滑 冰 王立濱 相鳳奎

0 引言

自然風在建筑中是組織通風與自然換氣功能，從建筑設計角度看主要有四個方面:

1)開啟的窗;

2)位于高處的排風口和位于低處的進風口;

3)雙層立面;

4)便于空氣流通的開放的建筑平面。建筑利用自然風的設計有很多種形式，而且手法各異，本文通過對資料的查閱梳理和已有理論知識的學習研究提出了三個主要利用自然風的設計方法，即建筑的窗型設計，建筑表皮結(jié)構的設計，建筑公共空間設計。

1 建筑窗的設計

1.1 建筑窗的通風原理

建筑的自然通風過程絕大部分通過可開啟的門窗對房間進行單側(cè)通風或?qū)α魍L完成的。一般情況下，通過窗戶的氣流量取決于窗戶的面積以及自然風在立面豎向分布的情況。窗的設計涉及到開啟的大小、形狀、高度、方位等，這些元素都會影響室內(nèi)氣流情況。

1)建筑的單側(cè)通風主要適用于只有一側(cè)設有窗戶的房間。在這種通風模式中，空氣從窗戶較低的部位進入室內(nèi)，在室內(nèi)被加熱后從同一窗戶的頂部排出。這種空氣的流動是由于風的紊流和浮力作用而產(chǎn)生的，而不是由風力作用使建筑圍護結(jié)構內(nèi)外出現(xiàn)氣壓差的緣故。要提高單側(cè)通風的通風效果，可以在同一墻面的不同高度設置窗戶，在這種情況下，冷空氣從低窗流入，熱空氣從高窗排出，房間能夠?qū)崿F(xiàn)有效通風的進深為室內(nèi)層高的 2.5倍左右。

2)對流通風是一種比單側(cè)通風更有效的通風方式。當室內(nèi)不止一個墻面設有窗戶時就會產(chǎn)生空氣對流。盡管對流通風可以為較大進深的平面提供有效的新風量，但是設計時還是應該優(yōu)先考慮狹窄進深的平面。在實現(xiàn)建筑物內(nèi)對流通風的同時，宜采用風向和出風口方向不同的設計，這樣會產(chǎn)生較好的氣流循環(huán)。如果風向與進出風口的方向成一直線，那么氣流僅僅是穿過房間，而不會循環(huán)(見圖1)。

1.2 建筑窗的自然風技術設計

窗的高度影響室內(nèi)的通風效果，這是由窗臺和窗楣位置來界定的，因為溫差導致空氣上升。因此，高處位置的窗戶有助于氣流流動。同時高窗還能夠在陰天提供最好的采光;低窗不能提供很好的通風條件，但卻能使地面反射的光線均勻分布;中部的窗可提供均勻的通風，但也不能提供均勻的采光。窗的方位設計決定房間中可獲取太陽能量的多少和熱量的損失。冬季南向、東南向和西南向需要開大窗以獲取太陽熱量;北面開小窗以防止熱量散失。

所有建筑窗的大小均須滿足日照、通風、出入、視野以及太陽能量的透入與遮蔽。在干熱氣候區(qū)，通常采用面積小的窗戶，并且要有合適的遮擋。由于位于光照充分的地區(qū)，較小的窗戶即可獲得充分的采光。白天空氣很熱，可以避免讓熱空氣進入室內(nèi);夜間溫度較低，可以采用自然通風的方式降溫。在濕熱地區(qū)，窗戶面積宜大以便于通風。屋檐出挑宜大，以遮擋散熱的太陽輻熱。在寒冷地區(qū)，窗戶宜大且無遮擋，但密封性要好。這樣既可以加大得熱，又可以防止冷風滲透。

2 建筑表皮結(jié)構設計——雙層玻璃幕墻

雙層玻璃幕墻系統(tǒng)具有較好的節(jié)能潛力，采用可循環(huán)使用的材料，建筑速度快，具有明顯的節(jié)能效果，能夠阻隔噪聲，減少非潔凈空氣對于室內(nèi)的污染，因此被稱為“可呼吸的皮膚”，通常有以下幾種類型:

1)外掛式雙層玻璃幕墻。這是雙層玻璃幕墻家族中最簡單的一種方式，建筑真正的外墻位于“外皮”之內(nèi) 300mm～2 000 mm處，其間距視建筑的平面形式、兩層“皮”的構造連接方式以及建筑外墻的方式而定。雙層玻璃之間的空間既不做水平分隔，也不做豎向分隔。測試結(jié)果表明:這種幕墻系統(tǒng)對隔絕噪聲具有明顯的效果，但因雙層玻璃之間的氣流缺乏組織，故對改善建筑的熱環(huán)境并無明顯作用。這種幕墻往往用于城市嘈雜環(huán)境中，以隔絕噪聲為主要目的。

2)走廊式雙層玻璃幕墻。與空氣環(huán)流式雙層玻璃立面不同的是:走廊式雙層玻璃幕墻系統(tǒng)是以一層為單位進行水平劃分的，建筑外側(cè)每層均形成外掛式走廊。在每層樓的樓板和天花高度分別設有進、出風調(diào)節(jié)蓋板。這種系統(tǒng)經(jīng)歷了兩次改進。第一次是將立面上的進、出風口對齊設置。這種做法有一個明顯的問題，即下層走廊的部分排氣又部分變成了上層走廊的進氣，這無論對空氣質(zhì)量還是溫度緩沖效果都會產(chǎn)生負面影響。第一次改進后的進出風口在水平方向錯開一塊玻璃的距離，避免了進、排氣的“短路”。

3)雙制式模塊雙層玻璃幕墻。這種幕墻實際上是由四個集中式立面與一個雙制式通風技術單元組合而成。冬天室外冷空氣首先進入本層進氣區(qū)，在雙層玻璃之間經(jīng)陽光預熱，再通過設于樓板一側(cè)的對流器進入室內(nèi)，而另一側(cè)排出的氣流先經(jīng)過對流器排入其上層換氣單元的排氣區(qū)內(nèi)，再經(jīng)由該單元上方的出氣孔排到室外，兩邊的對流器相結(jié)合便形成上述技術單元。對流器除吸收陽光輻射以外，還可以吸收排出空氣的余熱并用其對低溫進氣進行預熱;在夏天，這一技術單元轉(zhuǎn)換成主動式太陽能微制冷單元，可以對進氣進行預冷，避免因進氣溫度過高而導致的室內(nèi)冷耗增加。而排氣則利用夾層中的溫差自然進行。

3 建筑公共空間設計

3.1 建筑公共空間的設計原則

建筑公共空間作為一種普遍采用且成熟的設計形式，在商業(yè)、辦公、科教、醫(yī)療、娛樂等各類公共建筑中均有廣泛應用，是因為公共建筑空間被證明具有調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候和節(jié)約建筑能耗的作用。公共空間設計通常采用大面積玻璃圍護結(jié)構在透射陽光的同時，阻擋來自室內(nèi)的長波輻射，有效防止了室內(nèi)熱量的外溢，形成溫室效應，有利于提高冬季建筑室內(nèi)溫度，降低采暖費用;公共空間內(nèi)外部空氣壓力差引起室內(nèi)外空氣流動，公共空間較高的垂直高度也可以加快氣流速度，形成煙囪效應，所產(chǎn)生的良好自然通風在引入室外新鮮空氣的同時，加快了室內(nèi)多余熱量的對外排放，降低了室內(nèi)溫濕度，節(jié)省了夏季空調(diào)費用。

3.2 利用自然風技術的建筑公共空間設計

1)建筑平面形式合理設計。由于人們對不同功能空間的熱舒適要求不同，在建筑設計中公共空間的設計不同于居住或者辦公空間的要求。辦公居住空間是舒適度要求較高的區(qū)域，使非均質(zhì)分布的外界氣候資源得到最優(yōu)化利用即可。而對體型較大的建筑公共空間設計，建筑敞口應基本朝向夏季主導風向，如反向布置，則迎風面的墻面宜可控制開敞。同時公共空間平面空間屬于大進深的空間形式，可以增加它對外的開口面積或者平面采用“口”形布置，以此解決大進深公共空間的采光問題;通過合理的平面形式可以使這種公共空間布局沿基地周邊布置，增加了其內(nèi)部的臨空面，因此還可以加大進深，使用地緊湊，基地內(nèi)能形成較完整的平面空間與換氣系統(tǒng)。

2)建筑剖面形式合理設計。公共空間設計應該合理利用氣壓流動原理，結(jié)合空間布局為自然通風創(chuàng)造良好的條件。因此，如果把應變的思想運用到建筑公共空間設計中，可以通過對建筑剖面的改變有效地對建筑內(nèi)部的熱壓差氣流進行控制引導，促進自然通風。

3)采取溫差輔助措施通風換氣。通過建筑設計手法制造環(huán)境各部位的溫差是公共空間設計造風的重要手法?，F(xiàn)代設計中玻璃公共空間是建筑師通過建筑內(nèi)部組合設計、空間布局、引入水景、綠化配置等設計手法改善區(qū)域微氣候的結(jié)果。有時自然的無組織通風可能將過熱的空氣導入室內(nèi)造成不舒適感，要解決這個問題，一方面可以在公共空間室外過熱時關閉門窗停止通風，另一方面可憑借內(nèi)部綠化環(huán)境即所謂的自然空調(diào)技術讓室外熱空氣降溫后進入室內(nèi)。

4 結(jié)語

本文介紹自然風設計相關知識，闡述了自然風利用技術的基礎知識，通過對現(xiàn)代自然風設計的分析綜合比較，進一步提出了建筑設計方面的一些思路，當然這些思路存在一定的使用條件和局限性，在自然風的建筑設計中需要注意實際方法:結(jié)合場地、歷史、文化等因素對人體舒適范圍的確定，并明確氣候要素和人體舒適感的動態(tài)關系;根據(jù)相關技術背景知識，對場地氣候要素如風、溫度、太陽輻射、濕度等進行實際研究，并分析其中的主要因素;確定各個室外氣候要素和使用者舒適需求之間的差距;建筑師在基于對各種策略掌握的基礎上，在各種策略之間做出合理選擇，并通過某些方式進行比較和取舍;策略選擇和形式、材料等建筑要素結(jié)合，形成完整的設計。

[1] 金曉東，劉閩敏.公共建筑自然通風設計若干實例探討[J].山西建筑，2010，36(14):178-179.

[2] 張文麗.淺談生態(tài)建筑中的自然通風技術[J].經(jīng)營管理者，2010(10):23-24.

[3] 劉志永.淺談自然通風原理與建筑設計[J].山西建筑，2008，34(32):59-61.

[4] 陳曉揚.回應氣候的地方建筑技術[J].新建筑，2006(6): 92-93.

[5] 王丁丁.建筑設計與自然風[D].鄭州:鄭州大學，2007.