綠色建筑的被動式自然通風設計方法

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［摘要］本文通過對綠色建筑的自然通風組織原理的深入分析，結合國內外利用風壓和熱壓原理組織建筑空間自然通風的典型案例，試圖找到有效的被動式自然通風組織方法和策略，為未來綠色建筑良性發展提供新思路。

［關鍵詞］被動式；綠色建筑；空間組織；自然通風

1自然通風的組織原理

建筑自然通風是指利用自然的手段來促使空氣流動，將室外空氣引入室內進行通風換氣，以維持室內空氣舒適性。自然通風的基本原理在于，當建筑開口的兩側存在壓力差，就會有空氣流過開口。可見，自然通風的驅動力來自于“壓差”，壓差主要由“風壓”和“熱壓”形成。其中，“風壓”是指室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開口處的壓差；“熱壓”是指溫差引起的空氣密度差所導致的建筑開口內外的壓差。

2自然通風的組織形式

建筑的自然通風原理主要有三種，即以風壓作用為主導、以熱壓作用為主導和風壓、熱壓結合作用為主導的被動式通風。

2.1利用風壓組織建筑空間

利用風壓組織建筑通風時，應綜合考慮風速、建筑總體規劃布局、與風向成角關系、建筑物幾何形態及周圍環境等諸多影響因素。要想獲得良好的自然通風效果，首先建筑物室外的平均風速不宜小于2—3m/s，建筑布局時盡量與夏季主導風向垂直，以增加風壓利于形成“穿堂風”。其次，合理利用建筑周邊建設環境和自然景觀條件，巧妙利用伯努利效應和文丘里效應形成正壓風和負壓風的原理來組織和調控建筑的自然通風。例如皮亞諾設計的芝貝歐文化中心（TjibaouCulturalCenter），位于澳大利亞東側的南太平洋沿岸，氣候炎熱潮濕，常年受來自海洋的西風影響。因此，該建筑采用抗風壓能力較強的“棚屋”結構，將其背向常年主導風向，并在其肋架結構中設置可調控的百葉和上下開口，以應對不同風向與風速對建筑內部氣流產生的影響，從而實現自然通風、降溫、除濕的效果。

2.2利用熱壓組織建筑空間

熱壓通風是由于建筑腔體內外存在溫差和空氣密度差導致的，由于空氣受熱后密度會變小，從而產生向上浮升的動力，此時，在建筑上方和下方有明顯高差的地方分別設置開口，室內的熱空氣就會通過上方開口排到室外，而室外冷空氣通過下方開口流入室內，從而形成自下而上的循環氣流，即所謂的“煙囪效應”。但應注意，只有當室內外溫差和進出風口高差足夠大時，煙囪效應才易于實現。例如在空間組織時利用上下層貫通的中庭空間形成“拔風豎井”，或將樓梯間做成“風塔”強化拔風效果，從而實現利用熱壓進行自然通風。

2.3利用風壓與熱壓組織建筑空間

由于風壓作用受環境因素影響較大，具有不穩定性，而熱壓作用雖易于實現，但僅依靠煙囪效應形成的空氣流動又較為緩慢，效果不明顯。因此，在建筑空間組織時應將風壓作用和熱壓作用協同配合，恰當增強或減弱通風效果以適應不同的建筑室內空氣環境需求。例如張家港生態農宅項目，就是利用了組合式通風方法，通過調整建筑朝向和庭院空間組織關系，結合建筑進出風口位置的巧妙設計，配合共享空間的拔風作用以及“文丘里效應”的抽吸力，強化了整個建筑空間的自然通風效果。

3自然通風組織設計方法

建筑自然通風組織設計時應充分考慮建筑的場地環境和氣候條件等因素對室內外風環境產生的影響，合理規劃建筑布局、設計建筑體型與空間組合、通風口位置等。（1）建筑長邊或凹口部分宜朝向夏季主導風向，有利于增加風壓形成自然通風效果。（2）采用傳統民居中常用的內庭院和底層架空的空間組織方式，有利于獲得通風散熱效果。（3）雙側開窗通風時，房間進深一般不宜超過凈高的5倍，單側通風時，進深不宜超過凈高的2.5倍，有利于形成“穿堂風”。另外，增加適當窗戶面積并使對向窗口錯位布置，有利于增強通風效果。（4）在建筑中設置中庭、樓梯間、通風井及其他高出屋面的風塔，有利于加強空間垂直方向上的空氣流動，從而產生“煙囪效應”獲得良好的自然通風效果。（5）靈活布置太陽房、雙層玻璃幕墻、特隆布墻、導風板、屋頂通風層等構造方式，在組織建筑空間時充分利用熱壓和風壓原理形成自然通風。

4結論

綜上所述，建筑的被動式通風設計是現代綠色建筑最常使用并且技術較為成熟的節能設計手段，這種方法可以采用低成本、少能耗、零污染的方式實現室內的自然通風，從而使建筑空間獲得高舒適性和有利于身心健康的新鮮空氣。由于不同的建筑具有不同的建設環境和氣候條件背景，在實際的建筑設計中，我們應該針對不同建筑的自身特點制定被動式通風設計策略。被動式超低能耗建筑的發展潛力巨大，經濟效益前景可觀，加之國家政府和機構不斷出臺的有利政策，我們應該抓住機遇迎接挑戰，希望更多的建筑師能夠關注并推進建筑的自然通風設計，早日實現低能耗、零能耗甚至產能建筑的發展。

參考文獻

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[4]綠色建筑與節能技術[D].青島理工大學碩士論文，2014.12.

作者：郝妙琦 許德麗 單位：沈陽城市建設學院