自然通風(fēng)在住宅建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

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摘要：在建筑設(shè)計(jì)中通過引入自然風(fēng)方式加強(qiáng)人與自然的聯(lián)系，提高人們的生活質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，降低能源消耗，并使人類與自然相近、相親、相融。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)；住宅建筑；布局   Abstract:Bytheapplicationofnaturalventilationinresidentialarchitecturedesign,therelationbetweenhumanandnatureisreinforced,thelifequalityofpeopleandtheirlivingenvironmentwillbeimproved,alsotheenergyconsumptionwillbediminished,thereforethehumanbeingwillgetmoreintimateandharmonywithnature.   Keywords:naturalventilation；residentialbuilding；distribution   1引言   風(fēng)環(huán)境是空氣氣流在建筑內(nèi)外空間的流動(dòng)狀況及其對(duì)建筑使用的影響。風(fēng)環(huán)境是建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容，在以往建筑物理的研究發(fā)展中，風(fēng)環(huán)境在一定程度上被忽視了，在自然環(huán)境日益受到重視的今天，自然通風(fēng)與人體舒適度的聯(lián)系、與建筑節(jié)能的關(guān)系顯得尤為重要，并且逐步被反映到建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐中來，尤其是在住宅建筑設(shè)計(jì)中。   從建筑設(shè)計(jì)的角度考慮，風(fēng)環(huán)境分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)是指利用機(jī)械通風(fēng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的流通，相對(duì)于自然通風(fēng)來講，機(jī)械通風(fēng)要耗費(fèi)大量的能源，其應(yīng)用范圍也僅局限在建筑物內(nèi)部，而且還會(huì)產(chǎn)生噪音，在帶來舒適的同時(shí)，對(duì)自然環(huán)境又造成一定程度的污染。自然通風(fēng)是指大自然中的空氣通過住宅組群和住宅內(nèi)各個(gè)功能空間自由流動(dòng)。自然通風(fēng)可以加速空氣的流動(dòng)，帶來清涼，帶走污染，尤其在炎熱的夏季，能夠改善局部氣候。因此從健康與節(jié)能的角度來講，自然通風(fēng)具有更積極的意義。   在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，不同的建筑形式和組合會(huì)產(chǎn)生不同的通風(fēng)效果，通過科學(xué)的建筑群布局，合理的室內(nèi)功能空間組合，使自然空氣能夠在室內(nèi)外以最暢通的方式流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)最佳的自然通風(fēng)效果。   2合理利用風(fēng)壓和熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)   建筑物中的自然通風(fēng)，關(guān)鍵在于室內(nèi)、外空氣之間存在著壓力差。形成空氣壓力差的原因有二：一是熱壓作用；另一個(gè)是風(fēng)壓作用（圖1）。   2.1利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)   風(fēng)壓是指空氣流受到阻擋時(shí)產(chǎn)生的靜壓。在具有良好外部風(fēng)環(huán)境的地區(qū),風(fēng)壓可作為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的主要手段。當(dāng)風(fēng)吹過建筑物時(shí)，由于建筑物的阻擋，迎風(fēng)面氣流受阻，靜壓增高；側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面將產(chǎn)生局部渦流，靜壓降低。這樣便在迎風(fēng)面與背風(fēng)面之間形成壓力差，室內(nèi)外的空氣在這個(gè)壓力差的作用下由壓力高的一側(cè)向壓力低的一側(cè)流動(dòng)。（圖2）   另外，伯努利流體原理顯示，流動(dòng)空氣的壓力隨其速度的增加而減小，從而形成低壓區(qū)。根據(jù)這種原理，可以在建筑中局部留出橫向的通風(fēng)通道，當(dāng)風(fēng)從通道吹過時(shí)，會(huì)在通道中形成負(fù)壓區(qū)，從而帶動(dòng)周圍空氣的流動(dòng)，這就是管式建筑的通風(fēng)原理。通風(fēng)的管式通道要在一定的方向上封閉，而在其他方向開敞，從而形成明確的通風(fēng)方向。這種通風(fēng)方式可以在大進(jìn)深的建筑空間中達(dá)到較好的通風(fēng)效果。   2.2利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)   自然通風(fēng)的另一原理是利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差——即通常講的“煙囪效應(yīng)”來實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。由于建筑物內(nèi)外空氣的溫度差產(chǎn)生了空氣密度的差別，于是形成壓力差，驅(qū)使室內(nèi)外的空氣流動(dòng)。室內(nèi)溫度高的空氣比重小而上升，并從建筑物上部風(fēng)口排出，這時(shí)會(huì)在低密度空氣原來的地方形成負(fù)壓區(qū)，于是，室外溫度比較低而比重大的新鮮空氣從建筑物的底部被吸入，從而室內(nèi)外的空氣源源不斷地進(jìn)行流動(dòng)。   3自然通風(fēng)在住宅設(shè)計(jì)中的運(yùn)用 影響自然通風(fēng)的因素對(duì)于建筑本身而言，有建筑物的高度、進(jìn)深、長(zhǎng)度和迎風(fēng)方位；對(duì)于建筑群體而言，有建筑的間距、排列組合方式和建筑群體的迎風(fēng)方位；對(duì)于住宅區(qū)規(guī)劃而言，有住宅區(qū)的合理選址以及住宅區(qū)道路、綠地、水面的合理布局等，以便達(dá)到最佳的通風(fēng)效果。以下就幾方面加以說明。   3.1建筑物的朝向   要確定建筑物的朝向，不但要了解當(dāng)?shù)厝照樟枯^多的方向，還要了解當(dāng)?shù)仫L(fēng)的相關(guān)特性，包括冬季和夏季主導(dǎo)風(fēng)的方向、速度以及風(fēng)的溫度。每一個(gè)地區(qū)有自己風(fēng)的特點(diǎn)，由于建筑物迎風(fēng)面最大的壓力是在與風(fēng)向垂直的面上，因此，在選擇建筑物朝向時(shí)，應(yīng)盡量使建筑主立面朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，而側(cè)立面對(duì)著冬季主導(dǎo)風(fēng)向；南向是太陽(yáng)輻射量最多的方向，加之我國(guó)大部分地區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向都是南或南偏東，故無論從改善夏季自然通風(fēng)、調(diào)節(jié)房間熱環(huán)境，還是從減少冬季、夏季的房間采暖空調(diào)負(fù)荷的角度來講，南向都是建筑物朝向最好的選擇。而且選擇南向這樣的朝向也有利于避免東、西曬，兩者都可以兼顧。對(duì)于那些朝向不夠理想的建筑，就應(yīng)采取有效措施妥善解決上述兩方面問題。   3.2建筑物的間距   建筑物南北向日照間距較小時(shí)，前排建筑遮擋后排建筑，風(fēng)壓小，通風(fēng)效果差；反之，建筑日照間距較大時(shí)，后排建筑的風(fēng)壓較強(qiáng)，自然通風(fēng)效果愈好。所以在住宅組團(tuán)設(shè)計(jì)中，加大部分住宅樓的間距，形成組團(tuán)綠地，對(duì)改善綠地下風(fēng)側(cè)住宅的自然通風(fēng)，有較好的效果，同時(shí)還能為人們提供良好的休息和交流的場(chǎng)所。   同時(shí)在條件許可的時(shí)候，盡量加大山墻的間距。因?yàn)槭彝鈿饬鞔颠^呈行列式布局的建筑群時(shí)，在建筑物的山墻之間將形成一條空氣射流。當(dāng)采用錯(cuò)列式布置方式，可以利用住宅山墻間的空氣射流，改善下風(fēng)方向住宅和自然通風(fēng)，效果顯著。山墻間距的大小，取決于住宅間距。住宅間距越大，山墻的間距也應(yīng)越大，以便使足夠的空氣射流能吹到后排住宅上。過小的住宅樓山墻間距，對(duì)消防、綠化和道路交通有不利的影響。   3.3建筑群的布局   建筑群的布置和自然通風(fēng)的關(guān)系，可以從平面和空間兩個(gè)方面來考慮。   （一）從平面規(guī)劃的角度來分析，建筑群的布局有行列式、周邊式和散點(diǎn)式。行列式是最基本的建筑群布局，是條式單元住宅或聯(lián)排式住宅按一定朝向和合理間距成排布置的方式，其布局包含并列式，錯(cuò)列式和斜列式；并列式布局發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，從而形成錯(cuò)列式和斜列式以及周邊式的布局（圖3）。   從圖4可看出并列式的建筑布局雖然由于建筑群內(nèi)部的流場(chǎng)因風(fēng)向投射角不同而有很大變化，但總體說來受風(fēng)面較??；錯(cuò)列和斜列可使風(fēng)從斜向?qū)虢ㄖ簝?nèi)部，下風(fēng)向的建筑受風(fēng)面大一些，風(fēng)場(chǎng)分布較合理,所以通風(fēng)好。   周邊式住宅建筑沿街坊或院落周邊布置的形式，這種布置形式形成封閉或半封閉的內(nèi)院空間，風(fēng)的投射面非常小，風(fēng)很難導(dǎo)入，這種布置方式只適于冬季寒冷地區(qū)(圖5)；散點(diǎn)式住宅布局包括低層獨(dú)院式住宅，多層點(diǎn)式及高層塔式住宅布局，散點(diǎn)式住宅自成組團(tuán)或圍繞住宅組團(tuán)中心建筑、公共綠地、水面有規(guī)律地或自由布置，通風(fēng)效果好(圖6)。在進(jìn)行建筑群規(guī)劃的同時(shí)，路網(wǎng)的設(shè)計(jì)也同時(shí)在進(jìn)行，有時(shí)方正的住宅小區(qū)地塊通過改變小區(qū)道路以往“橫平豎直”的規(guī)劃模式，大膽采用以曲代直的規(guī)劃方法，人為地創(chuàng)造出建筑群的不同布局方式，從而創(chuàng)造出“雖由人做，宛自天開”的自然環(huán)境和良好的自然通風(fēng)來。同時(shí)將居住區(qū)主要道路設(shè)計(jì)主通風(fēng)道，沿通風(fēng)廊道流向各個(gè)住宅組團(tuán)，然后再?gòu)慕M團(tuán)內(nèi)庭院空間分流到住宅，加速自然風(fēng)的流動(dòng)。如下圖（圖7），原先為中規(guī)中矩的建筑群和路網(wǎng)布局方式，小區(qū)規(guī)劃略顯呆板，行列式的建筑群布局使得小區(qū)內(nèi)的自然通風(fēng)分布的不夠均勻，有些樓體的通風(fēng)較差。通過調(diào)整路網(wǎng)，使得建筑布局之間不再是簡(jiǎn)單的行列關(guān)系，而是互動(dòng)起來，形成組團(tuán)，疏密有致，疏的地方設(shè)計(jì)成組團(tuán)之間的綠化。自然風(fēng)通過主干道流向各組團(tuán)，又通過組團(tuán)之間的綠化空間流向個(gè)住宅。從而在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，充分地利用自然風(fēng)，達(dá)到節(jié)能和優(yōu)化小區(qū)風(fēng)環(huán)境的目的。   建筑群的布局對(duì)自然風(fēng)的引入有很大影響，同時(shí)風(fēng)向與建筑的關(guān)系也對(duì)自然風(fēng)的引入有很大影響。風(fēng)向投射角是指風(fēng)向投射線與房屋墻面法線的交角，（圖8）對(duì)單體建筑來講，風(fēng)向投射角愈小，對(duì)房間愈有利。但對(duì)建筑組團(tuán)來講，要考慮前排建筑形成的風(fēng)影區(qū)對(duì)后排建筑的影響。（圖9）比較典型的如居住小區(qū)中的住宅，一般都是平行排列的多排建筑。如果正吹，屋后的風(fēng)影區(qū)較大，從而影響了自然通風(fēng)效果。因此，應(yīng)避免住宅長(zhǎng)軸垂直于夏季主導(dǎo)風(fēng)向，從而減少前排房屋對(duì)后排房屋通風(fēng)的不利影響，形成很好的通風(fēng)對(duì)流。一般來說，房屋與風(fēng)向入射角保持30°、60°通風(fēng)效果最好。 （二）從立面設(shè)計(jì)的角度來分析，應(yīng)使建筑單體間高低有序。要使氣流通過小區(qū)時(shí)不形成漩渦、下沖氣流等不良高速氣流。在建筑群體組合時(shí)，當(dāng)一棟建筑遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他建筑（圖10）或樓間距相近的建筑群體中有兩棟建筑間距突然加大（圖11），這時(shí)下沖氣流加大，形成高速風(fēng)，造成熱損失加大和居住者的不舒適。   同樣，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免建筑之間風(fēng)的遮擋。建筑群的布局盡可能沿夏季主導(dǎo)風(fēng)向，臨近主導(dǎo)風(fēng)向建筑宜為低層和多層，處于小區(qū)邊緣，遠(yuǎn)離主導(dǎo)風(fēng)向的建筑宜采用小高層和高層，這樣一方面可以把自然風(fēng)引入小區(qū)內(nèi)，一方面又起到阻隔冬季東北風(fēng)的作用。   4結(jié)語(yǔ) 自然通風(fēng)是一種廉價(jià)的生態(tài)節(jié)能技術(shù)，建筑設(shè)計(jì)者應(yīng)該從建筑物的規(guī)劃、建筑單體設(shè)計(jì)到構(gòu)造設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都對(duì)自然通風(fēng)的可應(yīng)用性和效果仔細(xì)考慮，有效地利用自然通風(fēng)解決住宅中熱舒適性和空氣質(zhì)量問題，在不增加住戶投資的情況下，就能營(yíng)造一個(gè)健康、舒適的居室環(huán)境