張一楠 呂冠男

中國建筑設(shè)計研究院有限公司 北京 100044

1 建筑自然通風(fēng)的功能需求

1.1 自然通風(fēng)的優(yōu)勢

世界各地的氣候各不相同，都會有或長或短的舒適的氣候環(huán)境，對這樣舒適的季節(jié)，利用自然通風(fēng)帶走室內(nèi)多余的熱量，能夠大大減少使用空調(diào)造成的能源浪費(fèi)。在建筑使用的周期內(nèi)，延長自然通風(fēng)的時間，即降低空調(diào)使用的時間，從而減少各類氣體的排放量，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境、低碳節(jié)能的目的。

此外，夏季使用空調(diào)會造成室內(nèi)外明顯的溫差，進(jìn)而引發(fā)空調(diào)病?？照{(diào)的溫濕度、氣流速度導(dǎo)致其體感的熱舒適度不高。在舒適的季節(jié)，能夠進(jìn)行自然通風(fēng)的建筑帶給人的感受會更加舒適、愜意。

1.2 功能的需求主導(dǎo)通風(fēng)的需求

為改善室內(nèi)熱環(huán)境，任何功能房間都有通風(fēng)換氣的需求。值得注意的是，這種通風(fēng)換氣從能源的使用上分為主動的和被動的兩種。

本文所探討的自然通風(fēng)屬于被動式的通風(fēng)，并非所有功能房間都適合被動式的自然通風(fēng)，譬如音樂廳或者劇院的觀眾廳通常都是作為核心被包在建筑中間的，像這種有聲學(xué)要求的、大空間的人流密集場所通常是采用空調(diào)進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)節(jié)?？照{(diào)能夠快速的調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度并使之保持恒溫，然而，類似住宅、辦公、會議等其他大部分經(jīng)常使用的功能房間，更適合在舒適的季節(jié)通過自然通風(fēng)來改善室內(nèi)熱環(huán)境，這也是綠色建筑的常規(guī)設(shè)計手法。

換言之，功能的需求主導(dǎo)通風(fēng)的需求，主動式通風(fēng)的空調(diào)和被動式的自然通風(fēng)對應(yīng)不同需求的功能房間。以重慶市萬州三峽文化藝術(shù)中心二期為例，項目包含多種功能，譬如音樂廳、文化館用房、川劇團(tuán)曲藝團(tuán)辦公及排練用房。設(shè)計時分別按照不同的功能進(jìn)行了不同的通風(fēng)換氣設(shè)計，對文化館用房內(nèi)的各類教室、會議室、閱覽室，對川劇團(tuán)曲藝團(tuán)中的辦公室和會議室都采取了自然通風(fēng)設(shè)計，而對于音樂廳則采用空調(diào)設(shè)計。

2 自然通風(fēng)效果的“規(guī)范”達(dá)標(biāo)

2.1 通風(fēng)原理下房間尺度的“達(dá)標(biāo)”

建筑之所以能夠進(jìn)行自然通風(fēng)換氣主要基于風(fēng)壓與熱壓的原理。

何為風(fēng)壓，當(dāng)風(fēng)吹向建筑物時會被其表面所阻擋，迎風(fēng)一側(cè)的靜壓升高，背風(fēng)一側(cè)的靜壓降低，從而產(chǎn)生壓力差。風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)正是利用這種壓力差使空氣由高壓向低壓的方向流動[1]。但是風(fēng)壓通風(fēng)是有跨度限制的，單側(cè)為10m，雙側(cè)可以增加至14m。所以對于住宅、辦公這類小進(jìn)深的建筑的自然通風(fēng)，最行之有效的方式就是合理控制建筑的進(jìn)深，在風(fēng)通過的途徑中減少設(shè)置障礙，盡量形成穿堂風(fēng)。

以重慶市萬州三峽文化藝術(shù)中心二期為例，按照當(dāng)?shù)匾?guī)范重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能（綠色建筑）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，單側(cè)通風(fēng)房間的進(jìn)深不超過房間凈高的3倍；穿堂風(fēng)房間的進(jìn)深不超過房間凈高的5倍。采用自然通風(fēng)的房間需要嚴(yán)格滿足以上設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，房間的自然通風(fēng)效果在規(guī)范的層面上才是滿足設(shè)計要求的。否則，即使每個房間都象征性的做了可開啟扇，但是房間的進(jìn)深與高度不滿足規(guī)范要求，也不能認(rèn)定其自然通風(fēng)效果在規(guī)范上達(dá)標(biāo)，僅僅能算作房間的補(bǔ)風(fēng)設(shè)計而已。以此標(biāo)準(zhǔn)反觀三峽文化藝術(shù)中心二期項目，主體建筑形態(tài)為4個體量不一的多邊形組合，在需要自然通風(fēng)的功能體塊中設(shè)置了院落空間，使這些功能用房譬如各類教室、會議室、閱覽室、辦公室等等都形成了穿堂風(fēng)，并合理控制房間的進(jìn)深與凈高，最大程度的利用風(fēng)壓差進(jìn)行自然通風(fēng)。

何為熱壓，熱壓作用下的空氣流動是由于空氣的溫度差所引起的，熱空氣趨上，冷空氣趨下，在建筑內(nèi)部空間的垂直方向上產(chǎn)生壓力梯度，從而導(dǎo)致空氣的流動[1]，俗稱“煙囪效應(yīng)”。顧名思義，高度差越大，熱壓作用下的自然通風(fēng)理應(yīng)更加明顯。所以在商場等一些進(jìn)深較大的建筑中合理設(shè)置中庭，或者在高層建筑中合理設(shè)置天井，都能夠更大的激發(fā)熱壓通風(fēng)帶來的氣流運(yùn)動[3]。

2.2 房間可開啟面積的“達(dá)標(biāo)”

根據(jù)建筑所在地的地標(biāo)以及國家標(biāo)準(zhǔn)，需要對自然通風(fēng)換氣房間的可開啟面積和有效通風(fēng)面積進(jìn)行核算，滿規(guī)范要求的才能稱之為達(dá)標(biāo)。還是以重慶市萬州三峽文化藝術(shù)中心二期為例，按照當(dāng)?shù)匾?guī)范重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能（綠色建筑）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，需滿足在過渡季節(jié)典型工況下，自然通風(fēng)房間可開啟外窗凈面積不得小于房間地板面積的4%，同時有效通風(fēng)換氣面積不應(yīng)小于該房間外墻面積的10%，外門的可開啟面積可以納入到可開啟面積的整體計算中。但是對于三峽二期項目的實際設(shè)計來說，第一條的4%比較容易滿足，但是第二條的10%則在條文的極限值上徘徊，并且有效通風(fēng)面積取開啟扇面積和空氣流通界面面積中的較小值，需要設(shè)計師選擇適合的外窗開啟方式，并進(jìn)行核算、修改部分房間外窗的尺寸，才能做到房間可開啟面積在規(guī)范上的達(dá)標(biāo)。

3 自然通風(fēng)效果的“體感”達(dá)標(biāo)

房間的舒適與否，其房間尺度、可開啟外窗的開啟方式及面積在設(shè)計規(guī)范上皆有跡可循，這是自然通風(fēng)設(shè)計成功的基礎(chǔ)。當(dāng)建筑建成后，采用自然通風(fēng)設(shè)計的房間的體感究竟如何，還需要實際感受。通過國內(nèi)外大量的設(shè)計實踐，筆者建議以下設(shè)計策略，根據(jù)項目的實際情況，盡量多的采用下述策略，才能使房間的自然通風(fēng)在“體感”上真正的達(dá)標(biāo)[4]。

3.1 風(fēng)口位置的選擇策略

房間通風(fēng)口位置的選擇是否合理，決定了體感的舒適度。冷空氣進(jìn)入室內(nèi)后由于重力的原因會停留在下部空間，經(jīng)過人體活動及室內(nèi)溫度的加熱后才會向上移動，所以采用自然通風(fēng)的建筑，其進(jìn)風(fēng)口的位置應(yīng)當(dāng)盡量設(shè)置在空間較低處，否則，即使房間的可開啟面積指標(biāo)達(dá)標(biāo)，但是進(jìn)風(fēng)口設(shè)置得過高，也會導(dǎo)致其在人體的活動范圍內(nèi)缺少足夠的冷空氣，進(jìn)而導(dǎo)致空間沉悶。

3.2 風(fēng)環(huán)境的合理利用策略

我國幅員廣闊，在設(shè)計之前，需要充分了解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件與風(fēng)環(huán)境條件。對于濕熱、干熱、溫和這些需要利用自然通風(fēng)排濕、降溫、提升空間熱舒適度的氣候區(qū)采用自然通風(fēng)設(shè)計。充分了解建筑所在地的主導(dǎo)風(fēng)向及地形地勢，才能在設(shè)計上更加合理的利用風(fēng)環(huán)境特征。譬如我國東北地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向為夏季東南風(fēng)，冬季西北風(fēng)，所以建筑坐北朝南，北向減少開窗面積，南向增大開窗面積的設(shè)計是對其風(fēng)環(huán)境合理利用的表達(dá)。此外，基地周邊一定區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境，譬如坡地、盆地、林地等，也會形成小范圍的風(fēng)環(huán)境特征，譬如山谷風(fēng)、林原風(fēng)等等。如下圖1。設(shè)計時也可以考慮利用這些小氣候的風(fēng)向氣流，進(jìn)而增加“體感”上的達(dá)標(biāo)概率。

圖1 幾種地方風(fēng)風(fēng)向[2]

3.3 景觀水體的降溫策略

眾所周知，由于水的蒸發(fā)作用會降低溫度，如果在建筑的通風(fēng)口附近存在景觀水體，有利于給建筑提供涼爽清新的自然風(fēng)。在建筑設(shè)計上，當(dāng)外部條件有水體時，更應(yīng)該根據(jù)建筑的實際功能考慮是否要在水體附近設(shè)置通風(fēng)口，以提高建筑的自然通風(fēng)質(zhì)量。當(dāng)建筑外部條件沒有景觀水體時，也可根據(jù)已知的設(shè)計條件考慮是否有必要進(jìn)行景觀水體的人工設(shè)計。

以?？谑忻裼慰椭行臑槔?，除項目位置周邊本身存在的水體外，還在建筑東西主要朝向上增設(shè)了水系景觀，提高了建筑自然通風(fēng)的新風(fēng)質(zhì)量，即有效地降低了建筑周邊空氣溫度并且提高了空氣濕度，從而提高了建筑內(nèi)部自然通風(fēng)的體感舒適度。