綠色建筑的被動式自然通風(fēng)設(shè)計方法

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［摘要］本文通過對綠色建筑的自然通風(fēng)組織原理的深入分析，結(jié)合國內(nèi)外利用風(fēng)壓和熱壓原理組織建筑空間自然通風(fēng)的典型案例，試圖找到有效的被動式自然通風(fēng)組織方法和策略，為未來綠色建筑良性發(fā)展提供新思路。

［關(guān)鍵詞］被動式；綠色建筑；空間組織；自然通風(fēng)

1自然通風(fēng)的組織原理

建筑自然通風(fēng)是指利用自然的手段來促使空氣流動，將室外空氣引入室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)換氣，以維持室內(nèi)空氣舒適性。自然通風(fēng)的基本原理在于，當(dāng)建筑開口的兩側(cè)存在壓力差，就會有空氣流過開口?？梢?，自然通風(fēng)的驅(qū)動力來自于“壓差”，壓差主要由“風(fēng)壓”和“熱壓”形成。其中，“風(fēng)壓”是指室外繞流引起建筑周圍壓力分布的不同形成開口處的壓差；“熱壓”是指溫差引起的空氣密度差所導(dǎo)致的建筑開口內(nèi)外的壓差。

2自然通風(fēng)的組織形式

建筑的自然通風(fēng)原理主要有三種，即以風(fēng)壓作用為主導(dǎo)、以熱壓作用為主導(dǎo)和風(fēng)壓、熱壓結(jié)合作用為主導(dǎo)的被動式通風(fēng)。

2.1利用風(fēng)壓組織建筑空間

利用風(fēng)壓組織建筑通風(fēng)時，應(yīng)綜合考慮風(fēng)速、建筑總體規(guī)劃布局、與風(fēng)向成角關(guān)系、建筑物幾何形態(tài)及周圍環(huán)境等諸多影響因素。要想獲得良好的自然通風(fēng)效果，首先建筑物室外的平均風(fēng)速不宜小于2—3m/s，建筑布局時盡量與夏季主導(dǎo)風(fēng)向垂直，以增加風(fēng)壓利于形成“穿堂風(fēng)”。其次，合理利用建筑周邊建設(shè)環(huán)境和自然景觀條件，巧妙利用伯努利效應(yīng)和文丘里效應(yīng)形成正壓風(fēng)和負(fù)壓風(fēng)的原理來組織和調(diào)控建筑的自然通風(fēng)。例如皮亞諾設(shè)計的芝貝歐文化中心（TjibaouCulturalCenter），位于澳大利亞東側(cè)的南太平洋沿岸，氣候炎熱潮濕，常年受來自海洋的西風(fēng)影響。因此，該建筑采用抗風(fēng)壓能力較強(qiáng)的“棚屋”結(jié)構(gòu)，將其背向常年主導(dǎo)風(fēng)向，并在其肋架結(jié)構(gòu)中設(shè)置可調(diào)控的百葉和上下開口，以應(yīng)對不同風(fēng)向與風(fēng)速對建筑內(nèi)部氣流產(chǎn)生的影響，從而實現(xiàn)自然通風(fēng)、降溫、除濕的效果。

2.2利用熱壓組織建筑空間

熱壓通風(fēng)是由于建筑腔體內(nèi)外存在溫差和空氣密度差導(dǎo)致的，由于空氣受熱后密度會變小，從而產(chǎn)生向上浮升的動力，此時，在建筑上方和下方有明顯高差的地方分別設(shè)置開口，室內(nèi)的熱空氣就會通過上方開口排到室外，而室外冷空氣通過下方開口流入室內(nèi)，從而形成自下而上的循環(huán)氣流，即所謂的“煙囪效應(yīng)”。但應(yīng)注意，只有當(dāng)室內(nèi)外溫差和進(jìn)出風(fēng)口高差足夠大時，煙囪效應(yīng)才易于實現(xiàn)。例如在空間組織時利用上下層貫通的中庭空間形成“拔風(fēng)豎井”，或?qū)翘蓍g做成“風(fēng)塔”強(qiáng)化拔風(fēng)效果，從而實現(xiàn)利用熱壓進(jìn)行自然通風(fēng)。

2.3利用風(fēng)壓與熱壓組織建筑空間

由于風(fēng)壓作用受環(huán)境因素影響較大，具有不穩(wěn)定性，而熱壓作用雖易于實現(xiàn)，但僅依靠煙囪效應(yīng)形成的空氣流動又較為緩慢，效果不明顯。因此，在建筑空間組織時應(yīng)將風(fēng)壓作用和熱壓作用協(xié)同配合，恰當(dāng)增強(qiáng)或減弱通風(fēng)效果以適應(yīng)不同的建筑室內(nèi)空氣環(huán)境需求。例如張家港生態(tài)農(nóng)宅項目，就是利用了組合式通風(fēng)方法，通過調(diào)整建筑朝向和庭院空間組織關(guān)系，結(jié)合建筑進(jìn)出風(fēng)口位置的巧妙設(shè)計，配合共享空間的拔風(fēng)作用以及“文丘里效應(yīng)”的抽吸力，強(qiáng)化了整個建筑空間的自然通風(fēng)效果。

3自然通風(fēng)組織設(shè)計方法

建筑自然通風(fēng)組織設(shè)計時應(yīng)充分考慮建筑的場地環(huán)境和氣候條件等因素對室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的影響，合理規(guī)劃建筑布局、設(shè)計建筑體型與空間組合、通風(fēng)口位置等。（1）建筑長邊或凹口部分宜朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，有利于增加風(fēng)壓形成自然通風(fēng)效果。（2）采用傳統(tǒng)民居中常用的內(nèi)庭院和底層架空的空間組織方式，有利于獲得通風(fēng)散熱效果。（3）雙側(cè)開窗通風(fēng)時，房間進(jìn)深一般不宜超過凈高的5倍，單側(cè)通風(fēng)時，進(jìn)深不宜超過凈高的2.5倍，有利于形成“穿堂風(fēng)”。另外，增加適當(dāng)窗戶面積并使對向窗口錯位布置，有利于增強(qiáng)通風(fēng)效果。（4）在建筑中設(shè)置中庭、樓梯間、通風(fēng)井及其他高出屋面的風(fēng)塔，有利于加強(qiáng)空間垂直方向上的空氣流動，從而產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”獲得良好的自然通風(fēng)效果。（5）靈活布置太陽房、雙層玻璃幕墻、特隆布墻、導(dǎo)風(fēng)板、屋頂通風(fēng)層等構(gòu)造方式，在組織建筑空間時充分利用熱壓和風(fēng)壓原理形成自然通風(fēng)。

4結(jié)論

綜上所述，建筑的被動式通風(fēng)設(shè)計是現(xiàn)代綠色建筑最常使用并且技術(shù)較為成熟的節(jié)能設(shè)計手段，這種方法可以采用低成本、少能耗、零污染的方式實現(xiàn)室內(nèi)的自然通風(fēng)，從而使建筑空間獲得高舒適性和有利于身心健康的新鮮空氣。由于不同的建筑具有不同的建設(shè)環(huán)境和氣候條件背景，在實際的建筑設(shè)計中，我們應(yīng)該針對不同建筑的自身特點制定被動式通風(fēng)設(shè)計策略。被動式超低能耗建筑的發(fā)展?jié)摿薮?，?jīng)濟(jì)效益前景可觀，加之國家政府和機(jī)構(gòu)不斷出臺的有利政策，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇迎接挑戰(zhàn)，希望更多的建筑師能夠關(guān)注并推進(jìn)建筑的自然通風(fēng)設(shè)計，早日實現(xiàn)低能耗、零能耗甚至產(chǎn)能建筑的發(fā)展。

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作者：郝妙琦 許德麗 單位：沈陽城市建設(shè)學(xué)院