在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)在充分利用自然條件基礎(chǔ)上，在不借助外力的條件下使室內(nèi)的空氣更好的流通，通過(guò)自然通風(fēng)達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。自然通風(fēng)是當(dāng)今建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)廣為青睞的一種設(shè)計(jì)方式。

利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

自然通風(fēng)最基本的動(dòng)力是風(fēng)壓和熱壓。在我國(guó)大量的非空調(diào)建筑中,利用風(fēng)壓促進(jìn)建筑的室內(nèi)空氣流通,改善室內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量,是一種常用的建筑處理手段。風(fēng)洞試驗(yàn)表明:當(dāng)風(fēng)吹向建筑時(shí),因受到建筑的阻擋,會(huì)在建筑的迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓力。同時(shí),氣流繞過(guò)建筑的各個(gè)側(cè)面及背面,會(huì)在相應(yīng)位置產(chǎn)生負(fù)壓力。風(fēng)壓通風(fēng)就是利用建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間的壓力差實(shí)現(xiàn)空氣的流通。壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風(fēng)的夾角以及建筑周圍的環(huán)境有關(guān)。當(dāng)風(fēng)垂直吹向建筑的正立面時(shí),迎風(fēng)面中心處正壓最大,在屋角和屋脊處負(fù)壓最大。另外,伯努利流體原理顯示,流動(dòng)空氣的壓力隨其速度的增加而減小,從而形成低壓區(qū)。依據(jù)這種原理,可以在建筑中局部留出橫向的通風(fēng)通道,當(dāng)風(fēng)從通道吹過(guò)時(shí),會(huì)在通道中形成負(fù)壓區(qū),從而帶動(dòng)周圍空氣的流動(dòng),這就是管式建筑的通風(fēng)原理。通風(fēng)的管式通道要在一定方向上封閉,而在其他方向開(kāi)敞,從而形成明確的通風(fēng)方向。這種通風(fēng)方式可以在大進(jìn)深的建筑空間中達(dá)到較好的通風(fēng)效果。

利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

自然通風(fēng)的另一原理是利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差——即通常講的“煙囪效應(yīng)”——來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。利用熱空氣上升的原理,在建筑上部設(shè)排風(fēng)口可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。熱壓作用與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān),室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大,則熱壓作用越明顯。在建筑設(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、拔風(fēng)井等滿足進(jìn)排風(fēng)口的高差要求,并在頂部設(shè)置可以控制的開(kāi)口,將建筑各層的熱空氣排出,達(dá)到自然通風(fēng)的目的。與風(fēng)壓式自然通風(fēng)不同,熱壓式自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境和不良的外部風(fēng)環(huán)境。

風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合

在建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中,風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)往往是互為補(bǔ)充、密不可分的。一般來(lái)說(shuō),在建筑進(jìn)深較小的部位多利用風(fēng)壓來(lái)直接通風(fēng),而進(jìn)深較大的部位則多利用熱壓來(lái)達(dá)到通風(fēng)效果。位于英國(guó)萊徹斯特的蒙特福德大學(xué)女王館就是這方面的一個(gè)優(yōu)秀實(shí)例。建筑師肖特和福特將龐大的建筑分成一系列小體塊,既在尺度上與周圍古老的街區(qū)相協(xié)調(diào),又能形成一種有節(jié)奏的韻律感,同時(shí)小的體量使得自然通風(fēng)成為可能。位于指狀分支部分的實(shí)驗(yàn)室、辦公室進(jìn)深較小,可以利用風(fēng)壓直接通風(fēng);而位于中間部分的報(bào)告廳、大廳及其它用房則更多地依靠“煙囪效應(yīng)”進(jìn)行自然通風(fēng) 。同時(shí),建筑的外維護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚重的蓄熱材料,使得建筑內(nèi)部的得熱量降到最低。)

機(jī)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(zhǎng),流動(dòng)阻力較大,單純依靠自然風(fēng)壓與熱壓往往不足于實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。而對(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),不利于人體健康。在這種情況下,常常采用一種機(jī)械輔助式的自然通風(fēng)系統(tǒng)。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(jī)械方式加速室內(nèi)通風(fēng)。

雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)

雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)是當(dāng)今生態(tài)建筑中所普遍采用的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),被譽(yù)為“可呼吸的皮膚”。雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)一般由雙層玻璃或三層玻璃組成,在兩層玻璃之間留有一定寬度的空隙形成空氣夾層,并配有可調(diào)節(jié)的深色百頁(yè)。在冬季,空氣夾層和百頁(yè)可以形成一個(gè)利用太陽(yáng)能加熱空氣的裝置,提高建筑外墻表面溫度,有利于建筑的保溫采暖;在夏季,則可以利用熱壓原理將熱空氣不斷從夾層上部排出,達(dá)到降溫的目的。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō),直接對(duì)外開(kāi)窗容易造成紊流,不易控制,而雙層維護(hù)結(jié)構(gòu)則能夠很好的解決這一問(wèn)題。

作為一種節(jié)能設(shè)計(jì)的手段,自然通風(fēng)還可以和多種其他手法相結(jié)合,如太陽(yáng)能、建筑材料、自然采光、地下蓄熱蓄冷、地?zé)帷⒆詣?dòng)控制等,且引進(jìn)計(jì)算機(jī)模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù),從量化的層面對(duì)建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究。雖然我國(guó)目前對(duì)此研究不多,但隨著可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念的不斷發(fā)展,建筑自然通風(fēng)必將受到越來(lái)越多的關(guān)注。