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長(zhǎng)久以來,自然通風(fēng)作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的建筑防熱技術(shù)，具有節(jié)能、改善室內(nèi)熱舒適性和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，是人類歷史上長(zhǎng)期賴以改善室內(nèi)環(huán)境的原始手段。過去，在濕熱地帶，人們就開始懂得利用了自然通風(fēng)，如其建筑都有開闊的窗戶、輕便的墻體、深遠(yuǎn)的挑檐、高高在上的頂棚并設(shè)置有通風(fēng)口、架空的建筑等，這在一定程度上表明，人類歷史上早就開始利用自然通風(fēng)來調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。

如今，雖說空調(diào)已經(jīng)廣泛使用，但在學(xué)校建筑大量引入空調(diào)裝置并不是好事，且由于當(dāng)今社會(huì)高度提倡節(jié)約能源和為了保持空氣良好品質(zhì)，有效控制病毒傳播，在這樣的背景下，把自然通風(fēng)這種傳統(tǒng)建筑生態(tài)技術(shù)應(yīng)用在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中，有著重要的意義。

1 自然通風(fēng)的原理

建筑的自然通風(fēng)從動(dòng)力來源上可分為完全自然通風(fēng)和機(jī)械輔助自然通風(fēng)兩種模式。而完全自然通風(fēng)的有兩個(gè)主要的原因：風(fēng)壓以及室內(nèi)外空氣密度差。則自然通風(fēng)的原理有以下幾點(diǎn)：

1.1 風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)

風(fēng)的形成是由于大氣中的壓力差，而風(fēng)壓作用下則是指利用自然界風(fēng)的力量使室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)換氣。如果風(fēng)在通道上遇到了障礙物，如樹和建筑物，就會(huì)產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換。動(dòng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力，于是迎風(fēng)面上產(chǎn)生正壓（約為風(fēng)速動(dòng)壓力的0.5～0.8倍），而背風(fēng)面上產(chǎn)生負(fù)壓（約為風(fēng)速動(dòng)壓力的0.3～0.4倍）。如建筑物上有門窗，風(fēng)可以從迎風(fēng)面的門窗吹進(jìn)來，室內(nèi)空氣則從背風(fēng)面孔口排出，就形成了全面換氣的風(fēng)壓自然通風(fēng)。但需注意的是，某一建筑物周圍風(fēng)壓與該建筑的幾何形狀、建筑相對(duì)于風(fēng)向的方位、風(fēng)速和建筑周圍的自然地形有關(guān)。

1.2 熱壓作用下的自然通風(fēng)

熱壓是室內(nèi)外空氣的溫度差引起的，就是利用熱空氣上升的原理，在建筑物上部設(shè)排風(fēng)口，排出室內(nèi)被污染的空氣，吸入室外新鮮的空氣。由于溫度差的存在，室內(nèi)外密度差產(chǎn)生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現(xiàn)壓力梯度，如果室內(nèi)溫度高于室外，建筑物的上部將會(huì)有較高的壓力，而下部存在較低的壓力。當(dāng)這些位置存在孔口時(shí)，空氣通過較低的開口進(jìn)入，從上部流出；如果室內(nèi)溫度低于室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個(gè)開口處的高度差和室內(nèi)外的空氣密度差。在設(shè)計(jì)中，可利用建筑物內(nèi)部貫穿多層的豎向空腔，如樓梯間、中庭等，滿足進(jìn)、排風(fēng)口的高度差，將建筑各層的熱空氣排出，使得建筑物能夠具有良好的通風(fēng)效果。

1.3 風(fēng)壓、熱壓共同作用下的自然通風(fēng)

在實(shí)際建筑中的自然通風(fēng)是風(fēng)壓和熱壓共同作用的結(jié)果，只是各自的作用有強(qiáng)有弱。由于風(fēng)壓受到天氣、室外風(fēng)向、建筑物形狀、周圍環(huán)境等因素的影響，風(fēng)壓與熱壓共同作用時(shí)并不是簡(jiǎn)單的線性疊加。如同一建筑物，迎風(fēng)面下部熱壓，風(fēng)壓作用的方向一致，進(jìn)風(fēng)量要比熱壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)大，如果迎風(fēng)面上部的風(fēng)壓大于熱壓，就不能從上部開口排氣，相反將變?yōu)檫M(jìn)氣，進(jìn)成倒灌。但由于室外風(fēng)速，方向甚至在一天內(nèi)也變化不定，為了保證自然通風(fēng)的效果，風(fēng)壓在計(jì)算中一般均不予考慮；不過由于風(fēng)壓是客觀存在的，故定性地考慮風(fēng)壓在自然通風(fēng)中的影響，使風(fēng)壓和熱壓作用相互補(bǔ)充，密切配合使用，仍是必要的。

1.4 機(jī)械輔助式自然通風(fēng)

在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中，由于人口密度大，流動(dòng)阻力較大，單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，且對(duì)于空氣污染和噪聲污染比較嚴(yán)重的城市，直接的自然通風(fēng)還會(huì)將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內(nèi)，不利于學(xué)生的身體健康。在這種情況下，可借助一種機(jī)械輔助方式加速室內(nèi)通風(fēng)。

2 自然通風(fēng)在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)

影響自然通風(fēng)的因素，對(duì)于學(xué)校建筑規(guī)范而言，有建筑物的朝向、空間布局、建筑群布局、門窗設(shè)計(jì)等，只有合理設(shè)計(jì)，方能達(dá)到自然通風(fēng)和節(jié)約能源的目的。

2.1 建筑物的朝向和平面形狀

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。經(jīng)測(cè)試表明：東西向比南北向的冷負(fù)荷約增加70%。因此，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，建筑物應(yīng)盡量采用南北向，對(duì)學(xué)校類建筑更應(yīng)該如此。本身在教室集中的教學(xué)樓等區(qū)域，安裝空調(diào)機(jī)的需求較少，對(duì)會(huì)議室、教師辦公室、休息室等個(gè)別需要布置空調(diào)的房間，應(yīng)盡量避免將空調(diào)布置在東西朝向的房間，東西墻上有窗戶的房間以及平屋頂?shù)捻攲臃块g。對(duì)實(shí)驗(yàn)室等有特殊溫度需要，或集中的辦公、休息區(qū)這樣空調(diào)使用頻率較高的建筑空間，應(yīng)在房屋體積確定的前提下，盡可能的減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積，這直接減少該建筑的冷負(fù)荷，最終減少能耗。

2.2 建筑物的空間布局

教學(xué)樓通常多數(shù)是依靠自然通風(fēng)降溫的建筑，空間布局上力求開敞，一般都以較大面積的窗口自然通風(fēng)并實(shí)現(xiàn)教室采光。這樣才會(huì)在滿足使用功能的前提下，最低限度的進(jìn)行通風(fēng)和溫控設(shè)備投入，進(jìn)而降低耗能。對(duì)設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)的建筑，其空間布局應(yīng)以緊湊為主要核心原則，盡量減少建筑物外表面積和窗洞面積，這樣可以減少空調(diào)負(fù)荷。

2.3 建筑群布局的設(shè)計(jì)

建筑群的布局對(duì)自然通風(fēng)的影響效果很大?，F(xiàn)代學(xué)校要求建筑物之間能聯(lián)絡(luò)方便、盡量通暢、便捷，因此學(xué)校內(nèi)各類建筑物多采用集中式布局，建筑群體也多以成團(tuán)的方式組合，如學(xué)校學(xué)生宿舍，則一般采用的是行列式建筑布局，雖然建筑群內(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)面較小；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。

2.4 門窗開口的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在學(xué)校類建筑中，盡可能的優(yōu)化門窗布局，減少門窗數(shù)量，窗墻比等，可直接影響著建筑物內(nèi)部的空氣流動(dòng)以及通風(fēng)效果。據(jù)測(cè)定顯示，當(dāng)開口寬度為開間寬度的1/3～2/3時(shí)，開口大小為地板總面積的15%～25%時(shí)，通風(fēng)效果最佳。因此，在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免采用一些直接或間接增加門窗面積的設(shè)計(jì)，最大限度的減少洞口面積；另外，當(dāng)門窗洞口面積增加，外墻面積減少的時(shí)候，也就是窗墻比加大的時(shí)候，其將直接影響建筑的熱特性，則在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室、冷庫(kù)等空調(diào)房間兩側(cè)溫差大的外墻面積及窗的面積應(yīng)盡量減少。

2.5 注重“穿堂風(fēng)”的組織

“穿堂風(fēng)”是自然通風(fēng)中效果最好的方式。所謂“穿堂風(fēng)”是指風(fēng)從建筑迎風(fēng)面的進(jìn)風(fēng)口吹人室內(nèi)，穿過房間，從背風(fēng)面的出風(fēng)口流出。顯然進(jìn)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(dòng)阻力越小，通風(fēng)越流暢。此時(shí)房屋在通風(fēng)方向的進(jìn)深不能太大，否則就會(huì)通風(fēng)不暢。

2.6 屋頂?shù)淖匀煌L(fēng)

當(dāng)室內(nèi)存在貫穿整幢建筑的“豎井”空間時(shí)，就可利用其上下兩端的溫差來加速氣流，以帶動(dòng)室內(nèi)通風(fēng)，其實(shí)質(zhì)就是“溫差-熱壓-通風(fēng)”的原理。作為建筑共享空間的中庭就可以勝任這個(gè)“豎井”的職能，一般來說，其所占空間比例以超過整幢建筑的1/ 3 為宜。這種屋頂?shù)淖匀煌L(fēng)一般有：一是在結(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(dá)到屋面降溫的目的，另外架空板還保護(hù)了屋面防水層；二是利用坡屋頂自身結(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。

2.7 太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)

太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)，充分利用了太陽能這一可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化為動(dòng)力進(jìn)行通風(fēng)。在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中，被動(dòng)的太陽能技術(shù)包括：利用合理的建筑設(shè)計(jì)達(dá)到自然通風(fēng)和采光，利用遮陽設(shè)施調(diào)節(jié)教室光線等。通過采用主動(dòng)太陽能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑增量成本少，提高建筑舒適性，降低學(xué)校能耗的建設(shè)目標(biāo)。

3 結(jié)論

綜上所述，自然通風(fēng)是一種廉價(jià)的生態(tài)節(jié)能技術(shù)，是建筑最基本功能之一。因此，在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中，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)解決學(xué)校建筑物的舒適性和空氣質(zhì)量問題，為學(xué)生們營(yíng)造一個(gè)健康、舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

[1]王鵬，譚剛.生態(tài)建筑中的自然通風(fēng)[J].世界建筑，2000(4).

[2]楊元華.學(xué)校建筑節(jié)能途徑探討[J].建設(shè)科技（建設(shè)部），2008(15).