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摘要：自然通风是一种被动式的通风降温形式，通过合理的设计和运行可有效改善建筑物的热环境，提高室内空气品质，降低对常规空调系统的依赖，节约建筑物能耗，在当今社会潜力巨大。本文介绍了自然通风的原理，分析了建筑的自然通风设计。
关键词：建筑自然通风原理设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
自然通风是指利用建筑内外风力或热压造成的风来促使空气流动而进行的通风换气。自然通风的作用体现在两方面: 第一, 实现有效的被动式制冷。这意味着在不消耗不可再生能源的情况下, 降低室内气温, 带走潮湿空气, 并以气流降低皮肤温度, 达到人体热舒适。第二, 提供新鲜、清洁的自然空气,以维持室内空气的卫生, 有利于人的生理和心理健康。建筑通风的设计方法, 是以建筑设计配合室外通风条件, 提高室内有效风速, 从而达到通风换气的目的。如今, 空调的使用, 人们可以主动地控制居住环境, 而不是被动地适应自然; 也使人们渐渐淡化了对自然通风的重视。在全球能源与资源短缺、环境严重破坏时, 建筑师将不得不重新审视自然通风这一传统技术。
一、自然通风的原理
1、利用风压实现自然通风。所谓风压，是指空气流受到阻挡时产生的静压。当风吹向建筑物正面时候，受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上静压增高，产生正压区，气流再向上偏转，同时绕过建筑物各侧面及背面，在这些面上产生局部涡流，静压降低，形成负压差，风压就是利用建筑迎风面和背风面的压力差，室内外空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。而这个压力差与建筑形式、建筑与风的夹角以及周围建筑布局等因素相关。当风垂直吹向建筑正面时，迎风面中心处正压最大，在屋角及屋脊处负压最大。我们通常所说的“穿堂风”就是典型的风压通风。
2、利用热压实现自然通风。热压通风即通常所说的烟囱效应，其原理为室内外温度不一，二者的空气密度存在差异，室内外的垂直压力梯度也相应有所不同，此时，若在开口下方再开一小口，则室外的空气就从此下方开口进入，而室内空气就从上方开口排出，从而形成“热压通风”。当室内外空气温差越大，则热压作用越强，在室内外温差相同和进气、排气口面积相同的情况下，如果上下开口之间的高差越大，热压越大。
3、利用热压与风压实现自然通风。建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果，只是各自作用的程度不同，对建筑物整体自然通风的贡献不同。热压作用相对稳定，烟囱效应拔风的产生条件较容易实现;而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响，具有不稳定性。所以，当风压与热压同时作用的时候，还可能出现减弱通风效果的情况。当风向与热压作用的流线方向相同时，会相互促进;反之，则会相互阻碍，从而影响自然通风的效果。利用风压和热压进行自然通风往往是相互补充的，在实际情况中他们是共同作用的。一般来说，在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风，而在进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。
二、建筑的自然通风设计分析
建筑物中的自然通风在实现原理上由“风压”和“热压”引起的空气流动。在实践中，往往由于条件所限制，单纯利用风压或热压不能满足通风需要，因此又可以由风压和热压结合，甚至采用机械辅助自然通风。下面介绍适用于现代建筑的一些自然通风方式。
1、控制建筑布局与体型
建筑总平布局受很多因素控制，从生态的角度上，影响布局的主要有阳光与风向。建筑布局对自然通风的效果影响很大。在考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，若风沿着法向吹向建筑，会在背風面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。为了消除这种影响，群体布置中的建筑法线应该与风向形成一定的角度，以缩小背后的漩涡区。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响很大，因此在整体布局中还应该对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
2、围护结构开口的优化设计
房间的开口大小、相对位置等，直接影响到风速和进风量。进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3 时，开口大小为地板总面积的15~25%时，通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开位置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流更均匀，通风效果更好。
3、调整建筑内部布局以组织穿堂风
传统的热带建筑中非常重视“穿堂风”的组织，“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内，穿过房子，从背风面的出风口吹出。应该尽量组织好室内的通风：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑内部的开口，引导气流；建筑的风口应该可调节，以根据需要改变风速风量。室内家具与隔断布置不应该阻断“穿堂风”的路线；合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。
4、通风隔热屋面通常有以下两种方式：
（1）在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层。
（2）利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。
5、通风墙体
通风墙体即将需要隔热的外墙做成带有空气间层的空心夹层墙，并在下部和上部分别开有进风口和出风口。通风间层厚度一般为30～100mm。夹层内的空气受热后上升，在内部形成压力差，带动内部气流运动，从而可以带走内部的热量和潮气。外墙加通风间层后，其内表面温度可大幅度降低，而且Lt 辐射照度愈大，通风空气间层的隔热效果愈显著，故对东西向墙更为明显。
6、双层玻璃幕墙
双层幕墙又称“会呼吸的皮肤”，由内外两道幕墙组成。两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，利用“温室效应”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有百叶等遮阳装置。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题，可加强围护结构的保温隔热性能，并能降低室内的噪音。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42~52%，在制冷时节约能源38~60%，是解决建筑节能的一个新的方向。在国内，也已经有了双层幕墙的尝试。清华大学低能耗试验楼中，在南向与东向外墙上，采取了双层玻璃幕墙的做法，并辅助于百叶遮阳。
7、通风中庭
目前，大量的建筑中设计有中庭，主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。由福斯特主持设计的法兰克福商业银行就是一个利用中庭进行自然通风的成功案例。在这一案例中，设计者利用计算机模拟和风洞试验，对60 层高的中庭空间的通风进行分析研究。为了避免中庭内部过大的紊流，每12 层作为一个独立的单元，各自利用热压实现自然通风，取得良好的效果。
8、风塔
早在几千年前，风塔就在古埃及得到流行，如今在中东地区，仍然可以见到它的踪影。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区，可以利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不固定的地区，则可以设计多个朝向的风斗，或者设计成可以随风向转动。例如在英国贝丁顿零能耗发展项目中，设计了可以随风向转动的风斗，配合其他措施，利用自然风压实现了建筑内部的通风。
9、拔风井
拔风井利用烟囱效应，造成室内外空气的对流交换。英国诺丁汉大学朱比丽分校是一个成功的生态建筑案例。在建筑中结合楼梯间设计，在顶部集成机械抽风和热回收装置，完成建筑的通风。在机械的辅助下，充分利用“烟囱效应”在建筑内部形成自然风循环。新鲜的空气通过处于风塔上部的机械抽风装置被引入到风道中，然后进入到各层楼板的夹层空间，进而进入到室内；而废气通过走道和楼梯间的低压抽风作用，最终又回到风塔上部，再经过热回收或蒸发冷却装置，通过风斗排出。
10、太阳能强化自然通风
太阳能强化自然通风，充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。其利用太阳的热量，加热采热构件，并使建筑内部的空气上升，形成热压，引起空气流动。尝试设计的某太阳能办公楼方案在西侧设置了太阳能通风井。通风井受太阳辐射温度升高，内部空气上升并从上部开口排出，在井内形成负压，迫使各层走道的空气流向通风井，形成自然通风，同时带走过道内的热量。
参考文献：
[1] 唐春雨.福州夏季风环境与居住建筑节能的探讨[J]. 福建建筑. 2006(01)
[2] 彭小云.自然通风与建筑节能[J]. 工业建筑. 2007(03)
[3] 陈培豪.村镇住宅建设的现状与对策[J]. 山西建筑. 2005(24)
[4] 谢浩.从自然通风角度看广东传统建筑[J]. 住宅科技. 2007(12)
关键词：建筑自然通风原理设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
自然通风是指利用建筑内外风力或热压造成的风来促使空气流动而进行的通风换气。自然通风的作用体现在两方面: 第一, 实现有效的被动式制冷。这意味着在不消耗不可再生能源的情况下, 降低室内气温, 带走潮湿空气, 并以气流降低皮肤温度, 达到人体热舒适。第二, 提供新鲜、清洁的自然空气,以维持室内空气的卫生, 有利于人的生理和心理健康。建筑通风的设计方法, 是以建筑设计配合室外通风条件, 提高室内有效风速, 从而达到通风换气的目的。如今, 空调的使用, 人们可以主动地控制居住环境, 而不是被动地适应自然; 也使人们渐渐淡化了对自然通风的重视。在全球能源与资源短缺、环境严重破坏时, 建筑师将不得不重新审视自然通风这一传统技术。
一、自然通风的原理
1、利用风压实现自然通风。所谓风压，是指空气流受到阻挡时产生的静压。当风吹向建筑物正面时候，受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上静压增高，产生正压区，气流再向上偏转，同时绕过建筑物各侧面及背面，在这些面上产生局部涡流，静压降低，形成负压差，风压就是利用建筑迎风面和背风面的压力差，室内外空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。而这个压力差与建筑形式、建筑与风的夹角以及周围建筑布局等因素相关。当风垂直吹向建筑正面时，迎风面中心处正压最大，在屋角及屋脊处负压最大。我们通常所说的“穿堂风”就是典型的风压通风。
2、利用热压实现自然通风。热压通风即通常所说的烟囱效应，其原理为室内外温度不一，二者的空气密度存在差异，室内外的垂直压力梯度也相应有所不同，此时，若在开口下方再开一小口，则室外的空气就从此下方开口进入，而室内空气就从上方开口排出，从而形成“热压通风”。当室内外空气温差越大，则热压作用越强，在室内外温差相同和进气、排气口面积相同的情况下，如果上下开口之间的高差越大，热压越大。
3、利用热压与风压实现自然通风。建筑中的自然通风往往是热压与风压共同作用的结果，只是各自作用的程度不同，对建筑物整体自然通风的贡献不同。热压作用相对稳定，烟囱效应拔风的产生条件较容易实现;而风压作用常常受到大气环流、地方风、建筑形状、周围环境等因素的影响，具有不稳定性。所以，当风压与热压同时作用的时候，还可能出现减弱通风效果的情况。当风向与热压作用的流线方向相同时，会相互促进;反之，则会相互阻碍，从而影响自然通风的效果。利用风压和热压进行自然通风往往是相互补充的，在实际情况中他们是共同作用的。一般来说，在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风，而在进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。
二、建筑的自然通风设计分析
建筑物中的自然通风在实现原理上由“风压”和“热压”引起的空气流动。在实践中，往往由于条件所限制，单纯利用风压或热压不能满足通风需要，因此又可以由风压和热压结合，甚至采用机械辅助自然通风。下面介绍适用于现代建筑的一些自然通风方式。
1、控制建筑布局与体型
建筑总平布局受很多因素控制，从生态的角度上，影响布局的主要有阳光与风向。建筑布局对自然通风的效果影响很大。在考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，若风沿着法向吹向建筑，会在背風面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。为了消除这种影响，群体布置中的建筑法线应该与风向形成一定的角度，以缩小背后的漩涡区。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响很大，因此在整体布局中还应该对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
2、围护结构开口的优化设计
房间的开口大小、相对位置等，直接影响到风速和进风量。进风口大，则流场大；进风口小，流速虽然增加，但是流场缩小。根据测定，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3 时，开口大小为地板总面积的15~25%时，通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开位置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流更均匀，通风效果更好。
3、调整建筑内部布局以组织穿堂风
传统的热带建筑中非常重视“穿堂风”的组织，“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内，穿过房子，从背风面的出风口吹出。应该尽量组织好室内的通风：主要房间应该朝向主导风迎风面，背风面则布置辅助用房；利用建筑内部的开口，引导气流；建筑的风口应该可调节，以根据需要改变风速风量。室内家具与隔断布置不应该阻断“穿堂风”的路线；合理的布局家具与隔断，还能让风的流速、风量更加宜人。
4、通风隔热屋面通常有以下两种方式：
（1）在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层。
（2）利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。
5、通风墙体
通风墙体即将需要隔热的外墙做成带有空气间层的空心夹层墙，并在下部和上部分别开有进风口和出风口。通风间层厚度一般为30～100mm。夹层内的空气受热后上升，在内部形成压力差，带动内部气流运动，从而可以带走内部的热量和潮气。外墙加通风间层后，其内表面温度可大幅度降低，而且Lt 辐射照度愈大，通风空气间层的隔热效果愈显著，故对东西向墙更为明显。
6、双层玻璃幕墙
双层幕墙又称“会呼吸的皮肤”，由内外两道幕墙组成。两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，利用“温室效应”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有百叶等遮阳装置。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题，可加强围护结构的保温隔热性能，并能降低室内的噪音。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42~52%，在制冷时节约能源38~60%，是解决建筑节能的一个新的方向。在国内，也已经有了双层幕墙的尝试。清华大学低能耗试验楼中，在南向与东向外墙上，采取了双层玻璃幕墙的做法，并辅助于百叶遮阳。
7、通风中庭
目前，大量的建筑中设计有中庭，主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。由福斯特主持设计的法兰克福商业银行就是一个利用中庭进行自然通风的成功案例。在这一案例中，设计者利用计算机模拟和风洞试验，对60 层高的中庭空间的通风进行分析研究。为了避免中庭内部过大的紊流，每12 层作为一个独立的单元，各自利用热压实现自然通风，取得良好的效果。
8、风塔
早在几千年前，风塔就在古埃及得到流行，如今在中东地区，仍然可以见到它的踪影。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区，可以利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不固定的地区，则可以设计多个朝向的风斗，或者设计成可以随风向转动。例如在英国贝丁顿零能耗发展项目中，设计了可以随风向转动的风斗，配合其他措施，利用自然风压实现了建筑内部的通风。
9、拔风井
拔风井利用烟囱效应，造成室内外空气的对流交换。英国诺丁汉大学朱比丽分校是一个成功的生态建筑案例。在建筑中结合楼梯间设计，在顶部集成机械抽风和热回收装置，完成建筑的通风。在机械的辅助下，充分利用“烟囱效应”在建筑内部形成自然风循环。新鲜的空气通过处于风塔上部的机械抽风装置被引入到风道中，然后进入到各层楼板的夹层空间，进而进入到室内；而废气通过走道和楼梯间的低压抽风作用，最终又回到风塔上部，再经过热回收或蒸发冷却装置，通过风斗排出。
10、太阳能强化自然通风
太阳能强化自然通风，充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。其利用太阳的热量，加热采热构件，并使建筑内部的空气上升，形成热压，引起空气流动。尝试设计的某太阳能办公楼方案在西侧设置了太阳能通风井。通风井受太阳辐射温度升高，内部空气上升并从上部开口排出，在井内形成负压，迫使各层走道的空气流向通风井，形成自然通风，同时带走过道内的热量。
参考文献：
[1] 唐春雨.福州夏季风环境与居住建筑节能的探讨[J]. 福建建筑. 2006(01)
[2] 彭小云.自然通风与建筑节能[J]. 工业建筑. 2007(03)
[3] 陈培豪.村镇住宅建设的现状与对策[J]. 山西建筑. 2005(24)
[4] 谢浩.从自然通风角度看广东传统建筑[J]. 住宅科技. 2007(12)