自然通风在建筑中的运用
(内蒙古师范大学 后勤集团，内蒙古 呼和浩特 010022)
摘 要：文章论述了自然通风的理论机理，分析了采用自 然通风的经济效益和环境效益，对建筑设计中自然通风的实现进行了实例分析。
关键词：自然通风；风压和热压；烟囱效应；阳光温室
中图分类号：TU119 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)06—0093—01
空调的产生，使人们可以主动地控制居住环境，而不是象以往一样被动地适应自然；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，把自然通风这种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。
1 自然通风的理论机理
通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口，产生空气流动。这种流动直接受建筑外表 面的压力分布和不同开口特点的影响。压力分布是动力，而各开口的特点则决定了流动阻力 。就自然通风而言，建筑物内空气运动主要有两个原因：风压以及室内外空气密度差。这两 种因素可以单独起作用，也可以共同起作用。
1．1 风压和热压作用下的自然通风
风的形成是由于大气中的压力差。如果风在通道上遇到了障碍物，如树和建筑物，就会产生 能量的转换。动压力转变为静压力，于是迎风面上产生正压(约为风速动压力的0.5～0.8倍) ，而背风面上产生负压(约为风速动压力的0.3～0.4倍)。由于经过建筑物而出现的压力差促 使空气从迎风面的窗缝和其他空隙流入室内，而室内空气则从背风面孔口排出，就形成了全 面换气的风压自然通风。某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对于风向的方位 、风速和建筑周围的自然地形有关。
热压是室内外空气的温度差引起的，这就是所谓的“烟囱效应”。由于温度差的存在，室内 外 密度差产生，沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度。如果室内温度高于室外，建筑物的 上部将会有较高的压力，而下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口时，空气通过较低的 开口进入，从上部流出。如果，室内温度低于室外温度，气流方向相反。热压的大小取决于 两个开口处的高度差和室内外的空气密度差。而在实际中，建筑师们多采用烟囱、通风塔、 天井中庭等形式，为自然通风的利用提供有利的条件，使得建筑物能够具有良好的通风效果 。
1．2 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。在这种情况下，常常采用一种机械辅助式 的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道，辅以符合生态思想的空气处理手段( 如土壤预冷、预热、深井水换热等)，并借助一定的机械方式加速室内通风。
2 采用自然通风的经济效益和环境效益
自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风 方式的根本目的就是取代（或部分取代）空调制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要的 意义：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生 能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒 适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风 机能耗，且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。二是可以提供 新鲜、清洁的自然空气（新风），有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大 程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“ 空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理 需求。
3 建筑设计中自然通风的实现及实例分析
传统建筑对自然通风有很多值得借鉴的方法，而在我们现代的建筑设计中积极地考虑自然通 风，并注意与地域建筑的有效结合，对于自然通风的合理利用、节约能源具有现实意义。
3.1 建筑体型与建筑群的布局的设计
建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时， 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，若风沿着法线吹向建筑， 会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面 的利弊，根据风向投射角（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来决定合理的 建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后 幢建筑通风的影响，因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型，包括高度、进 深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
3.2 双层玻璃幕墙维护结构
双层（或三层）幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤 ” ，它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在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，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”， 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 ， 使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温的目的。为了更好地实现隔热，通道内一般设 置有可调节的深色百叶。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好地解决高层建筑中 过高的风压和热压带来的风速过大造成的紊流不易控制的问题，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。
4 结语
通风是建筑的最基本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗,使建筑的人工环 境与自然环境达到动态的平衡,将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更 高目标。我们现在的建筑设计中，尤其是一些建筑的更新如新民居的设计，不仅要关注自然 通风技术，更要注意把这一传统的技术与当地的地理气候特征和气候因素等相结合，提出多 层次的、全面的、适宜的建筑技术，体现“气候决定建筑”的设计理念。