绿色建筑的被动式自然通风设计方法

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［摘要］本文通过对绿色建筑的自然通风组织原理的深入分析，结合国内外利用风压和热压原理组织建筑空间自然通风的典型案例，试图找到有效的被动式自然通风组织方法和策略，为未来绿色建筑良性发展提供新思路。

［关键词］被动式；绿色建筑；空间组织；自然通风

1自然通风的组织原理

建筑自然通风是指利用自然的手段来促使空气流动，将室外空气引入室内进行通风换气，以维持室内空气舒适性。自然通风的基本原理在于，当建筑开口的两侧存在压力差，就会有空气流过开口。可见，自然通风的驱动力来自于“压差”，压差主要由“风压”和“热压”形成。其中，“风压”是指室外绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差；“热压”是指温差引起的空气密度差所导致的建筑开口内外的压差。

2自然通风的组织形式

建筑的自然通风原理主要有三种，即以风压作用为主导、以热压作用为主导和风压、热压结合作用为主导的被动式通风。

2.1利用风压组织建筑空间

利用风压组织建筑通风时，应综合考虑风速、建筑总体规划布局、与风向成角关系、建筑物几何形态及周围环境等诸多影响因素。要想获得良好的自然通风效果，首先建筑物室外的平均风速不宜小于2—3m/s，建筑布局时尽量与夏季主导风向垂直，以增加风压利于形成“穿堂风”。其次，合理利用建筑周边建设环境和自然景观条件，巧妙利用伯努利效应和文丘里效应形成正压风和负压风的原理来组织和调控建筑的自然通风。例如皮亚诺设计的芝贝欧文化中心（TjibaouCulturalCenter），位于澳大利亚东侧的南太平洋沿岸，气候炎热潮湿，常年受来自海洋的西风影响。因此，该建筑采用抗风压能力较强的“棚屋”结构，将其背向常年主导风向，并在其肋架结构中设置可调控的百叶和上下开口，以应对不同风向与风速对建筑内部气流产生的影响，从而实现自然通风、降温、除湿的效果。

2.2利用热压组织建筑空间

热压通风是由于建筑腔体内外存在温差和空气密度差导致的，由于空气受热后密度会变小，从而产生向上浮升的动力，此时，在建筑上方和下方有明显高差的地方分别设置开口，室内的热空气就会通过上方开口排到室外，而室外冷空气通过下方开口流入室内，从而形成自下而上的循环气流，即所谓的“烟囱效应”。但应注意，只有当室内外温差和进出风口高差足够大时，烟囱效应才易于实现。例如在空间组织时利用上下层贯通的中庭空间形成“拔风竖井”，或将楼梯间做成“风塔”强化拔风效果，从而实现利用热压进行自然通风。

2.3利用风压与热压组织建筑空间

由于风压作用受环境因素影响较大，具有不稳定性，而热压作用虽易于实现，但仅依靠烟囱效应形成的空气流动又较为缓慢，效果不明显。因此，在建筑空间组织时应将风压作用和热压作用协同配合，恰当增强或减弱通风效果以适应不同的建筑室内空气环境需求。例如张家港生态农宅项目，就是利用了组合式通风方法，通过调整建筑朝向和庭院空间组织关系，结合建筑进出风口位置的巧妙设计，配合共享空间的拔风作用以及“文丘里效应”的抽吸力，强化了整个建筑空间的自然通风效果。

3自然通风组织设计方法

建筑自然通风组织设计时应充分考虑建筑的场地环境和气候条件等因素对室内外风环境产生的影响，合理规划建筑布局、设计建筑体型与空间组合、通风口位置等。（1）建筑长边或凹口部分宜朝向夏季主导风向，有利于增加风压形成自然通风效果。（2）采用传统民居中常用的内庭院和底层架空的空间组织方式，有利于获得通风散热效果。（3）双侧开窗通风时，房间进深一般不宜超过净高的5倍，单侧通风时，进深不宜超过净高的2.5倍，有利于形成“穿堂风”。另外，增加适当窗户面积并使对向窗口错位布置，有利于增强通风效果。（4）在建筑中设置中庭、楼梯间、通风井及其他高出屋面的风塔，有利于加强空间垂直方向上的空气流动，从而产生“烟囱效应”获得良好的自然通风效果。（5）灵活布置太阳房、双层玻璃幕墙、特隆布墙、导风板、屋顶通风层等构造方式，在组织建筑空间时充分利用热压和风压原理形成自然通风。

4结论

综上所述，建筑的被动式通风设计是现代绿色建筑最常使用并且技术较为成熟的节能设计手段，这种方法可以采用低成本、少能耗、零污染的方式实现室内的自然通风，从而使建筑空间获得高舒适性和有利于身心健康的新鲜空气。由于不同的建筑具有不同的建设环境和气候条件背景，在实际的建筑设计中，我们应该针对不同建筑的自身特点制定被动式通风设计策略。被动式超低能耗建筑的发展潜力巨大，经济效益前景可观，加之国家政府和机构不断出台的有利政策，我们应该抓住机遇迎接挑战，希望更多的建筑师能够关注并推进建筑的自然通风设计，早日实现低能耗、零能耗甚至产能建筑的发展。

参考文献

[1]刘抚英.绿色建筑设计策略[M].中国建筑工业出版社，2012.06.

[2]东北严寒地区建筑的被动式通风设计研究[D].沈阳建筑大学硕士论文，2012.06

[3]宋琪.被动式建筑设计基础理论与方法研究[D].西安建筑科技大学博士论文，2015.06.

[4]绿色建筑与节能技术[D].青岛理工大学硕士论文，2014.12.

作者：郝妙琦 许德丽 单位：沈阳城市建设学院