论建筑设计中的自然通风

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1、论 建 筑 设 计 中 的 自 然 通 风李 涛 韦 佳(东 南 大 学 建 筑 学 院 南 京 210096)摘 要 :在 能 源 消 耗 与 日 俱 增 和 世 界 资 源 日 益 匮 乏 的 今 天 ,风 力 资 源 的 利 用 ,越 来 越 得 到 人 们 的 关 注 。 依据 自 然 通 风 的 原 理 ,通 过 分 析 国 内 外 著 名 生 态 建 筑 中 所 采 用 的 自 然 通 风 技 术 ,比 较 了 其 各 具 特 色 的 通 风 技 术 ,着 重 论 述 了 建 筑 物 中 设 置 中 庭 与 风 塔 对 于 加 强 通 风 效 果 的 作 用 。 然 后 结 合 国

2、 情 ,提 出 了 一 些 对 于 风 能 利 用 方面 的 、 具 有 可 操 作 性 的 通 风 处 理 方 法 ,目 的 是 针 对 建 筑 设 计 实 践 中 的 自 然 通 风 问 题 起 到 实 际 指 导 意 义 。关 键 词 :自 然 通 风 风 压 热 压 中 庭 风 塔NATURAL VENTILATION IN ARCHITECTURAL DESIGNLi Tao Wei Jia(Architectural College of Southeast University Nanjing 210096)Abstract :As present energy consumpt

3、ion multiplies daily and world resources are gradually deficient , wind powerresources step by step gain public attention1 According to natural ventilation principle , analyses the use oftechnologies is analyzed and their qualities are compared , which are used for outstanding domestic and foreignec

4、ological architectures1 It is also discussed the set up of atrium and wind ventilator in buildings with regard tostrengthen ventilation effects1 Link to domestic conditions , at last some operable ventilation - management methodsbased on wind energy utility s aspect are proposed , aiming at giving p

5、ractical guide to natural ventilation problems inarchitectural designs1Keywords :natural ventilation wind - induced pressurization thermal pressure风 ,是 人 类 古 老 的 朋 友 。 远 古 时 期 ,先 民 们 就 在生 活 实 践 中 摸 索 出 各 种 方 法 来 充 分 利 用 风 能 使 生 活环 境 变 得 更 为 舒 适 ,同 时 又 避 免 风 的 不 利 影 响 。 长久 以 来 ,人 们 积 累 了 丰 富 的 经 验 ,不

6、 同 地 理 和 气 候 条件 都 有 自 己 的 一 套 相 应 的 通 风 措 施 ,利 用 风 来 使 室内 变 得 凉 爽 和 舒 适 。 从 中 国 传 统 勘 舆 中 的 “ 藏 风 聚气 ” 到 古 代 中 东 地 区 招 风 塔 和 招 风 斗 ,都 充 分 体 现 了各 国 人 民 在 利 用 自 然 风 方 面 的 聪 明 才 智 。 然 而 ,令人 惋 惜 的 是 自 工 业 革 命 后 ,随 着 科 技 的 日 新 月 异 ,这方 面 的 许 多 传 统 技 术 逐 渐 被 人 们 抛 之 脑 后 。 直 到 能源 消 耗 与 日 俱 增 、 世 界 资 源 日 益 匮

7、 乏 的 今 天 ,生 态 技术 在 建 筑 设 计 中 的 应 用 越 来 越 受 到 重 视 ,人 们 才 开始 重 新 研 究 如 何 利 用 风 来 取 得 降 低 能 耗 的 效 果 ,同时 更 大 限 度 地 为 人 们 提 供 健 康 舒 适 的 室 内 环 境 。1 自 然 通 风建 筑 内 部 的 通 风 条 件 是 决 定 人 们 健 康 、 舒 畅 的重 要 因 素 之 一 。 它 通 过 空 气 更 新 和 气 流 的 生 理 作 用对 人 体 的 生 物 感 受 起 到 直 接 的 影 响 作 用 ,并 通 过 对室 内 气 温 、 湿 度 及 内 表 面 温 度 的

8、 影 响 而 起 到 间 接 的影 响 作 用 1 。 通 常 认 为 ,自 然 通 风 的 作 用 具 有 三 种不 同 的 功 能 2 :第 一 ,健 康 通 风 ,即 保 证 室 内 空 气 质量 IAQ ;第 二 ,热 舒 适 通 风 ,即 增 加 体 内 散 热 ,以 及防 止 由 皮 肤 潮 湿 引 起 的 不 舒 适 以 改 善 热 舒 适 条 件 ;第 三 ,降 温 通 风 ,即 当 室 内 气 温 高 于 室 外 的 气 温 时 ,使 建 筑 构 件 降 温 。 据 测 定 ,室 内 外 温 差 大 时 ,开 窗10 15 分 钟 可 完 全 换 气 一 次 ;温 差 小 时

9、 ,大 约 半 小时 可 交 换 一 次 。自 然 通 风 最 基 本 的 动 力 为 风 压 和 热 压 。 通 常 的作 法 为 利 用 建 筑 物 外 表 面 的 风 压 ,利 用 室 内 的 热 压 ,以 及 风 压 与 热 压 相 结 合 。111 利 用 风 压 实 现 自 然 通 风第 一 作 者 :李 涛 女 1979 年 出 生 硕 士 研 究 生收 稿 日 期 :2005 - 11 - 20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

10、 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79Industrial Construction Vol. 36 , Supplement ,2006 工 业 建 筑 2006 年 第 36 卷 增 刊局 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

11、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 。 在 迎 风 面 上 的 风 压 为 自 由 风 速 动 压 力 的 015 018 倍 ,而 在 背 风 面 上 ,负 压 为 自 由 风 速 动 压 力 的013 014 倍 6 。风 对 建 筑 物 产 生 的 作 用 力 可 以 分 解 成 一 个 水 平的 阻 力 和 一 个 垂 直 的 升 力 ,对 风 压 的 利 用 往 往 是 利用 水 平 方 向 阻 力

12、来 设 计 和 组 织 通 风 的 。 垂 直 方 向 的力 会 产 生 伯 努 力 效 应 (Bernoulli Effect) 。 例 如 进 风面 的 斜 屋 顶 ,会 形 成 巨 大 的 抽 吸 力 ,这 种 形 式 的 屋 顶起 到 兜 风 的 作 用 。 如 位 于 巴 基 斯 坦 的 传 统 建 筑 屋 顶的 招 风 斗 (见 图 1、 图 2) ,设 置 的 越 高 ,风 速 越 大 ,建筑 物 的 影 响 就 越 小 ,兜 风 效 果 越 显 著 ,同 时 形 成 了 典型 的 民 族 地 方 特 色 4 。图 1 巴 基 斯 坦 传 统 民 居 外 观 4 图 2 巴 基

13、斯 坦 传 统 屋 顶 通 风 原 理 4 风 压 引 起 的 另 一 个 效 应 就 是 文 丘 里 效 应 (Ven2turi Effect) 。 气 流 流 动 时 ,会 因 为 空 间 的 收 缩 而 引起 加 速 ,于 是 收 缩 段 形 成 负 压 区 。 德 国 著 名 建 筑 师托 马 斯 1 赫 尔 佐 格 Thomas Herzog 设 计 的 汉 诺 威2000 年 世 博 会 26 号 馆 是 充 分 运 用 文 丘 里 效 应 创 造自 然 通 风 的 典 范 之 作 。 通 过 建 筑 师 和 工 程 师 的 密 切合 作 ,对 热 气 流 自 然 运 动 的 仔

14、细 研 究 ,以 取 得 最 大 限度 的 自 然 通 风 ,使 得 如 此 巨 大 的 室 内 空 间 中 机 械 通风 被 减 到 最 小 。 其 夏 季 降 温 措 施 为 :1) 立 面 上 的 开口 引 入 自 然 风 ;2) 距 离 地 板 4m 的 玻 璃 通 风 管 道 将冷 空 气 散 发 到 展 厅 中 ;3) 空 气 吸 收 室 内 人 群 和 机 械设 备 等 的 热 量 后 变 热 上 升 ;4) 热 空 气 从 锯 齿 形 屋 顶的 开 口 自 然 排 出 。 空 气 的 回 流 被 可 调 节 的 翼 片 所 阻挡 ,翼 片 安 装 在 屋 脊 上 ,可 根 据

15、外 界 风 的 方 向 调 整 。5)其 冬 季 供 暖 措 施 为 事 先 加 热 后 的 空 气 直 接 通 过 管道 送 入 室 内 ;6) 热 空 气 上 升 排 出 。 波 形 屋 顶 的 尖 峰具 有 很 强 的 造 型 感 ,其 原 型 是 传 统 工 业 建 筑 中 常 用的 北 向 天 窗 (见 图 3) 。 在 应 用 生 态 策 略 以 节 约 能源 、 提 供 舒 适 性 的 同 时 还 创 造 了 极 富 表 现 力 的 建 筑形 象 5 。图 3 托 马 斯 1 赫 尔 佐 格 设 计 的 汉 诺 威 2000 年 世 博 会 26 号 馆 剖 面 通 风 示 意

16、5 112 利 用 热 压 实 现 自 然 通 风烟 囱 使 室 内 的 烟 不 用 机 械 方 式 而 有 组 织 的 排 出室 外 ,大 大 改 善 了 室 内 空 气 质 量 ,这 就 是 常 说 的 “ 烟囱 效 应 ” (Chimney Effect) 。 所 谓 热 压 通 风 ,就 是 利用 该 原 理 ,根 据 建 筑 内 部 由 于 空 气 密 度 不 同 ,热 空 气趋 向 于 上 升 ,而 冷 空 气 则 趋 向 于 下 降 的 特 点 ,促 进 自然 通 风 。 热 压 作 用 于 进 风 和 出 风 的 风 口 高 度 差 ,以及 室 内 外 空 气 温 度 差 存 在 着 密 切 的 关 系 :高 度 差 愈大 ,温 度 差 愈 大 ,则 热 压 通 风 效 果 愈 明 显 。 应 用 烟 囱效 应 拔 风 的 优 秀 范 例 有 很