位于指状分 支部分德实验室 办公室进深较小 采用了利用风压直接通风 而位于中问部分的报告庭 大厅及其他用房则更多地依靠 烟囱效应 进行自然通风 二 与自然通风有关地其他建筑构造 豫了普通的窗户外 在实践中还发展了一系列育助于自然通风的建筑构造措施 如 双 风 顶部设中央 层皮 幕墙 天窗 风帽等等 1 呼吸式 幕墙利用双是玻璃作为雨护结构 玻璃之间留有一 定宽度的通风道并设有可调节角度的百页是当今生态建筑界普遍采用的 一项先进技术 他们被称作 双层皮 幕墙 夏季 打开上下进排风口 通风道内的空气被加热 在烟囱效应和一定的风压作用下 热空气上升 冷空气从下层进八通道 形成自拣通风 冬季 戋闭进排风口 减小风速 利用双层玻璃之间的空间形成的附加阳光问 贮存热量用以采暖 如图4 图4凰5z i m b a b w e 大学报告厅的天窗通风 自然通风 图5 3 双层屋面通风 传统的建筑平屋顶屋面使用砖架空的隔热层隔 热 无法利用热压主动通风 设于 2 天窗通风 英国的Z i m b a b w e 大学 报告厅的自然通风设 计 报告厅从座位下进 拔风口 通过无窗进行 屋面F 推补充 在热压及风压的作 川F 形成自然通风 带走了太刚对 尾面的辐射热i 4 幽6 囤6 通风屋面 餐 审 一 画 一 舻 一 4 风帽 风帽是自然进排风系统的入口或出口 它利用风力或温度差造成的正压或负压 加强进 排风能力的一种装置 风帽可以装在需要局部通风的地方 也可阻装在屋顶上 促进全面进 排风 l 进风型风帽 它是在外界风压的作用下 能 向内部空间引风的风帽 特点是能 利用任何方向吹来的风 将室外气 流导向内部空间 图7 2 排风型风帽 在外界风压的作用下 风帽本 图7a 风式随风转向进风帽报告厅的天窗通风 身产生负压 从空闻内部向外排 b 倒转6 0 度百页进风帽 风 特点是从任何水平方向吹来的 加十型挡板四面设孔进风口 风作用在风帽上 风帽都产生吸力 向外排风 图8 5 附加通风窗 这是一种灵活的解决自然采光与自然通风矛盾的方法 有时 建筑表面上开的采光宙的面积虽然满足室内自然采光的要求了 但在某个时间段如夏季即使将窗户完全打开也无法满足室内自然 通风的要求 这是可以设计一些附加通风窗 他们是不透光的保 温隔热材料制成的 可以自由开闭 平时关闭不用 在室内无法 满足自然通风要求时才打开使用 柯布西耶设计的印度昌迪加尔 博物馆 外墙就采用了附加通风窗的方i 圭 a 隧 l 雾 l 垂 旱 I 王l 三 与建筑的自然通风 相关的几个问题 囝8 絮誉蒜 正装3 0 度百页窗风帽 l 自然通风与机械通风相b 方筒型风帽d 背风式随风转向风帽 结合我们要明确一点 并不是 所有建筑都将自然通风的设计作为设计考虑的重点 对于一些大础的体育场馆 展览馆 商 业建筑等 由于通风路径较长 空气流动阻力较大 单纯依靠自然通风不足以实现自然通风 砖玲 傅 剪 同时 某些建筑环境 建筑功能可能对建筑通风有特殊的要求 如研究所或实验室 这时需 要考虑机械通风 因此 当我们为建筑的自然通风设计寻找合适的镱略时 要清楚它可能产 生的不足 自然通风与机械通风结台设计时 应当使自然通风取得尽可能太的成效 从而节 省能源 保护环境 2 风的垂直分布带来的问题风的垂直分布特性使中庭 天井等空问比较容易宴现自然 通风 但在建筑内部 如果设计有高度较高的中庭 烟囱效应使得下层热空气上升 往往导 致下部空间的采暖效率变低 采暖效果变差 对于高层建筑的中庭 天并等空间 还台出现 风速过大造成紊流的现象 法兰克福商业银行 塔横中庭有6 0 层高 图9 福斯特厦其合作者为了解决中庭地自然通风 状况 进行了多次计算机模拟和风洞实验 结果显示 如过整个中庭从上到下不加分隔 在很 多情况下中庭内部将产生令人无法忍受的紊流 因此 福斯特将中庭由下到上分为3 个通风 单元 每个单元1 2 层 通风单元之回用透明玻璃隔开 每个单元内部房问利用热压进行自 然通风 中庭垂直方向形成地太烟囱枝打断 分隔成彼此独立地小烟囱利用热压通风 3 建筑通风与连蔽物绿化树木 围墙 隔断或拱廊等设在建筑易产生气流剥高的角度及周 围 会产生遮蔽作用 建筑周围的树木种类 布置方式在一定程度上都会影响自然通风的效 果 如图1 0 一边或两边行列式布置的树术有利于建筑物的通风 但血果三面都围以树术 房间的通风效果便会受到影响 当房屋迎风面的窗前种植树木 时 如果树盐把檐口挡住 则会把风引向顶棚 若树丛距外墙有一定距离 那么畋来的风