浅谈在建筑节能中如何实现自然通风技术
浅谈在建筑节能中如何实现自然通风技术
1 自然通风技术的优势
自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风方式的根本目的就是取代（或部分取代）空调制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要的意义：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。
浅谈在建筑节能中如何实现自然通风技术
2 自然通风技术的原理及应用
自然通风是一项古老的技术，与复杂、耗能的空调技术相比，自然通风是能够适应气候的一项廉价而成熟的技术措施。通常认为自然通风具有三大主要作用：（1）提供新鲜空气；（2）生理降温；（3）释放建筑结构中蓄存的热量。
自然通风是在压差推动下的空气流动。根据压差形成的机理，可以分为风压作用下的自然通风和热压作用下的自然通风。
风压作用下自然通风的形成过程。当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑；而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气从该侧的出口流出，这样就形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。
热压作用下的自然通风的形成过程。当室内存在热源时，室内空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，导致室内空气向外流动，同时在建筑下部，不断有空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。
根据进出口位置，自然通风可以分为单侧的自然通风和双侧的自然通风。双侧自然通风系统示意图，表示的是单侧的自然通风形式。
3 建筑设计中自然通风的实现
3.1建筑体型与建筑群的布局的设计
建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。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，若风沿着法线吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊，根据风向投射角（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响，因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
3.2围护结构开口的设计
建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式，窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。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布置，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。
3.3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。
3.4在建筑设计中形成竖井空间，来加速气流流动，实现自然通风
在建筑设计中竖井空间主要形式有：（1）纯开放空间。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。从另外一个方面考虑，我们可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。（2）“烟囱”空间，又叫风塔——由垂直竖井和几个风口组成，在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。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。
3.5屋顶的自然通风
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。
3.6双层玻璃幕墙围护结构
双层（或三层）幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤”，它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在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，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，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，使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温的目的。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有可调节的深色百叶。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造成的紊流不易控制的问题，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。
结束语
通风是建筑的最基本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗，使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。
我们现在的建筑设计中，尤其是一些建筑的更新如新民居的设计，不仅要关注自然通风技术，更要注意把这一传统的技术与当地的地理气候特征和气候因素等相结合，提出多层次的、全面的、适宜的建筑技术，体现“气候决定建筑”的设计理念。
自然通风技术在建筑节能方面的实现方法(1)
摘要：自然通风是建筑节能的一种有效手段，对于降低能耗，提高室内舒适度都有着非常重要的作用。介绍了自然通风技术的优势，分析了其原理，论述了自然通风技术的实现方法。
关键词：自然通风；建筑设计；地域建筑；节能
1 自然通风技术的优势
自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风方式的根本目的就是取代（或部分取代）空调制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要的意义：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。
2 自然通风技术的原理及应用
自然通风是一项古老的技术，与复杂、耗能的空调技术相比，自然通风是能够适应气候的一项廉价而成熟的技术措施。通常认为自然通风具有三大主要作用：（1）提供新鲜空气；（2）生理降温；（3）释放建筑结构中蓄存的热量。
自然通风是在压差推动下的空气流动。根据压差形成的机理，可以分为风压作用下的自然通风和热压作用下的自然通风。
风压作用下自然通风的形成过程。当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑；而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气从该侧的出口流出，这样就形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。
热压作用下的自然通风的形成过程。当室内存在热源时，室内空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，导致室内空气向外流动，同时在建筑下部，不断有空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。
根据进出口位置，自然通风可以分为单侧的自然通风和双侧的自然通风。双侧自然通风系统示意图，表示的是单侧的自然通风形式。
3 建筑设计中自然通风的实现
3.1建筑体型与建筑群的布局的设计
建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。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，若风沿着法线吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊，根据风向投射角（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响，因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
3.2围护结构开口的设计
建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式，窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。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布置，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。
3.3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。
3.4在建筑设计中形成竖井空间，来加速气流流动，实现自然通风
在建筑设计中竖井空间主要形式有：（1）纯开放空间。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。从另外一个方面考虑，我们可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。（2）“烟囱”空间，又叫风塔——由垂直竖井和几个风口组成，在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。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。
3.5屋顶的自然通风
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。
3.6双层玻璃幕墙围护结构
双层（或三层）幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤”，它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在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，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，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，使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温的目的。为了更好地实现隔热，通道内一般设置有可调节的深色百叶。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造成的紊流不易控制的问题，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。
结束语
通风是建筑的最基本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗，使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡，将是建筑在满足了基本的使用功能和美学要求后应追求的更高目标。
我们现在的建筑设计中，尤其是一些建筑的更新如新民居的设计，不仅要关注自然通风技术，更要注意把这一传统的技术与当地的地理气候特征和气候因素等相结合，提出多层次的、全面的、适宜的建筑技术，体现“气候决定建筑”的设计理念。
自然通风
自然通风是一种最古老、最节能的通风方法。它是改善室内空气品质的最基本方法，也是增强室内热舒适的方法之一，更是减低建筑空调负荷的免费措施之一。
一、自然通风的原理
自然通风是在压差推动下的空气流动。根据压差形成的机理，自然通风可以分为风压作用下的通风和热压作用下的自然通风。
图2-10表示了风压作用下的自然通风的形成过程。当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑；而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气从该侧的出口流出，这样就形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。
图2-11表示了热压作用下的自然通风的形成。当室内存在热源时，室内空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，导致室内空气向外流动，同时在建筑下部，不断有空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。
具体应用的过程中，往往很难区分究竟是热压形成的自然通风，还是风压形成的自然通风。总的应用原则就是强化热压或（和）风压，提高自然通风的冷却效果。
二、自然通风的形式
根据进出口位置，自然通风可以分为单侧的自然通风和双侧的自然通风。图2-10就是双侧自然通风系统示意图，而图2-11表示的是单侧的自然通风形式。
三、自然通风的使用条件
（一）室内得热量的限制
应用自然通风的前提是室外空气温度比室内高，通过室内空气的通风换气，将室外风
引入室内，降低室内空气的温度。很显然，室内、外空气温差越大，通风降温的效果越好。对于一般的依靠空调系统降温的建筑而言，应用自然通风系统可以在适当时间降低空调运行负荷，典型的如空调系统在过渡季节的全新风运行。对于完全依靠自然通风系统进行降温的建筑，其使用效果则取决于很多因素，建筑的得热量是其中的一个重要因素，得热量越大，通过降温达到室内舒适要求的可能性越小。现在的研究结果表明，完全依靠自然通风降温的建筑，其室内的得热量最好不要超过40W/m2。
（二）建筑环境的要求
应用自然通风降温措施后，建筑室内环境在很大程度上依靠室外环境进行调节，除了空气的温、湿度参数外，室内的噪音控制也将被室外环境所破坏。根据目前的一些标准要求，采用自然通风的建筑，其建筑外的噪音不应该超过70dB；尤其在窗户开启的时候，应该保证室内周边地带的噪音不超过55 dB。同时，自然通风进风口的室外空气质量应该满足有关卫生要求。
（三）建筑条件的限制
应用自然通风的建筑，在建筑设计上应该参考以上两点要求，充分发挥自然通风的优势。具体的建议见下表2-2。
表2-2 使用自然通风时的建筑条件
应用自然通风可以对室内空气进行降温，却不能调节或控制室内空气的湿度，因此，自然通风一般不能在非常潮湿的地区使用
四、晚间通风的应用
晚间通风系统是一个特殊的通风系统，它可以采用自然通风的形式，也可以采用机械通风。它与一般通风系统的区别在于通风时间在晚上或夜间。晚间通风的应用一般必须与蓄冷结构结合，特别希望建筑的围护结构具有比较大的蓄冷能力。
晚间通风的基本原理是在夜间组织大量通风换气，利用温度比较低的室外空气充分冷却室内空气以及相应的围护结构等蓄冷结构，并将冷量蓄存于该结构中；到了白天，室外空气温度比室内高的时候，关闭通风系统，尽量减少建筑通过围护结构的得热，依靠晚上蓄存的冷量抵消建筑白天的空调负荷。
晚间通风的使用条件除了要服从自然通风的使用条件外，还必须注意当地室外空气的日较差条件。日较差越大的地方，晚间通风的使用效果越好。研究结果表明，对于日较差小于7℃的地方，晚间通风降温的效果就不再明显。
如何正确认识建筑节能的通风技术
一、建筑通风的定义
要全面讨论建筑通风的学术问题，首先必须对建筑通风的概念有一个正确的认识。按照江老师的定义：外界环境与建筑的空气交换和建筑内部发生的空气交换统称为建筑通风。建筑通风包括自然通风和渗透，也包括空调系统机械通风。
按通常的说法，建筑通风分为自然通风与机械通风。自然通风是在不消耗人工能源的情况下，利用风压或/和热压来实现建筑内部的空气流通和置换；机械通风则主要是靠通风设施提供动力实现室内的空气流动。做好通风，就是要通过各种技术手段使建筑内外空气具有较好的流通效果，但它离不开建筑师与设备师的密切配合。做好自然通风，建筑师须起主导作用，如建筑朝向考虑、房间布局、开口设置、风路设计，结构设计与拔风考量等；做好机械通风，设备师的作用更为关键。因此，江亿院士强调南方建筑节能做好通风应该是这一认识层面的。
二、建筑通风的感性认识
人类在长期的建筑实践过程中，对建筑通风积累了丰富的感性认识。在比较荒蛮的时代，人类停留在为求生存而与大自然斗争，对风害的认识较为深刻；而在当今社会，人类已经彻底告别生存危机而注重生活质量，对自然风的认识更侧重于其有利的一面。首先，良好的通风有利于增进人与大自然的亲和感，增加居住者的舒适性。其次，良好的通风有利于改善室内空气品质，确保居住者的健康与卫生条件。第三，良好的通风可以缩短空调设备的启用时间，既舒适卫生，又有节能的作用。这是江亿院士强调通风是南方建筑节能关键技术的感性认识基础。
三、通风问题的认识误区
江亿院士推崇的“通风技术是南方建筑节能关键”之一的主流观点，存在几个认识误区。其一是误把全球性的通风技术当成南方区域性的因地制宜的技术。古往今来，通风技术是世界各国建筑师都在广泛运用的建筑技术之一，无论是寒冷的欧洲诸国，还是炎热的印度津巴布韦；不管是中国的哈尔滨，还是广州深圳。虽然各地区通风技术的表现风格完全不同，具有浓郁的乡土风情和历史烙印，但通风技术的本质是相同的。强调该技术的地域性，难免会对行业产生误导。普适性的技术不宜人为加以区域性限制，科学技术无国界地域之隔。实际上，南方的过渡季持续的时间很短，通风在过渡季相对空调季较长的地区（如长江流域城市甚至北京）更能发挥其节能效果。
其二是把通风技术的“生态”、“绿色”意义与其节能意义混为一谈，将人们引入做好通风就节能的认识误区。通风（特别是自然通风）技术是在全世界“生态”、“绿色”建筑的热浪下，被重新引起业界重视的。确实，做好自然通风，拉近了人与自然的距离，改善了室内空气品质，减少了建筑对空调能耗设备的依赖，具有“生态”和“绿色”意义；但是，从节能角度，因良好通风而缩短空调设备工作时间的节能效果，并不一定能够弥补因良好通风在空调设备不得不运行的时候所增加的能耗，如果自然通风的失控，后果更加严重。因此单一强调做好通风就节能的认识是片面的；特别是南方居民无论是春夏秋冬，开窗习以为常，自然通风的失控是不以人的意志为转移的客观现实。
其三，模糊了通风技术与建筑的多重矛盾及其转化关系，容易造成行业认识的混乱。通风技术于建筑之中，“防、控、用”矛盾是对立统一的，而且需要适时地转换。对于“生态”、“绿色”建筑，要强调对通风的“用”；对于“节能”建筑，要重点强调对通风的“防、控”。显然，江亿院士“做好通风就节能”的学术观点是对通风矛盾认识的错位；“通风是南方建筑节能关键技术”的另一说法也没有把通风矛盾的主次和转化关系向业界表达清楚。
四、建筑通风问题的辨析
通过吸收数千年来人类积累的对通风问题的感性认识经验，结合当前“生态”、“绿色”、“节能”建筑的实际，本人认为，通风问题这样表述更为确切：当室外环境优于室内时，宜对通风因势利“用”；当室外环境劣于室内时，须对通风“防”、“控”并举。
这里的室外环境主要包括空气品质、温湿度、环境噪音等。在绝大部分情况下，室外空气（新风）品质和声环境总是优于室内的，因此（自然）通风几乎总是有利于改善室内卫生条件和增强自然亲和力；而室外温湿度则随气象条件瞬息万变，故从节能角度，对通风的策略须在“防、控、用”之间适时转换。当多重矛盾交织时，对通风采取“防、控、用”策略的那一种，须遵循主要矛盾优先解决的原则。
唯物辩证法告诉我们：思想决定意识，意识决定行动，行动决定结果。正确的认识是指导建筑师做好通风设计的关键（方案上不仅可用好、而且可控好、防好）；也是引导建筑使用者“防、控、用”好通风节能的行动指南（不能只知用，缺乏防、控意识）。本人认为，对于生态、绿色、零能耗等这些超前概念的建筑，只要不用人工能源调控室温，无论怎么强调建筑（自然）通风都不为过；但是，对于常规的节能建筑（调控室温主要依赖人工能源），通风是把“双刃剑”，只片面强调“用”，忽视“防”与“控”，在实践中是要出大问题的。因为自然通风技术很大程度上需要通过比较感性化的建筑师在其方案中体现；而当建筑交付居住者后，使用过程的节能更为重要。如果建筑师、使用者只知道通风的重要性和好处，而对“防”与“控”没有正确的认识，建筑节能怎么可能达到预期的效果？无意识的误导于建筑节能是后患无穷的。
杨仕超：建筑节能设计存在五大问题
广东省建筑科学研究院副院长杨仕超