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1、1自然通风原理在学校建筑设计中的应用与实现摘要：本文主要介绍建筑中自然通风的原理，以及自然通风在学校建筑设计中的实现。 关键词：自然通风；学校建筑设计 长久以来，自然通风作为一项传统的建筑防热技术，具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点，是人类历史上长期赖以改善室内环境的原始手段。过去，在湿热地带，人们就开始懂得利用了自然通风，如其建筑都有开阔的窗户、轻便的墙体、深远的挑檐、高高在上的顶棚并设置有通风口、架空的建筑等，这在一定程度上表明，人类早就开始利用自然通风来调节室内环境。 如今，虽说空调已经广泛使用，但在学校建筑大量引入空调装置并不是好事；且由于当今社会高度提倡节约能源，为了
2、保持空气良好品质，有效控制病毒传播，在这样的背景下，把自然通风这种传统建筑生态技术应用在学校建筑设计中，有着重要的意义。 1自然通风的原理 建筑的自然通风从动力来源上可分为完全自然通风和机械辅助自然通风两种模式。而完全自然通风的有两个主要的原因是风压以及室内外空气密度差。自然通风的原理有以下几点： 11风压作用下的自然通风 风的形成是由于大气中的压力差，而风压作用下则是指利用自然界风的力量使室内进行通风换气。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，于是迎风面上产生正压(约为风速动压力的0508 倍)，而背风面上产生负压(约为风速动压力的 0304 倍)
3、。如建筑物上有门窗，风可以从迎风面的门窗吹进来，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。但需注意的是，某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对于风向的方位、风速和建筑周围的自然地形有关。 12热压作用下的自然通风 热压是室内外空气的温度差引起的，就是利用热空气上升的原理，在建筑物上部设排风口，排出室内被污染的空气，吸入室外新鲜的空气。由于温度差的存在，室内外密度差产生，沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度，如果室内温度高于室外，建筑物的上部将会有较高的压力，而下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口时，空气通过较低的开口进入，从上部流出；如果室内温度低于室外温度，气流方
4、向相反。热压的大小取决于两个开口处的高度差和室内外的空气密度差。在设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔，如楼梯间、中庭等，满足进、排风口的高度差，将建筑各层的热空气排出，使得建筑物能够具有良好的通风效果。 13风压、热压共同作用下的自然通风 2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。如同一建筑物，迎风面下部热压，风压作用的方向一致，进风量要比热压单独作用时大，如果迎风面上部的风压大于热压，就不能从上部开口排气，相反将变为进气，进成倒灌。但由于室外风速、
5、方向甚至在一天内也变化不定，为了保证自然通风的效果，风压在计算中一般均不予考虑；不过由于风压是客观存在的，故定性地考虑风压在自然通风中的影响，使风压和热压作用相互补充，密切配合使用，仍是必要的。 14机械辅助式自然通风 在学校建筑设计中，由于人口密度大，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；且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，不利于学生的身体健康。在这种情况下，可借助一种机械辅助方式加速室内通风。 2自然通风在学校建筑设计中的实现 影响自然通风的因素，对于学校建筑规范而言，有建筑物的朝向、空间布局、建筑群布局、门窗设计
6、等，只有合理设计，方能达到自然通风和节约能源的目的。21建筑物的朝向和平面形状 要确定建筑物的朝向，不但要了解当地日照量较多的方向，还要了解当地风的相关特性，包括冬季和夏季主导风的方向、速度以及风的温度。经测试表明：东西向比南北向的冷负荷约增加 70。因此，无论从改善夏季自然通风、调节房间热环境，还是从减少冬季、夏季的房间采暖空调负荷的角度来讲，建筑物应尽量采用南北向，学校类建筑更应该如此。本身，在教室集中的教学楼等区域，安装空调机的需求较少，对会议室、教师办公室、休息室等个别需要布置空调的房间，应尽量避免将空调布置在东西朝向的房间，东西墙上有窗户的房间以及平屋顶的顶层房间。对实验室等有特殊温
7、度需要，或集中的办公、休息区这样空调使用频率较高的建筑空间，应在房屋体积确定的前提下，尽可能的减少外围护结构的表面积，这直接减少该建筑的冷负荷，最终减少能耗。22建筑物的空间布局 教学楼通常多数是依靠自然通风降温的建筑，空间布局上力求开敞，一般都以较大面积的窗口自然通风并实现教室采光。这样，才会在满足使用功能的前提下，最低限度的进行通风和温控设备投入，进而降低耗能。对设有空调系统的建筑，其空间布局应以紧凑为主要核心原则，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷。 23建筑群布局的设计 建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。现代学校要求建筑物之间能联络方便、尽量通畅、便捷，因此学校
8、内各类建筑物多采用集中式布局，建筑群体也多以成团的方式组合，如学校学生宿舍，则一般采用的是行列式建筑布局，虽然建筑群内部的流场因风向投射角不同而有很大变化，但总体说来受风面较小；错3列和斜列可使风从斜向导入建筑群内部，下风向的建筑受风面大一些，风场分布较合理，所以通风好。 24门窗开口的优化设计 在学校类建筑中，尽可能的优化门窗布局，减少门窗数量、窗墙比等，可直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。据测定显示，当开口宽度为开间宽度的 1323 时，开口大小为地板总面积的 1525时，通风效果最佳。因此，在学校建筑设计中，应避免采用一些直接或间接增加门窗面积的设计，最大限度的减少洞口面积；另
9、外，当门窗洞口面积增加，外墙面积减少的时候，也就是窗墙比加大的时候，其将直接影响建筑的热特性，则在学校实验室、冷库等空调房间两侧温差大的外墙面积及窗的面积应尽量减少。 25注重“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人室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大，房屋内部空气流动阻力越小，通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。 26屋顶的自然通风 当室内存在贯穿整幢建筑的“竖井”空间时，就可利用其上下两端的温差来加速气流，以带动室内通风，其实质就是“温差热压通风”的原理。作为建筑共享
10、空间的中庭就可以胜任这个“竖井”的职能，一般来说，其所占空间比例以超过整幢建筑的 1，3 为宜。这种屋顶的自然通风一般有：一是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；二是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。 27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。在学校建筑设计中，被动的太阳能技术包括：利用合理的建筑设计达到自然通风和采光，利用遮阳设施调节教室光线等。通过采用主动太阳能技术，实现建筑增量成本少，提高建筑舒适性，降低学校能耗的建设目标。 3结束语 综上所述，自然通风是一种廉价的生态节能技术，是建筑最基本功能之一。因此，在学校建筑设计中，建筑设计者应该从建筑物的规划、建筑单体设计到构造设计的整个过程中都对自然通风的可应用性和效果仔细考虑，有效地利用自然通风解决学校建筑物的舒适性和空气质量问题，为学生们营造一个健康、舒适的学习环境。
