自然風(fēng)在房屋建筑設(shè)計中的應(yīng)用與分析

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摘要：隨著能源的日趨短缺，作為能源消耗大戶的建筑行業(yè)，通過節(jié)能手段來減少能源的消耗是十分有必要的。自然風(fēng)的利用是近幾年房屋建筑設(shè)計的新措施，本文主要探討了房屋建筑設(shè)計中自然風(fēng)的幾種利用方式，值得推廣應(yīng)用。 

關(guān)鍵詞：房屋建筑；自然通風(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能；自然風(fēng)；應(yīng)用  眾所周知，我國資源是比較短缺的，而建筑節(jié)能是有利于從根本上促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源短缺的壓力?，F(xiàn)階段我國大力推進(jìn)建筑節(jié)能，建筑節(jié)能處在關(guān)鍵時期。自然風(fēng)被譽(yù)為僅次于太陽能的第二大可再生能源，自然風(fēng)的利用潛力是巨大的。在低碳時代的今天，如何加強(qiáng)自然風(fēng)應(yīng)用成為了房屋建筑節(jié)能設(shè)計的新話題。  1 房屋建筑設(shè)計中自然風(fēng)的應(yīng)用技術(shù)  1.1 自然通風(fēng)系統(tǒng)  建筑的自然通風(fēng)系統(tǒng)利用風(fēng)的物理特性促使空氣在建筑內(nèi)流動，是室外的空氣在熱壓和風(fēng)壓的作用下對室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)換氣的一種系統(tǒng)形式，能引進(jìn)新鮮且比室內(nèi)溫度適宜的室外空氣，在炎熱季節(jié)中，最大限度促地進(jìn)空氣流動，有效降低室內(nèi)氣溫；在寒冷條件下，減小空氣流動，以避免出現(xiàn)冷空氣紊流，從而維持室內(nèi)舒適度。自然通風(fēng)可節(jié)省可觀的能源負(fù)荷而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。按照建筑通風(fēng)系統(tǒng)中的作用程度與范圍不同，可將通風(fēng)方式分為以下幾種。  ①利用風(fēng)壓自然通風(fēng)  風(fēng)壓通風(fēng)是通過水平方向的風(fēng)力壓差引導(dǎo)通風(fēng)。風(fēng)會在建筑的迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓，在背風(fēng)面產(chǎn)生負(fù)壓，建筑周圍的環(huán)境、建筑的形式、建筑與風(fēng)的夾角等都會影響壓力差的大小。通常說的“穿堂風(fēng)”就是利用風(fēng)壓在建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動。由于自然風(fēng)變化幅度較大，在不同季節(jié)的風(fēng)向、風(fēng)速會不同，應(yīng)采取一定的構(gòu)造措施來調(diào)節(jié)室內(nèi)氣流狀況。  ②利用熱壓自然通風(fēng)  利用建筑內(nèi)部的熱壓，通過室內(nèi)空氣在垂直方向上的溫度壓差使空氣流動，產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”。有時建筑周圍高大建筑、植被的影響，以及自然風(fēng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致建筑周圍形不成足夠的風(fēng)壓，此時便可利用熱壓原理來加速自然通風(fēng)。  ③機(jī)械輔助式自然通風(fēng)  通常一些大型商業(yè)建筑、展覽館、體育館等，通風(fēng)路徑長，流動阻力大，自然風(fēng)壓、熱壓不足以實現(xiàn)自然通風(fēng)。尤其是空氣和噪音污染嚴(yán)重的大城市，不宜直接自然通風(fēng)，因為這樣可能將室外污濁的空氣和噪音帶入室內(nèi)，危害人體健康。所以這些情況下便可借助一定的機(jī)械方式來實現(xiàn)室內(nèi)自然通風(fēng)，改善室內(nèi)的通風(fēng)狀況。  1.2 風(fēng)能的利用系統(tǒng)  風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，目前使用較為成熟的風(fēng)力能源利用系統(tǒng)是風(fēng)車或稱“風(fēng)力渦輪機(jī)”，它們一般能夠利用40%～50%的風(fēng)能，效率高的甚至達(dá)到70%，要優(yōu)于傳統(tǒng)的水力發(fā)電和蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。高而平穩(wěn)上升的山脊上并靠近頂部是風(fēng)力能源收集的理想位置，還需要有大面積平地與順風(fēng)的地方?？拷郊馆^為理想，但也取決于斜坡度的傾斜度和風(fēng)流的角度。  2 房屋建筑規(guī)劃設(shè)計中自然風(fēng)的應(yīng)用  2.1 建筑物的朝向  在確定建筑物的朝向之前，應(yīng)了解當(dāng)?shù)仫L(fēng)的相關(guān)特性，如夏季和冬季主導(dǎo)風(fēng)的方向及速度等，通常應(yīng)盡量使建筑主立面朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向。  2.2 建筑物的間距  如果建筑物南北向日照間距較小，后排建筑會被前排建筑遮擋，造成風(fēng)壓小，不利于風(fēng)，而日照間距較大時，風(fēng)壓就強(qiáng)，自然通風(fēng)效果也好。所以在建筑群的規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)適當(dāng)加大建筑的間距，形成組團(tuán)綠地，改善自然通風(fēng)條件，同時也為人們提供良好的休息和交流的場所。  2.3 建筑群的布局  建筑群的布局宜采用散點(diǎn)式，可使中心建筑、公共綠地等有規(guī)律地或自由布置，取得較好的通風(fēng)效果。路網(wǎng)設(shè)計可采用以曲代直的規(guī)劃方法，創(chuàng)造出良好的自然通風(fēng)環(huán)境。在建筑群的主要道路設(shè)計主通風(fēng)道，再沿通風(fēng)廊道流向各建筑，使自然風(fēng)暢通。  3 房屋建筑單體設(shè)計中對自然風(fēng)的應(yīng)用  3.1 建筑中庭設(shè)計  建筑中庭具有調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候和節(jié)約建筑能耗的作用，在各類公共建筑應(yīng)用較為廣泛。中庭設(shè)計通常采用大面積玻璃維護(hù)結(jié)構(gòu)，讓陽光穿透室內(nèi)，并阻擋來自室內(nèi)的長波輻射，防止熱量外溢，有利于提高冬季建筑室內(nèi)溫度；中庭內(nèi)外空氣壓力差引起室內(nèi)外空氣流動，其垂直高度較大，可通過煙囪效應(yīng)加快氣流速度，排放室內(nèi)多余熱量，引入室外新鮮空氣，降低了室內(nèi)溫濕度，節(jié)省了夏季空調(diào)費(fèi)用。但為防止冬季的煙囪效應(yīng)引入大量寒風(fēng)，夏季的溫室效應(yīng)導(dǎo)致室內(nèi)過熱，應(yīng)合理地設(shè)計中庭。  建筑的中庭設(shè)計，應(yīng)根據(jù)外部情況，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施形成誘導(dǎo)通風(fēng)，改善室內(nèi)環(huán)境，避免大量能源的耗費(fèi)。建筑的平面形式和剖面形式應(yīng)合理選擇，對體型較大的建筑中庭設(shè)計，其敞口應(yīng)大致朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，并且可增加它對外的開口面積，以解決大進(jìn)深中庭的采光問題。中庭設(shè)計應(yīng)該合理利用氣壓流動原理進(jìn)行空間布局，創(chuàng)造良好的自然通風(fēng)條件。如在中庭的夏季下風(fēng)側(cè)位置專設(shè)一項豎向拔風(fēng)空間，產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，并兼作自然采光口，人們可通過調(diào)整豎向空間設(shè)計、上部窗口的開啟大小來進(jìn)行自然通風(fēng)的控制；其豎向空間頂端設(shè)一弧形的蓄熱墻，吸收熱能，加強(qiáng)熱壓對通風(fēng)的促進(jìn)作用。中庭設(shè)計造風(fēng)的一個重要手法是通過建筑設(shè)計手法制造環(huán)境各部位的溫差，如采用玻璃中庭，可形成溫度差異，改善通風(fēng)條件，并且能在夏季防止過當(dāng)?shù)脽帷?nbsp; 3.2 建筑窗的設(shè)計  大多數(shù)建筑可通過門窗對房間進(jìn)行單側(cè)通風(fēng)或?qū)α魍L(fēng)來實現(xiàn)自然通風(fēng)，而窗戶的氣流量取決于自然風(fēng)在立面豎向分布的情況及窗戶的面積。窗的設(shè)計涉及形狀、方位、高度及開啟的大小等，它們都會對室內(nèi)氣流情況產(chǎn)生影響。  不同形狀窗產(chǎn)生的通風(fēng)氣流可能影響室內(nèi)的不舒適區(qū)域，窗的形狀在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮室內(nèi)風(fēng)影區(qū)的覆蓋范圍，因為風(fēng)影區(qū)中的空氣流動較少。窗的方位設(shè)計對房間中可獲取的太陽能及熱量的損失情況影響較大，冬季南向開大窗有利于獲取更多的太陽熱量，東向西向的窗戶上常做遮簾，北面開小窗有利于減少熱量散失。窗戶的合理設(shè)計應(yīng)成為良好的建筑裝置，冬季也不影響建筑的保溫效果，夏季既要能遮擋陽光，又同時獲取最大的通風(fēng)量。將窗戶交錯排列而不是成一條直線排列，將有利于加強(qiáng)空氣流動。由于溫差導(dǎo)致空氣上升，所以窗的高度也會影響室內(nèi)的通風(fēng)效果。高處位置的窗戶有助于氣流流動，并能在陰天提供最好的采光；中部的窗可提供均勻的通風(fēng)，但采光不均勻；低窗不能提供很好的通風(fēng)條件，但可使光線經(jīng)地面反射后均勻分布。所有建筑窗的大小均須滿足日照、通風(fēng)、及太陽能的遮擋或透入。在濕熱地區(qū)，窗戶面積宜大以便于通風(fēng)；在寒冷地區(qū)，窗戶宜大且密封性要好，即可充分吸收太陽能，又可以防止冷風(fēng)滲透；在干熱氣候區(qū)，通常采用面積小的窗戶，因為較小的窗戶即可獲得充分的采光，并防止更多的熱量進(jìn)入室內(nèi)，但如果為改善通風(fēng)條件而加大窗戶尺寸，必須采取有效的遮陽防輻射措施。  3.3 通風(fēng)換氣塔的設(shè)計  風(fēng)塔的設(shè)計一般利用熱壓通風(fēng)原理，該系統(tǒng)通過煙囪效應(yīng)使塔內(nèi)空氣上下流動。夏季高溫時，塔內(nèi)溫度很高，煙囪效應(yīng)使室內(nèi)熱空氣被抽入塔頂，取而代之的是來自庭院的涼空氣，這樣在無風(fēng)的情況下室內(nèi)也可獲得舒適的氣流。風(fēng)塔在結(jié)合下部的水景或者水盆后會具有更好的通風(fēng)效果，水蒸發(fā)伴隨的吸熱現(xiàn)象，可以使風(fēng)塔內(nèi)部豎向空間溫度差增大，從而使空流動加速，并且水的蒸發(fā)還能改善空氣干燥的狀況。  通風(fēng)換氣塔進(jìn)出風(fēng)口的高差對熱壓通風(fēng)影響較大，塔越高，上下部之間的溫差和壓力差越大，空氣流速就越大，所以利用熱壓通風(fēng)的建筑一般會通過拔高的風(fēng)塔來增加上下的壓差。風(fēng)塔的尺寸與位置與建筑周邊的風(fēng)環(huán)境有關(guān)，一般將風(fēng)塔設(shè)置在建筑的迎風(fēng)面會取得最高的利用效率，但為了改善整體建筑的通風(fēng)效果，通常將風(fēng)塔設(shè)在靠近建筑中心的位置，對四周的氣流均可產(chǎn)生吸力。風(fēng)塔進(jìn)出風(fēng)口的形式也會對熱壓通風(fēng)造成影響，在出口處設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板，通過漏斗狀的開口來壓縮氣流，增大風(fēng)速，使產(chǎn)生的負(fù)壓更大，增強(qiáng)了風(fēng)塔拔風(fēng)的效果。  3.4 雙層玻璃幕墻設(shè)計  雙層玻璃幕墻系統(tǒng)具有較好的節(jié)能潛力，有外掛式、空氣環(huán)流式和走廊式雙層玻璃幕墻等幾種形式，被公認(rèn)為具有“生態(tài)”意義的建造方式。在夏季，雙層玻璃幕墻中間的遮陽百葉可遮擋較強(qiáng)的陽光輻射，積聚在外層窗和百葉之間的熱空氣上升至頂部排出，使夾層內(nèi)的溫度降低；寒冷的冬季，雙層玻璃之間的空氣層則起到保溫作用。此外，雙層玻璃幕墻還可有效解決高層建筑的通風(fēng)問題，其外層的玻璃可阻擋高空的風(fēng)力，避免直接開窗造成紊流，而由室內(nèi)的窗戶從幕墻的中間層引入新鮮空氣。  4 結(jié)語  總之，在人們生態(tài)環(huán)保意識日益加強(qiáng)的趨勢下，自然風(fēng)的應(yīng)用已經(jīng)成為房屋建筑設(shè)計當(dāng)中一項重要的內(nèi)容，越來越受到人們的重視。自然風(fēng)是種廉價、環(huán)保的自然資源，建筑師們應(yīng)該在建筑設(shè)計中盡可能利用自然風(fēng)，降低能耗，減少污染，走符合可持續(xù)發(fā)展原則的建筑創(chuàng)作之路，不斷為保護(hù)好我們的自然環(huán)境做出應(yīng)用的貢獻(xiàn)。  參考文獻(xiàn)  [1] 任彬彬，淺析建筑節(jié)能中的自然通風(fēng)技術(shù)[j]城市建設(shè)理論研究，2011.15