浅谈自然通风

一、通风简介

通风工程在我国实现四个现代化的进程中，一方面起着改善居住建筑和生产车间的空气条件，保护人民健康、提高劳动生产率的重要作用；另一方面在许多工业部门又是保证生产正常进行，提高产品质量所不可缺少的一个组成部分。通风工程在内同上基本上可分为工业通风和空气调节两个部分。全世界每年估计排入大气的粉尘约为1亿吨，硫氧化物高达1.5亿吨。这些有害物如果不进行处理，会严重污染室内外空气环境，对人民身体健康造成极大危害。例如工人长期接触、吸入SiO2粉尘后，肺部会引起弥漫性纤维化，到一定程度便会形成矽肺。大气污染的影响范围广，后果更加严重，因此，合理的组织通风，成为解决这些问题的关键。

自然通风是指利用自然手段（热压、风压等）来促进室内空气流动而进行的通风换气方式。它通过空气更新和气流的生理作用对人体的生理感受起到直接的影响作用，并通过对室内气温、湿度及维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。良好的通风可以吧新鲜的空气带入室内，带走进入室内的热量，还可以促进人体的汗液蒸发降温，使人感到舒适。

随着办公建筑的增多和人们对办公环境要求的提高，办公建筑的能耗也显著增多，在高档公共建筑的全年能耗中，大约50%-60%消耗于空调制冷与采暖系统，而在空调制冷这部分能耗中，大约40%-50%由外围护结构传热所消耗，30%-40%为处理新风所消耗，25%-30%为空气和水输配所消耗。自然通风相对于机械通风和空调而言，具有显著减低建筑能耗的潜力，能够保证室内空气品质的同时，降低初投资和运行费用。在室外条件满足要求的情况下（即利用自然通风完全取代空调和自然通风与空调同时使用），利用自然通风可以减少空调的运行时间或负荷强度，从而减少了空调的能耗。

二、自然通风的原理

建筑通风包括从室内排除污浊空气和向室内补充新鲜空气两部分，前者称为排风，后者称为送风。为实现排风和送风所采用的设备装置总体称为建筑通风系统。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压力促使空气流动实现通风换气；自然通风则依靠自然压力促使空气流动实现的。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

风压是指室外气流造成室内外空气交换的一种作用压力。当室外气流和建筑物

相遇时，将发生绕流，由于建筑物的阻挡，建筑物四周空气压力发生变化：迎风面气流受阻，动压降低，静压升高，风压为正，为正压；侧面和背面静压降低，风压为负，为负压。相对于其它未受干扰的气流而言，把这种静压的升高或者降低统称为风压。正式由于正负压的存在，室外气流将从处于正压去（迎面风）的门窗孔口进出，从而实现自然通风。建筑物四周风压分布不同，迎风面和背封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，屋脊与屋角出负压最大。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。热压是由于室外空气温度不同形成的重力压差。室内空气温度高，比重小，便会从建筑物上部的窗口排出；室外空气

温度相对低，比重大，便从建筑物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。

（3）风压和热压共同作用下的自然通风

当风压与热压共同作用时，建筑物各洞口内外压差值应综合考虑二者的作用。

事实上，由于室外风向、风速和室内外温度经常变化，因此往往利用风压和热压互相补充，密切配合来实现自然通风。通常在建筑物进深小的部位利用风压实现自然通风，而在进深大的部位则利用热压实现自然通风。

空调系统最大的弊端在于它不能让室内通风和易吸附灰尘细菌，并且过度使用空调可导致人体抵抗力下降而造成各种空调病。相对于复杂昂贵的机械通风和空调系统，自然通风最大的优点是不需要动力设备，技术简单、成本低廉。它在不消耗能源的情况下实现被动式制冷，达到人体热舒适。此外，自然通风能提供新鲜清洁的自然空气，排出室内污浊空气，提高室内空气品质，非常有利于人的生理和心理健康。三、自然通风对建筑设计的要求

建筑的造型和周围环境都对自然通风有着重要的影响。通常，欲利用自然通风，建筑设计应该注意以下几个方面。首先应选址在有利的外部风环境中，风俗要大于3m/s，这是前提条件。其次，建筑的主要进风面应与夏季主导风向成60°-90°角，不宜小于45°。再次，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。在此距离内的其他建筑的通风都要受到影响。因此要合理安排相邻建筑的距离，以免互相干扰，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。最后，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的现象。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。

四、自然通风在实际中的研究和应用

1、北方地区住宅冬季自然通风对室内热环境的影响研究

（1）测试过程

所研究的住宅楼建于2001年，位于兰州市某住宅小区内。该楼为板式结构，南北朝向，共有4个单元。户型均为3室2厅2卫，6层框架结构。窗户为铝合金推拉式结构，密封性能好。由于位于寒冷地区的兰州，晚上不可能通风，加上兰州冬季十点之前室外空气中污染物浓度比较高，为防止室外空气污染室内，每天的通风测试时间段为10:00-18:00，不间断测试。3个住宅同时进行

（2）测试结果及分析

测试前对所选的3个住宅的建筑热环境参数及气流速度进行了预测试，发现在相同测试条件下热环境参数的测试结果误差均在5%内，气流速度的测试结果误差均在8%之内。所以，同时在3个住宅中分别执行3种通风方案，对每个方案进行2次重复测试，取2次测试的平均值作为研究分析的基础数据。

另外，CO2浓度的测试是研究主要关注的内容之一，其浓度变化趋势在一定程度上能代表室内空气质量的变化趋势。

（3）结论和建议

寒冷地区无空调设施的建筑冬季通过人为调节进行自然通风是可行的，但是要

适时、适度、合理。本研究虽然是以短期的测试数据为基础对人们的调节行为进行的分析，但对于其他时段正常天气状况下的调节行为也有一定的参考意义。至于寒流、沙尘暴等特殊的气候特征下人们通常都会“看开天窗”而不受本文结论的影响。冬季自然通风并不是简单的开、关窗，具体方案应与户型、建筑布局，当地气象资料、大气环境状况以及人们的生活习惯相结合。在风压、开窗面积近似相等，不影响室内热舒适性的前提下，建议采用风压作用下的混合开口自然通风方式来改善室内空气质量。

2、西安市自然通风住宅窗开启率调查分析

（1）调查概况

调查建筑物位于西安建筑科技大学南院内，均为近十年内新建的住宅类建筑。

包括高层（24层）、多层（7层）建筑四幢。所调查的建筑物均为普通黏土砖墙，外窗为单层玻璃窗。五幢建筑均未临近交通干道，外界因素（灰尘和噪音等）对窗户开启率影响较小。调查时间从4月25日至5月28日，选择在人们基本都在室内活动的时段（早上7:00-8:00、中午13:00-14:00）。在调查过程中，当天的温度、相对湿度、风速和风向都从实时天气预报获取，然后进行抽查校核。此次调查合计样本数量1240个。

（2）调查结果及分析

通过对过度季节（4、5月）住宅类建筑物窗户开启情况的调查，对建筑朝向、类型、室外温度、相对湿度、风速、风向对窗户开启率的影响分析，得出如下结论：

①高层建筑在四个朝向上中午窗户的开启率均比早上高；

②建筑物利用自然通风改善室内热环境在很大程度上会受到③风向的影响，处

于主导风向上的房间比其他房间能够更好的利用自然通风，主导风向上房间

窗户的开启率明显高于其他朝向上窗户的开启率；

③室外温度对不同类型建筑物利用自然通风来改善室内热环境的影响规律基本

相同；

④同一温度下，多层建筑物窗户的开启率明显高于高层建筑，且同一类型的多

层建筑窗户的开启率相差不大。

由此可以看出，既有建筑利用自然通风来改善室内热环境的状况并不乐观，多

层建筑物内居民利用自然通风的情况好于高层建筑物。因此，建筑物设计中必须充分考虑室外气象参数的影响，以便更有效的利用自然通风来改善室内的热环境。

3、地下停车库的自然通风

（1）气流组织

地下停车库的自然通风主要影响因素为热压作用，地上建筑的高度越高，其热压作用越明显。自然进风口为汽车进出口和车库与1层室外的直接通道，其排风通过车库与地上的连接通道、楼梯间、前室等向顶层、室外扩散，例如：通过楼梯间向屋面扩散，通过楼梯间防排烟竖井向屋面扩散，向地上房间扩散。即使地上房间为正压的空调房间，也难以组织热压作用。为了防止车库污染物扩散到其他房间，在建筑设计时，应考虑单独的自然通风竖井，并合理地布置进、出风道的位置，避免出现死角。

汽车库建筑设计规范规定：地下汽车库的排风宜按室内空间上、下两部分设置，上部按排风量的（1/2）-（1/3）计算，下部按排风量的（1/2）-（2/3）计算，但在测试过程中，每个位置取2个点采样，分别距地0.1、1.6m，通过大量的数据统计，发现在自然状态下，一氧化碳浓度分布没有分层现象，所以没有必要采用分层排风。

（2）结论

①利用示踪气体法可以有效方便地计算地下停车库的自然通风量。自然通风量

计算得准确与否取决于污染物产生量的确定是否准确。

②在严寒或寒冷地区，对于地下停车库，由于热压作用，其自然通风量较大。在冬季，停止机械通风设施，利用自然通风，可满足车库内一氧化碳浓度限值的要求。

③在严寒和寒冷地区可以利用建筑的热压作用，设置专门的通风竖井，为自然通风创造条件，并可将自然通风与机械通风有效结合起来，当热压作用不明显时，开启机械通风设施，满足地下车库内的污染物浓度要求，并实现最大限度的节能。

④在自然状态下，一氧化碳浓度分布没有分层现象。不论是机械通风还是自

然通风，不需特意考虑下部设置排风设施。