侯棟
【摘要】通過建筑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的自然通風(fēng),不但能使建筑獲得良好的室內(nèi)環(huán)境條件,而且具有節(jié)約能源、造價(jià)低廉的特點(diǎn)。介紹在建筑設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的幾種技術(shù);探討建筑布局、建筑平面、建筑剖面與建筑構(gòu)件在實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)中的作用與方法。
【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計(jì);自然通風(fēng);風(fēng)壓;布局;戶型
一、自然通風(fēng)的意義
自然通風(fēng)是指利用建筑內(nèi)外風(fēng)力或熱壓造成的風(fēng)來促使空氣流動(dòng)而進(jìn)行的通風(fēng)換氣。自然通風(fēng)的作用體現(xiàn)在兩方面:第一,實(shí)現(xiàn)有效的被動(dòng)式制冷。這意味著在不消耗不可再生能源的情況下,降低室內(nèi)氣溫,帶走潮濕空氣,并以氣流降低皮膚溫度,達(dá)到人體熱舒適。第二,提供新鮮、清潔的自然空氣,以維持室內(nèi)空氣的衛(wèi)生,有利于人的生理和心理健康。建筑通風(fēng)的設(shè)計(jì)方法,是以建筑設(shè)計(jì)配合室外
通風(fēng)條件,提高室內(nèi)有效風(fēng)速,從而達(dá)到通風(fēng)換氣的目的。如今,空調(diào)的使用,人們可以主動(dòng)地控制居住環(huán)境,而不是被動(dòng)地適應(yīng)自然;也使人們漸漸淡化了對(duì)自然通風(fēng)的重視。在全球能源與資源短缺、環(huán)境嚴(yán)重破壞時(shí),建筑師將不得不重新審視自然通風(fēng)這一傳統(tǒng)技術(shù)。
二、利用風(fēng)壓和熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)
(一)利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)
風(fēng)壓是指空氣流受到阻擋時(shí)產(chǎn)生的靜壓。若某個(gè)地區(qū)外部風(fēng)環(huán)境良好,那么完全可以利用風(fēng)壓來實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的原理如下:由于建筑物對(duì)風(fēng)力的阻擋作用,在建筑物的迎風(fēng)面會(huì)使得氣流受到阻礙,從而使得靜壓升高;而在建筑物的側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面則會(huì)善生局部的渦流,這樣靜壓就會(huì)降低。如此一來,迎風(fēng)面與背風(fēng)面之間便會(huì)形成一個(gè)壓力差,而在這個(gè)壓力差的作用下室內(nèi)外的空氣實(shí)現(xiàn)了流通。
除此之外,根據(jù)努利流體原理,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)。這樣便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的方向上封閉而在其他方向開敞,從而形成明確的通風(fēng)方向。這種通風(fēng)方式尤其適用于大進(jìn)深的建筑空間,其通風(fēng)效果極佳。
(二)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)"來實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。由于建筑物內(nèi)外空氣的溫度差產(chǎn)生了空氣密度的差別,于是形成壓力差,驅(qū)使室內(nèi)外的空氣流動(dòng)。室內(nèi)溫度高的空氣比重小而上升,并從建筑物上部風(fēng)口排出,這時(shí)會(huì)在低密度空氣原來的地方形成負(fù)壓區(qū),于是,室外溫度比較低而比重大的新鮮空氣從建筑物的底部被吸入,從而室內(nèi)外的空氣源源不斷地進(jìn)行流動(dòng)。
三、 自然通風(fēng)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
(一)建筑組群的布局
組群的布局和自然通風(fēng)的關(guān)系,可以從平面和空間兩個(gè)方面考慮。一般建筑組群的平面布局有行列式 ( 包括并列式、錯(cuò)列式、斜列式 )、周邊式、自由式等。通常,不同的建筑組群形式有不同的通風(fēng)效果,行列式布置的組群需調(diào)整住宅朝向引導(dǎo)氣流進(jìn)入住宅群內(nèi),使氣流從斜向進(jìn)入組群內(nèi)部,從而減小阻力,改善通風(fēng)效果。單一行列式布置小區(qū)內(nèi)通風(fēng)不佳,采取錯(cuò)列式布置方式,前后錯(cuò)開,便于氣流插入間距內(nèi),使氣流路線較實(shí)際間距長,能使下風(fēng)側(cè)的住宅獲得良好的自然通風(fēng)。自由式是就具體地形、地勢(shì)和朝向靈活布置。周邊式的部分房屋的前后都處在負(fù)壓區(qū),四周較封閉,通風(fēng)不好.而且部分建筑又處于東、西朝向布置方式,周邊式最適合于寒冷地區(qū)的建筑群體布局。
(二)建筑物的間距
建筑規(guī)劃不能片面地追求高建筑密度而過多地壓縮住宅間距,犧牲住宅的熱舒適性。間距過小會(huì)使住宅不能得到較好的自然通風(fēng)和日照。如果條件許可,從夏季自然通風(fēng)降溫、冬季保證日照時(shí)間出發(fā),住宅間距仍以稍大為宜,但也不能盲目加大間距,當(dāng)住宅建筑總高度不變時(shí),進(jìn)深越大渦流越小,在住宅較短時(shí),
渦流也較小,對(duì)后排住宅通風(fēng)效果影響不大,所以盡量選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)深,減小住宅長度。當(dāng)住宅高度增加時(shí)渦流范圍也隨之增加,可使高居住宅放在北側(cè)阻擋冬季風(fēng)。所以要確定小區(qū)總體布局,應(yīng)充分者慮不同體形的住宅樓的特點(diǎn),合理使用。
(三)住宅的朝向
為了選擇較佳的住宅朝向,應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的地形條件和夏季以南風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的情況,在滿足日照的前提下使夏季主導(dǎo)風(fēng)向與住宅南立面保持適宜的風(fēng)向入射角,許多有關(guān)空氣流動(dòng)模擬試驗(yàn)已經(jīng)獲得大景的測(cè)量結(jié)果及結(jié)論,一般說建筑物應(yīng)朝向主要風(fēng)向,在風(fēng)向投射角為0°,前棟房屋的高度、長度、深度以及形狀都影響其屋后的漩渦區(qū)范圍的大小,即風(fēng)從正面吹向建筑時(shí),風(fēng)影長度最大,前、后兩建筑之間為了避免擋風(fēng)所需的間距最大,布置這樣的通風(fēng)建筑間距是不經(jīng)濟(jì)的,但若風(fēng)向是斜吹,風(fēng)向投射角為 30°~60°時(shí),其風(fēng)影長度可大大減小。因此,在建筑群布局時(shí),可以采用加大風(fēng)向投射角,使后排建筑在風(fēng)影范圍之外。但也應(yīng)注意,投射角加大會(huì)使室內(nèi)平均風(fēng)速降低。每個(gè)地區(qū)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷乩硪蛩?,選擇自己的合理朝向范圍,以利于在建筑設(shè)計(jì)時(shí)有一個(gè)選擇的幅度。
(四)戶型平面設(shè)計(jì)
要取得良好的通風(fēng)效果,使氣流按照預(yù)設(shè)的路線流動(dòng),這就要求戶型布局結(jié)構(gòu)合理,房間既要有合適的進(jìn)風(fēng)口又要有合適的出風(fēng)口。一般說來,一個(gè)房間進(jìn)風(fēng)口的位置(豎向和橫向 )、進(jìn)風(fēng)口的形式(窗戶開啟方式:平開式、中旋式、百頁式等),決定著室內(nèi)氣流的狀態(tài)。此外,室內(nèi)縱墻應(yīng)設(shè)置一定量的通風(fēng)窗,保證室內(nèi)氣流通暢。房間中若能高低窗搭配設(shè)置,增加進(jìn)出風(fēng)口的高度差,則可利用熱壓差原理改善通風(fēng)效果,也就是常見的煙囪效應(yīng)。
(五)建筑設(shè)計(jì)室內(nèi)通風(fēng)構(gòu)造措施
1、窗戶選型及開啟方式
《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》要求采用自然通風(fēng)的房間臥室、起居、明衛(wèi)的通風(fēng)開口面積不小于房間地板面積的 1/20;廚房不小于1/10 且不得小于0.8m2,但目前流行的大采光窗多為固定式,只有局部可開啟或不開啟 ,采光而積不斷加大,但可開啟窗面積逐步減小,影響室內(nèi)通風(fēng)。
外窗選型及開啟方式對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)效果也會(huì)產(chǎn)生影響,單側(cè)向外開啟的平開窗,可引導(dǎo)室外風(fēng)進(jìn)入室內(nèi),外推旋轉(zhuǎn)窗可改變進(jìn)入室內(nèi)風(fēng)的方向,推拉窗的引風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)效果不明顯,而且開啟面積小。因此,盡量選用具有良好導(dǎo)風(fēng)性能的窗如平開窗、上旋窗等,改善室內(nèi)通風(fēng)效果。
2、 建筑構(gòu)件的導(dǎo)風(fēng)措施
(1)垂直導(dǎo)風(fēng)墻板
當(dāng)房在同一采光面開出兩個(gè)有定間距的窗戶時(shí),可以在窗戶相鄰的兩側(cè)各設(shè)置一塊挑出的垂直導(dǎo)風(fēng)板,取得"人工"風(fēng)壓力差,產(chǎn)生較好的通風(fēng)效果。也可以將垂直遮陽板與導(dǎo)風(fēng)板結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)計(jì),或?qū)⒔ㄖǚ块g) 一端設(shè)一個(gè)延伸出來的迎風(fēng)墻,形成正壓區(qū),促進(jìn)內(nèi)部通風(fēng)。
(2)窗扇
許多時(shí)候,風(fēng)未必是正對(duì)著窗戶,而是從側(cè)面吹來,大量的風(fēng)在住宅外墻上"滑行"如果窗戶是平開窗,風(fēng)從右邊墻而吹進(jìn)來時(shí),就應(yīng)該把右窗扇關(guān)起,打開左窗扇來導(dǎo)入室內(nèi);風(fēng)從左邊墻而吹來時(shí),方法則相反。另外,不同開啟方式窗戶可以將進(jìn)入室內(nèi)的氣流方向加以引導(dǎo)而改變氣流在室內(nèi)的路線和影響范圍,加強(qiáng)房間的通風(fēng)效果。
結(jié)語
綜上,自然通風(fēng)做為一種較為環(huán)保且低廉的建筑通風(fēng)方式,應(yīng)在現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)中得到更為廣泛的應(yīng)用,但它是一種被動(dòng)式的通風(fēng)方式,其設(shè)計(jì)及使用要受到諸多因素的制約,在建筑進(jìn)行自然通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí),要將多種因素綜合起來,從全局出發(fā),從而達(dá)到更好的建筑自然通風(fēng)效果。
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