唐曉華

（廣西觀筑建筑設(shè)計顧問有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530021）

1 問題分析

當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，建筑能耗增長迅猛。建筑能耗一般包括采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、照明、炊事、家用電器等方面的能耗，其中采暖、空調(diào)能耗約占60%～70%。據(jù)1998年估算的數(shù)據(jù)顯示，中國建筑用商品能源消耗已占全國商品能源消費總量的 27.6%，接近發(fā)達國家的 30%～40%。我國是能源相對貧乏的國家，建筑節(jié)能迫在眉睫，而據(jù)專家估算，約2/3～3/4的建筑能耗可通過合理的措施節(jié)省下來，相對自然通風(fēng)和機械輔助式自然通風(fēng)兩種模式，自然通風(fēng)便是一項成熟而低廉的技術(shù)措施，在建筑設(shè)計中應(yīng)充分、合理地加以使用。本文在建筑節(jié)能的基礎(chǔ)上，從建筑設(shè)計的角度出發(fā)，探討在設(shè)計中如何合理地利用自然通風(fēng)。

2 自然通風(fēng)技術(shù)的節(jié)能優(yōu)勢

與同緯度許多發(fā)達國家相比，我國冬天氣候更冷，夏天氣候更熱，南方空氣濕度高，近幾年愈演愈烈的“電荒”更宣告了今后我國總體能源偏緊的不爭事實。除了南方沿海生產(chǎn)用電的大量增長，電荒的主要原因來源于空調(diào)和北方燃氣供暖，以2003年為例，全國當(dāng)年用電量為1.89萬億千瓦，空調(diào)能耗就占到了15%，且北方冬天采暖耗能比夏季空調(diào)能耗高一個數(shù)量級。我國能源有限，而發(fā)展又是必需的，因此唯有節(jié)能才是自救良方。采用自然通風(fēng)方式的根本目的是取代（或部分取代）空調(diào)制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)有效被動式制冷，當(dāng)室外空氣溫濕度較低時，自然通風(fēng)可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度，帶走潮濕氣體，達到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區(qū)，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風(fēng)輸送處理后的新風(fēng)，而省去風(fēng)機能耗，且無噪聲。這種方式有利于減少能耗、降低污染，符合可持續(xù)發(fā)展的思想，是當(dāng)今建筑普遍采取的一項改革建筑熱環(huán)境、節(jié)約空調(diào)能耗的技術(shù)措施。

3 自然通風(fēng)的原理與模式

建筑的自然通風(fēng)從動力來源上可分為完全自然通風(fēng)和機械輔助自然通風(fēng)兩種模式。完全自然通風(fēng)是由來自室外風(fēng)速形成的“壓差”和建筑表面的洞口間位置及溫度造成的“溫差”形成的室內(nèi)外空氣流動。按照熱力學(xué)原理，建筑室內(nèi)溫度有沿高度逐漸向上遞增的特點，該特點是建筑隨層高增加而使上下之間溫差加劇的主要原因，設(shè)計師也經(jīng)常利用這一點挖掘建筑自然通風(fēng)的潛力。機械輔助自然通風(fēng)是利用溫差造成的熱壓和機械動力相結(jié)合而形成的室內(nèi)外空氣對流。與完全自然通風(fēng)相比，雖然建筑內(nèi)局部作為輔助動力的機械裝置要消耗一定的能源，但通過這種裝置重新組織氣流，甚至在局部“強迫”氣流改向，可以使自然通風(fēng)達到更好的效果。在這兩種通風(fēng)模式中，屋頂都是形成溫差、組織氣流的重要環(huán)節(jié)，在整個自然通風(fēng)系統(tǒng)中起著重要作用。

4 建筑自然通風(fēng)設(shè)計理念

4.1 建筑結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計

4.1.1 利用風(fēng)壓實現(xiàn)自然通風(fēng)

在外部風(fēng)環(huán)境良好的地區(qū)，風(fēng)壓可作為實現(xiàn)自然通風(fēng)的主要手段。風(fēng)壓通風(fēng)即“穿堂風(fēng)”，是指風(fēng)從建筑迎風(fēng)面的進風(fēng)口吹入室內(nèi)，穿過房間，從背風(fēng)面的出風(fēng)口流出。進風(fēng)口和出風(fēng)口之間的風(fēng)壓差越大，房屋內(nèi)部空氣流動阻力越小，通風(fēng)越流暢。合理的建筑規(guī)劃可以充分利用“穿堂風(fēng)”來調(diào)節(jié)建筑物的溫度。

4.1.2 利用熱壓實現(xiàn)自然通風(fēng)

受到周圍建筑布局或高大植被影響的建筑物可以利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差，即“煙囪效應(yīng)”來實現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。根據(jù)熱空氣上升的原理，在建筑上部設(shè)排風(fēng)口將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入，達到自然通風(fēng)的目的。在建筑設(shè)計中，可利用建筑物的樓梯間、中庭等豎向空腔滿足進排風(fēng)口的高差要求，而室內(nèi)外溫差和進、出風(fēng)口的高差越大，熱壓作用越明顯。

4.1.3 風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合實現(xiàn)自然通風(fēng)

在建筑的自然通風(fēng)設(shè)計中，風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)往往是互為補充、密不可分的。一般來說，在建筑進深較小的部位多利用風(fēng)壓來直接通風(fēng)，而進深較大的部位則多利用熱壓來達到通風(fēng)效果。

4.1.4 機械輔助式自然通風(fēng)

在一些大型建筑中，由于通風(fēng)路徑較長，流動阻力較大，單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足以實現(xiàn)自然通風(fēng)。而對于空氣污染和噪聲污染比較嚴重的城市，直接的自然通風(fēng)還會將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi)，不利于人體健康。在這種情況下，常常采用一種機械輔助式的自然通風(fēng)系統(tǒng)。機械輔助式自然通風(fēng)是利用溫差造成的熱壓和機械動力相結(jié)合而形成的室內(nèi)外空氣對流，該系統(tǒng)有一套完整的空氣循環(huán)通道，輔以符合生態(tài)思想的空氣處理手段（如土壤預(yù)冷、預(yù)熱、深井水換熱等），并借助一定的機械方式加速室內(nèi)通風(fēng)。

4.2 建筑構(gòu)件上的優(yōu)化設(shè)計

4.2.1 建筑物門窗洞口的優(yōu)化設(shè)計

建筑物的門窗洞口的設(shè)置以及門窗洞口的尺寸、窗戶的型式和開啟方式，窗墻面積比等的合理設(shè)計，直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動以及通風(fēng)效果。根據(jù)測定，當(dāng)開口寬度為開間寬度的 1/3～2/3，開口大小為地板總面積的 15%～25%時，通風(fēng)效果最佳。開口的相對位置對氣流路線起著決定作用。進風(fēng)口與出風(fēng)口宜相對錯開布置，這樣可以使氣流在室內(nèi)改變方向，使室內(nèi)氣流更均勻，通風(fēng)效果更好。

4.2.2 通風(fēng)隔熱屋面的應(yīng)用

通風(fēng)隔熱屋面通常有以下兩種方式：①在結(jié)構(gòu)層上部設(shè)置架空隔熱層。這種做法把通風(fēng)層設(shè)置在屋面結(jié)構(gòu)層上，利用中間的空氣間層帶走熱量，達到屋面降溫的目的，另外，架空板還保護了屋面防水層；②利用坡屋頂自身結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)層中間設(shè)置通風(fēng)隔熱層，也可得到較好的隔熱效果。

4.2.3 雙層玻璃幕墻圍護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

雙層（或三層）幕墻是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項先進技術(shù)，被譽為“會呼吸的皮膚”，它由內(nèi)外兩道幕墻組成。其通風(fēng)原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個空腔，空腔的兩端有可以控制的進風(fēng)口和出風(fēng)口。在冬季，關(guān)閉進出風(fēng)口，雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”，提高圍護結(jié)構(gòu)表面的溫度；夏季，打開進出風(fēng)口，利用“煙囪效應(yīng)”在空腔內(nèi)部實現(xiàn)自然通風(fēng)，使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走，達到降溫的目的。為了更好地實現(xiàn)隔熱，通道內(nèi)一般設(shè)置有可調(diào)節(jié)的深色百葉。雙層玻璃幕墻在保持外形輕盈的同時，能夠很好地解決高層建筑中過高的風(fēng)壓和熱壓帶來的風(fēng)速過大造成的紊流不易控制的問題，能解決夜間開窗通風(fēng)而無需擔(dān)心安全問題，又可加強圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，并能降低室內(nèi)的噪音。在節(jié)能上，雙層通風(fēng)幕墻由于換氣層的作用比單層幕墻在采暖時節(jié)約能源42%～52%，在制冷時節(jié)約能源38%～60%，是建筑節(jié)能的一個新方向。

4.3 多種其它能源的合理應(yīng)用

4.3.1 太陽能強化自然通風(fēng)

在設(shè)計中，可充分利用太陽能這一可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化為動力進行通風(fēng)。太陽能強化自然通風(fēng)的建筑結(jié)構(gòu)主要有：屋面太陽能煙囪、Trombe墻和太陽能空氣集熱器。以上3種結(jié)構(gòu)可以單獨設(shè)置，但為了在夏季達到更好的冷卻效果，通常將這些做法與其他建筑結(jié)構(gòu)組合成一個有組織的自然通風(fēng)系統(tǒng)。

4.3.2 夜間自然通風(fēng)的利用

蓄熱材料作為建筑維護結(jié)構(gòu)，可以延緩日照等因素對室內(nèi)溫度的影響，使室溫更穩(wěn)定，更均勻，即白天不會因為太陽照射而溫度過高，夜晚不會因迅速冷卻而溫度過低。蓄熱材料在白天吸收大量熱量，使得室溫不至于過高，同時夜間使室內(nèi)溫度居高不下。因此在夏季夜晚利用室外溫度較低的冷空氣對蓄熱材料進行充分的通風(fēng)降溫，是改善夜間室內(nèi)溫度、發(fā)揮蓄熱材料潛力的有效手段。

4.3.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

集中式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以建筑群和小區(qū)為單位，放在小區(qū)的上風(fēng)處；分散式可在多風(fēng)偏僻地區(qū)安裝獨立風(fēng)車，自成體系為建筑能源。這種風(fēng)能利用系統(tǒng)大都是將電力送入電網(wǎng)，建筑物再從電網(wǎng)獲取電力。在偏遠地區(qū)有條件的建筑中可設(shè)風(fēng)/光互補發(fā)電系統(tǒng)，綜合利用風(fēng)能和太陽能，無需架設(shè)遠距離的電網(wǎng)來獲取電力。

5 結(jié)束語

總之，隨著能源消耗和環(huán)境問題的日趨突出及人們節(jié)能意識的逐步加強，利用自然通風(fēng)改善建筑室內(nèi)環(huán)境越來越受到重視。特別是在屬于亞熱帶氣候的嶺南地區(qū)，炎熱、潮濕、多雨的氣候特點決定了嶺南建筑在自然條件中所要解決的主要矛盾是通風(fēng)防熱，而自然通風(fēng)作為一種廉價高效的設(shè)計手段，不但能實現(xiàn)建筑節(jié)能，還能創(chuàng)造健康的人居環(huán)境，是可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計理念的具體體現(xiàn)，具有很深的推廣意義。