自然通风在建筑设计中的应用.doc

自然通风在建筑设计中的应用王兴龙天津市建筑设计院 天津 邮编300074摘要：良好的自然通风设计能给人们带来健康、舒适的居住环境，它是衡量一个建筑总体设计是否优秀的重要指标。本文就对自然通风在建筑设计中的应用进行了分析。关键词：自然通风 建筑 设计 应用建筑内部良好的通风是决定人们健康、舒适的室内环境的重要因素之一。它通过空气的更新及气流的作用对人体起着直接的影响，并通过对室内气温、湿度及内表面温度的影响而间接对人体产生作用。通风具有三种不同的功能：一是健康通风。利用室外的新鲜空气更新室内由于居住、生活而被污染的空气，以保持室内空气的洁净度达到某一个最低标准水平。这是无论在何种气候条件下，建筑者首先需要保证的。二是舒适通风。通过人体周围空气流速的增加，而增强人体散热并防止由皮肤潮湿引起的不舒适感，民改善人的舒适条件。三是降温通风。当室内气温高于室外气温时，利用通风使建筑内部构件降温。合理组织自然通风，引风入室，争取“穿堂风”，也就是这里所说的利用舒适通风与降温通风，是火热地区建筑对自然通风的主要要求。火热地区建筑对自然通风的另一个要求是“间歇通风”，即在室外较热时，把大部分门窗关闭，减少通风量。而在室外较凉爽时，把大部分门窗打开通风。1 通风的功能与要求1.1 健康通风持续的健康通风与气候条件无关，健康通风的功能是为人体呼吸和烹调提供必需的氧气量，防止过量的二氧化碳以及令人不愉快的气味。当应用无烟道的采暖和烹调设备时，通风率应保证使一氧化碳及其他燃烧产物低于危害健康的水平。1.2 舒适通风舒适通风的目的是为室内提供舒适的热环境条件。这包括防止由于温热感及皮肤潮湿造成的不舒适。气流速度在室内分布的不均匀性对人体舒适产生影响，而通过室内的气流量与气流速度之间并无直接的数量关系。因此，虽然热舒适通风的要求常以气流速度的加以规定，但不需使用气量或换气次数。人体与环境之间存在热平衡，从热平等方程式可计算出在不同的气温、湿度、衣着及新陈代谢率的条件下，为满足舒适所需的气流速度，或计算出在高扬尘条件下为达到最低的热应力所需要的气流速度。1.3 降温通风当建筑有通风时，室外空气以其原有的温度进入室内空间，并在流动过程中与室内空气相混合，与室内各表面进行着热量交换。通风的效果究竟是增热还是降温，取决于要进行通风的时间段以及没有通风时的室内温度与室外温度间的温差情况。在室内气温高于窒外的期间，如果进行通风，就可以降低室内温度；如条件相反，则通风的效果也相反。一般情况下，傍晚及夜间的室温常高于室外，所以在此期间进行通风常能收到降温的效果。另一方面，白天时室内、外气温的关系取决于建筑设计情况，特别是墙体的外表面颜色、窗户的尺寸及其遮阳条件等。一般可以认为，如果建筑外墙为白色或近白色，具有中等至较高的热阻及热容量，窗户较小且有遮阳时，日间的室内温度就低于室外。如墙面的颜色较暗或窗大而无有效的遮阳，则日间的室温就高于室外。2 自然通风设计条件建筑形体通过围护结构处于自然环境之中，无时无刻不受到气候参数的影响，其中，自然通风的影响对建筑热环境起着重要的作用。在进行自然通风设计之前，首先需要了解风的基本特性，如风速、风向等。2.1 确立风向室外风的气候评价参数是通过风向和风速两个因素来确定的，其中风向是影响建筑形体的一个重要指标。应首先确定在特定地形环境中风的方向，并通过建筑体形的合理调整，控制风对建筑的影响，合理运用外界风，创造舒适的热环境。2.1.1 风玫瑰图风玫瑰图是确定外界风的方向的主要方法，各地都有不同的风速和风向。根据测定和统计可获得各地的年、季、月的风速的平均值及最大值以及风向的频率数据，并表示在风玫瑰图上。风玫瑰图能够反映该地区夏季与冬季的风向和风速特征，并确定该地区的风向状况，作为建筑朝向选择的基本依据。2.1.2 风向定位确定常年的基本风向对于建筑热环境设计是非常重要的，尤其对于建筑体形的确定，不同的建筑体形在不同的风向环境中所表现的影响程度不同。以冬季和夏季两个季节的风向定位，来讨论两个典型季节的风对建筑的影响，基本能够表达建筑体形与室外风的关系状态。因此，以主导风向及其主要变化范围作为设计基本参数，成为建筑热环境设计中控制风的重要指标。2.2 确定建筑体形的方向性在特定地区，一旦典型季节的外界风特性确定之后，建筑的方向性就与风的方向形成了一定的组合关系。建筑的方向应该以合理组织、应用外界风环境，创造舒适室内热环境为目的。建筑体形的方向性大致有以下几种：（1）正方形平面方向性；（2）正三角形平面方向性；（3）1：2长方形平面方向性；（4）正六边形平面方向性；（）圆形平面方向性。夏季时段：尽可能提高建筑表面接受夏季主导风的覆盖面积（接触面），以提供室内通风的良好条件。冬季时段：尽可能缩小冬季主导风的覆盖面积，减少建筑物受外界风的影响程度。3 自然通风设计的应用影响建筑室内自然通风的因素很多。对建筑自然通风设计有较大的影响，在实际的应用过程中，与建筑设计紧密有关的有以下几个因素。3.1 建筑平面比例建筑平面设计，尤其是一个空间单元设计很大程度上受约束于建筑模数、家具陈设和人员活动等功能要求，以住宅建筑为例，单元平面的开间及尺寸的选择依据主要有：（1）以模数体系为准则，目前所采取的3M体系是单元尺寸依据；（2）以家具、人员活动为基础，卧室是以床（长=2100mm）为依据，辅以人的活动考虑，故多在3600mm左右（开间）；（3）以采光、使用为目的，如住宅居室进深确定的主要因素是自然采光和人的使用目的，一般层高在2.8m，进深在4.24.5m为宜。我们从工程流体力学可知，将室内理解为空气流动（通风）的理想管道，必须使流体在此管道内有一定长度的流经区域，即通过一定长的通道，以使室内空气作为理想流体形成有规律的定常、分层流动，不至于造成空间内的相互扰动（紊流）而影响室内通风质量，因此从流体力学理论而论，沿通风方向适当长的流动区域对通风是有益的。3.2 建筑开口3.2.1 开窗位置与室内通风夏季通风的主要方法是将室外的自然风引入室内，到达人体的作业空间，并能够保证适当的风速，借此提高室内的舒适度。形容的位置无论是在平面上还是立面上均会影响室内气流的路径。要为通风创造有利的建筑洞口相对位置的设计应满足以下准则：（1）覆盖面：使通风尽量流经量大的区域，增加覆盖区，可以有效地提高室内通风质量，一般是通过风流线图表示并进行评价；（2）风速值：洞口位置应对通风速有利，即尽量使通风直接、流畅，减少风向转折和阻力，是保证通风质量的必要条件；（3）涡流区： 应使室内空间减少较大涡流区，涡流区是通风质量较差区域，其室内空气品质也因涡流区而下降，洞口相对位置应尽量避免造成明显的涡流区。3.2.2 形容形式与室内通风窗户的形式也会影响气流的流向。当采用悬窗形式时，会迫使气流上吹至天花，不利于夏季的通风要求，因此，除非是作为换气之用的高窗，不宜在夏季采用这种类型的窗户。窗扇的开户形式不仅有导风的作用，还有挡风的作用，设计时要选用合理的窗户形式。比如，一般的平开窗通常向外开启90，这种开启方式的窗，当风向的入射角较大时，会将风阻挡在外，如果增大开户的角度，则可有效地引导气流。3.2.3 开窗面积与室内通风房间开口尺寸的大小，直接影响到风速和进气量。开口大，则气流场较大；缩小开口面积，流速虽然相对增加，但是气流场缩小。因此开口大小与通风效率之间并不存在正比关系。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/32/3，开口面积为地板面积的15%20%时，通风效率最佳。3.2.4 门窗开户方式人们对利用门窗开户方式来改善建筑室内通风质量的研究比较少，从人们生活习惯来看，常会自觉地通过调整门窗的开启角度来引导自然风，但往往又因为建筑师在这个方面考虑不足从而造成通风影响的认识缺陷而给人们带来不便，因此，建筑师在确定门窗开启方式时，强化对通风作用的认识，将会大大改善通风效果，做到建筑的“有机”结合。结束语：通过对自