自然通风在住宅建筑设计中的运用

刘静

摘要：在建筑设计中，设计者应该通过建筑物的规划、构造设计等过程对自然通风的可应用性和效果仔细考虑，有效地利用自然通风来解决建筑物的舒适性和空气质量问题，为使用者营造一个健康、舒适的工作环境和生活环境。

关键词：自然通风;建筑设计;运用

目前我国能源形势紧张，能否有效利用资源、降低能源消耗，已成为当前建筑界的重点研究课题。而自然通风作为一种经济有效的通风方式，相对于机械通风和空调而言，能够在保证室内空气品质的同时，减少初投资和运行费用，减低环境污染，已得到越来越多设计人员的重视。因此，如何最大限度地利用自然通风来改善室内空气环境无疑具有重要的现实意义。

一、自然通风的实现方式

（一）利用热压实现自然通风。自然通风在建筑设计中还能利用建筑内空气的热压差进行实现，因建筑物内外空间中的空气由于温差导致空气密度的差别而产生压力差，而促使建筑物空间内外空气发生流动。建筑物内温度高的空气由于密度小而上升，从建筑物上部的风口向建筑物外部排出，这就会在原来低密度空气区域形成负压区，而使建筑物从底部吸入建筑物外温度低且密度大的新鲜空气，造成建筑物内外空气不停地流动而实现自然通风。

（二）通过风压实现自然通风。由伯努利流体原理可知，流动空气压力同其速度具有反比关系，这样会在其速度增加时形成低压区。因此，在建筑设计中可将通风通道设计成横向，在自然风从此通道中吹过就会形成负压区，造成周围的空气发生流动，这也是我们平常所说的管式建筑通风原理。管式通道要在一定方向上封闭，然后将其他方向敞开以形成通风方向，这样就会使大进深建筑空间的通风效果更加明显。

二、自然通风的应用研究

进行建筑物通风系统的设计需要考虑的因素，最主要的有室内空气品质、人体感觉舒适、节能和可靠，另外还要可以比较方便地调节控制。

在夏天，房间的空气温度保持在较低的水平上，相对湿度维持在50%左右，气流速度限制在较低的范围内（一般希望不大于0.15 m/s）。然而这种稳态的空调环境存在许多问题。首先，人体更习惯生活在自然环境中波动的热环境，如果在稳态热环境中时间太长就会因为缺少各种波动刺激导致体温调节功能衰退和抵抗力的下降，产生一种空调不适应症。其次，为了减小冷负荷节约用能，现在的建筑门窗密闭性能越来越好房间内外的空气很难交换，室内装修材料散发大量的挥发性有机化合物（VOCS）污染得不到合理的稀释，加之传统空调工作区处于气流的回流区，在这种建筑中长期生活可能出现病态建筑综合症。 室内热环境研究结果表明，在自然通风条件下由于空气流动室内的一般人员可接受的空气温度为28℃，在自然通风条件下，80%居民可接受的热环境的有效温度上限为30℃;而传统空调系统的室内设计温度为24℃，因此自然通风系统更为节能。

自然通风会受到多种因素的制约，有时通风会变得很困难;例如建筑物所在地的气象条件和周围空气质量以及建筑内部和其他得热对建筑热性能的影响，特别当室外空气质量较差、室外温湿度太高或室内建筑表面温度较高时，通风更困难。自然通风的驱动力一般来自室外空气的热压差或风压，但是由于热压与风压具有随机性，因此自然通风不能像机械通风那样随意控制，随时可能处于超热超冷或不可接受的空气分布，尤其当室外空气污染较严重时，可能反而导致室内空气污染。

三、自然通风在建筑设计中的应用

对于不同建筑物的设计，自然通风受多种因素影响，建筑物与其高度、迎风方位等有关;建筑群体则与建筑间距、迎风方位、排列方式等有关;而居民住宅与住宅区域道路、绿地的布局等有关系。因此，要针对不同类别建筑物实际，对各影响因素综合考虑，以实现良好通风效果。

（一）建筑物朝向。建筑物朝向在设计中要结合日照较多方向及风向的相关特性，而建筑物迎风面与风向垂直的面压力最大，在建筑物设计中，尽可能将建筑主立面朝向设计在夏季主导风向上，侧立面对着冬季主导风向上。南向阳光辐射量最多，夏季国内多数区域都是以南向或南偏东方向为主导风向，比較改善自然通风、调节环境等方面的一些因素，建筑物朝向最好设计为南向。

（二）建筑物之间的间距。如果建筑物是南北向就会使日照间距减小，后排建筑会被前排建筑遮挡而造成风压减小，影响通风效果;而建筑物日照间距增大则会增大后排建筑的风压，对自然通风有利。所以在进行建筑设计时要适当增加楼间距，用于建立绿地，可以有效改善绿建筑物的自然通风，并提供休息交流的空间。

由于行列式布局的建筑群被建筑物外气流吹过时，能够在建筑物山墙之间产生空气射流现象。在可能情况下增加山墙间距，通过错列式布置能够有效利用山墙之间的空气射流，改善下风向建筑物的自然通风。住宅间距能够决定山墙间距，且与山墙间距具有正比例关系，能够使空气射流吹到后排的建筑物上。

（三）建筑群布局。

1、建筑群平面规划。建筑群按照设计方式的不同，一般分为行列式、周边式与散点式三类。行列式是建筑群设计中的最基本布局，主要就是建筑物按照间距合理与同一朝向的特征组成成排布置的方式。并列式是由建筑群错动而分别形成错列式、斜列式以及周边式等各种不同布局，由于建筑群内空间流场由不同的风向投射角而造成变化，其具有不大的受风面;错列与斜列可以把自然风以斜向引进建筑空间内，下风向的建筑会有较大的受风面，分布有比较合理的风场实现较好的通风效果。

周边式是建筑物以沿街或院落周边形式布局的一种方式，会造成建筑内空间的封闭或半封闭，使布局风很难引入，而且风的投射面较小，该方式比较适宜冬季寒冷区域。

在对建筑群实施设计规划过程中，要同时对路网进行合理设计，创造建筑群的不同布局方式，实现良好的自然环境，充分利用自然风，实现风的自由流动、节能与优化风环境的作用。

建筑群的不同布局能够影响自然风的引入，建筑物同风向之间也具有比较重要的关系。相对于单体建筑，建筑群由于具有较小的风向投射角，利于建筑物内空间的通风。建筑群中的前排建筑形成风影区会对后排建筑产生一定影响，当风吹向多排建筑的平行排列时，会使风影区增大，对自然通风效果产生一定影响。在设计中要尽可能避免建筑物长轴垂直于夏季主导风向，以便于降低建筑物前排对后排通风的不利影响。

2、建筑群立面设计。通过建筑物的气流发生漩涡、下冲气流等高速气流的现象会对其通风造成不利影响，这就需要在建筑群设计时使各建筑单体间排列高低有序。建筑群中如存在某栋建筑远远高于其余建筑或者楼间距近的建筑群中含有间距突然增加明显的两栋建筑，就会形成下冲气流增大现象而产生高速风，使热损失增加以及居住人群的不适。

在建筑群设计中应该尽可能降低各建筑之间对风遮挡的不利影响，尽可能沿夏季主导风向进行布局，靠近主导风向的建筑物不应该过高，要处于建筑群的边缘，小高层或高层建筑适宜远离主导风向，将自然风引入建筑群内，并实现对冬季东北风的有效阻挡。

四、结语：

自然通风一直被业界广泛认为是比较廉价的一种生态节能技术，建筑设计人员要将建筑物规划、单体设计与构造设计全过程相结合综合考虑自然通风的应用效果，合理采用自然通风以改善建筑物内空间的舒适性与空气质量等相关问题，为人们提供一个健康、舒适的人居环境。

参考文献：

[1]欧阳立图.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]钟军立，曾艺君.建筑的自然通风设计浅析[J].山西建筑，2015.