低碳时代如何在建筑上更好的利用自然风
关键词：建筑设计，自然通风，原理，应用
一、自然通风的原理
建筑通风主要包括排风和送风。排风就是从室内排出污浊空气；送风就是向室内补充新鲜空气。这是一种节能、经济的通风方式，不消耗动力。它通过空气更新和气流的生理作用对室内气温、湿度及围护结构内表面温度的影响而起到间接的影响作用。建筑内部的通风条件是决定人们健康、舒畅的重要因素之一。良好的通风可以把新鲜空气带入室内，带走进入室内的热晕，还可以促进人体的汗液蒸发降温，使人感到舒适。为实现排风和送风所采用的设备装置总称为建筑通风系统。有效的通风系统可以保证室内空气质量符合卫生标准，提高室内空气品质。按照通风系统工作动力的不同，建筑通风可分为机械通风和自然通风。机械通风依靠外部机械设备产生的压力强制空气流动实现通风换气；自然通风则依靠自然压力实现空气流动。自然压力是自然通风的基本动力，是建筑外墙上洞口两侧存在的压力差。自然压力主要指风压和热压，相应的自然通风分为利用风压实现的，利用热压实现的和利用二者共同实现的三种类型。
（1）风压作用下的自然通风
风的形成是由于大气中的压力差，是室外气流造成室内外空气交换的一种作用压力。如果风在通道上遇到了障碍物，如树和建筑物，就会产生能量的转换。动压力转变为静压力，迎风面气流受阻，动压降低，静压升高，风压为正压；侧面和背风面静压降低，风压为负压。由于经过建筑物而出现的压力差促使空气从迎风面的窗缝和其他空隙流入室内，而室内空气则从背风面孔口排出，就形成了全面换气的风压自然通风。建筑物四周的风压分布不同，迎风面和背风面的压力差也随之不同，它与建筑物的几何形状和建筑与风向的夹角等因素有关。一般来说，迎风面几何中心正压最大，屋脊与犀角处负压最大。人们常说的穿堂风就是利用风压来实现建筑的通风换气。
（2）热压作用下的自然通风
自然通风的另一基本动力是建筑物内部的热压。热压是由于室内外空气温度不同而形成的重力压差。室内空气温度高，比重小，便会从建筑物上部的窗户排出；室外空气温度相对低，比重大，便从建筑下部的门窗孔口进入室内。从而实现自然通风。这个过程又叫“烟囱效应”。室内外温差越大，上下进出风口之间的高差越大，则产生的热压就越大。当室内外温度一定时，上下两窗口间的压差与其高差成线性比例关系。对于高温车间利用热压进行通风是防暑降温最有效的措施，它不消耗电能又可获得巨大的换气量。在实际中，建筑师们多采用烟囱、通风塔、天井中庭等形式，为自然通风的利用提供有利的条件，使得建筑物能够具有良好的通风效果。
（3）风压和热压共同作用下的自然通风
在实际建筑中的自然通风是风压和热压共同作用的结果，只是各自的作用有强有弱。由于风压受到天气、室外风向、建筑物形状、周围环境等因素的影响，风压与热压共同作用时并不是简单的线性叠加。因此建筑师要充分考虑各种因素，使风压和热压作用相互补充，密切配合使用，实现建筑物的有效自然通风。
（4）机械辅助式自然通风
在一些大型建筑中，由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市，直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内，不利于人体健康。在这种情况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统，实现自然通风效果。
二、自然通风对建筑设计的要求
建筑设计应该以人为本，其根本目的在于为人们创造一个健康舒适的工作生活环境。在建筑设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔，如楼梯间、中庭、拔风井等满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口，将建筑各层的热空气排出，达到自然通风的目的。目前建筑中常用的双层玻璃幕墙中的通风，一般通过自然通风，利用风压作用和室外与空气间层内部的温差、外层表皮上的通风口等来形成热压作用(烟囱效应)，实现通风。当室外与空气间层内部有较大温差时，新鲜的室外空气通过外层玻璃下方的进风口进入空气间层。在空气间层中空气受阳光影响变热、上升，通过外层玻璃上方的排气口排出至室外，或通过内层玻璃上的通风口进入室内。空气间层内外温差越大，这种系统的通风效果越好。因此，利用烟囱效应进行自然通风的双层玻璃幕墙不适合用于炎热气候中。
全球性的能源和环境危机促使有远见的建筑师积极行动起来，大力研究自然通风在建筑设计中的应用。从建筑设计的角度看我们要清醒的认识到当前建筑设计中存在的问题：一味追求大体量、大进深、大密度的建筑，室内净高太低，建筑开窗不够，甚至做成推拉半开窗或死窗；过度依赖中央空调和机械设备，只强调降温与采暖，忽略对室内空气质量的要求。因此，建筑设计应该更多关注建筑的健康功能，抛弃那些虚幻的、概念化的设计理念，从细都着手，切实处理好建筑中的自然通风问题。欲利用自然通风，建筑设计应该注意以下几个方面。
（1）建筑应选址在有利的外部风环境中，风速要大于3m／s，这是前提条件。
（2）建筑的主要进风面应与夏季主导风向成600-900角，不宜小于450角。
（3）建筑物的正压区和负压区都会延伸一段距离，其大小和建筑物的高度形状有
关，在此距离内的其它建筑的通风要受到影响。因此要合理安排相邻建筑的距离，以免相互干扰。对于居住区设计应特别注意此点，务必使相邻住宅的距离和住宅高度保持合适的比例关系。
（4）建筑物本身要采取措施来加强自然通风，如利用热压原理通风时，在天窗两侧加装挡风板，使天窗始终处于负压区，只排不进，从而避免了天窗在迎风面发生气流倒灌现象。又如，在檐口部位合理设置进气口。这样当关闭门窗时，新鲜空气仍能进入室内进行自然通风。
（5）在住宅设计时，为了利用自然通风，进深不能太大(小于15m)，宜利用风压组织穿堂风进行通风换气。对于公建，由于其人流大，宜利用热压通风。同时其规模面积也较大，单纯依靠自然通风难以完全满足要求，此时可采用机械设备来辅助自然通风。另外，在炎热地区，利用自然通风是达到人体热舒适的首选策略；而寒冷地区，应在满足室内空气质量前提下尽量减少通风换气次数，以减少热损失。建筑设计还要善于利用高科技来解决通风问题，使自然通风和高科技有机结合以更好地为人们创造健康舒适的工作生活环境。
总之，在当前生态环保意识日益加强的趋势下，自然通风已经成为建筑设计当中一项重要的内容，越来越受到人们的重视。自然通风在建筑设计中具有广阔的应用前景和实用价值。自然通风是种廉价、环保、健康的通风方式，因此建筑师们应该在建筑设计中尽可能利用自然通风，降低能耗，减少污染，走符合可持续发展原则的建筑创作之路，不断为保护好我们的自然环境做出应用的贡献。
