生態建筑中的自然通風調查分析與評估(一)

生態建筑中的自然通風調查分析與評估

關鍵詞：生態建筑  自然通風  節能  分析  評估

摘要:自然通風是具有很大潛力的通風方式，不僅具有改善室內熱舒適度和提高室內空氣品質的優點，而且是人類歷史上長期賴以調節室內環境的原始手段，也是當今建筑物實現節能、生態、環保等目標的重要手段。

我國大部分地區夏季氣候炎熱，供電系統常常面臨緊張的電能需求和消耗壓力，自然通風技術在建筑物中的應用，不僅能夠節約空調、風扇等機械通風所消耗的電能，還能夠改善建筑空間的生態環境，對降低建筑能耗和建設節約型城市具有非常重要的意義。

正文

1、生態建筑及其特點：

  所謂生態，是根據當地的自然生態環境，運用生態學、建筑技術科學的基本原理和現代科學技術手段等，合理安排并組織建筑與其它相關因素之間的關系，使建筑和環境之間成為一個有機的結合體，同時具有良好的室內氣候條件和較強的生物氣候調節能力，以滿足人們居住生活的環境舒適，使人、建筑與自然生態環境之間形成一個良性循環系統，使人、建筑與自然生態環境之間形成一個良性循環系統。當今世界俄的現狀表現為，人口劇增，資源銳減，生態失衡，環境遭到嚴重破壞，人類生存和發展與全球的環境問題愈演愈烈，生態危機幾乎到了一觸即發的程度。在嚴峻的現實面前，人們不得不重新審視和評判我們現實正奉為信條的城市發展觀和價值系統。建筑，是我們賴以生活和活動的場所，對我們的影響非常直接和持久，如果能夠合理的使用”綠色”，我們就將很好的改善環境資源問題，而且在經濟上也會收到不錯的效益。一般來說，生態是指人與自然的關系，那么生態建筑就應該處理好人、建筑和自然三者的關系，因此它既要為人創造一個舒適的空間小環境，都需要相關建筑行業的通力協作才能完成，這其中建筑師起著重要作用。從設計的角度來講，生態建筑主要表現為：以人為本，注重自然通風等。

2、建筑中自然通風的原理：

   通常意義上的自然通風指的是通過有目的的開口，產生空氣流動。這種流動直接受建筑外表的壓力分布和不同開口特點的影響。壓力分布是動力，而各開口的特點則決定了流動阻力，就自然通風而言，建筑物內空氣運動主要有兩個原因，風壓以及室內外空氣密度差。這兩種因素可以單獨起作用，也可以共同氣作用。

風壓作用下的自然通風

風的形成是由于大氣中的壓力差，如果風在通道上遇到了障礙物，就會產生能量的轉換。 動壓力轉變為靜壓力，于是迎風面產生正壓，而背風面上產生負壓。由于經過建筑物而出現的壓力差促使空氣從迎風面的窗縫和其他空隙流入室內，而室內空氣則從背風面孔口排出，就形成了全面換氣的風壓自然風，某一建筑物周圍風壓與該建筑的幾何形狀，建筑相對于風向的方位，風速和建筑周圍的自然地形有關。

熱壓作用下的自然通風

熱壓是室內外空氣的溫度差引起的，這就是所謂的煙囪效應。由于溫度差的存在，室內外密度差產生，沿著建筑物墻面的垂直方向出現壓力梯度。如果室內溫度高于室外，建筑物的上部分將會較高的壓力，而下部存在較低的壓力，當這些位置存在孔口時，空氣通過較低的開口進入，從上部流出。如果，室內溫度低于室外溫度，氣流方向相反。熱壓的大小取決于兩個開口處的高度差和室內外的空氣密度差。

而在實際中，建筑師們多采用煙囪，通風塔，恬靜等形式，為自然通風的利用提供有利的條件，使得建筑物能夠具有良好的通風效果。

風壓和熱壓共同作用下的自然通風

而在實際建筑中的自然通風是熱壓和風壓共同作用的結果，只是各自的作用有強有弱。由于風壓受到天氣，室外風向，建筑物形狀，周圍環境等因素的影響，風壓與熱壓共同作用時并不是簡單的線性疊加，因此建筑師要充分考慮各種因素，使風壓和熱壓作用相互補充，密切配合實現建筑物的有效自然通風。

3、生態建筑中的自然通風設計

   生態建筑不僅應當具有與自然環境相和諧的良好的建筑外部環境 ,還要能提供舒適安全的室內環境。與其他相對復雜、昂貴的生態技術相比,自然通風是一項比較成熟而低廉的技術措施,并能取代(或部分取代)傳統空調制冷系統,做到節能減排。自然通風從動力來源上可分為完全自然通風和機械輔助自然通風兩種模式。對于建筑本身而言 ,建筑物的高度、進深、長度和迎風方位等都能影響其自然通風的效果。在建筑構造上,通過中庭、雙層幕墻、風塔、門窗、屋頂等構件的優化設計,也能實現良好的自然通風效果,因而在建筑結構設計時應充分考慮并合理加以利用。

（一）　利用風壓實現自然通風在具有良好的外部風環境的地區,風壓可作為實現自然通風的主要手段,風壓通風也就是我們通常所說的“穿堂風”。當風吹向建筑時,因受到建筑的阻擋,會在建筑的迎風面產生正壓力,而氣流繞過建筑的各個側面及背面,會在相應位置產生負壓力,建筑的迎風面和背風面之間的壓力差就實現空氣的流通。壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風的夾角以及建筑周圍的環境有關。當風垂直吹向建筑的正立面時 ,迎風面中心處正壓最大,在屋角和屋脊處負壓最大。

（二）利用熱壓實現自然通風受到周圍建筑布局或高大植被的影響的建筑物可以利用建筑內部空氣的熱壓差,即“煙囪效應”來實現建筑的自然通風。根據熱空氣上升的原理,在建筑上部設排風口它既可以彌補其它空調通風方式的不足,也能帶來相當的節能效果。室內溫度、低速的送進新風,新風受到室內熱源的影響而受熱上升,同時也降低了發熱物表面的溫度,帶走熱量和污染物,排風在房間的上部進行,以利于排出最熱的和污染物濃度最高的部分空氣。

（三）置換多元通風系統。多元通風系統是一個能夠在不同時間、不同季節利用自然通風和機械通風的不同特性的系統,是一個結合了機械通風系統和自然通風的二元系統。它的基本原理是通過在機 械通風和自然通風之間切換以維持良好的室內環 境,并且避免建筑全年運行空調系統所帶來的成本、能源的過度消耗和導致的環境問題。系統的運行模式隨著季節改變而改變,在每一天的任意時刻,系統的運行模式反應了外部環境狀況并且充分利用了當時的環境。多元通風系統由建筑設計、內部負荷、自然驅動力、外界環境決定,并能以最節能的方式滿足內部環境的需要。

4、生態建筑通風改進方法

   采用自然通風取代空調制冷技術至少具有兩方面的意義：一是實現了被動式制冷。自然通風可在不消耗不可再生能源情況下降低室內溫度，帶走潮濕污濁的空氣，改善室內熱環境。二是可提供新鮮、清潔的自然空氣，有利于人體的生理和心理健康。建筑中常用的自然通風實現方式主要有以下幾種：��

（一）利用風壓實現自然通風��

　　自然通風最基本的動力是風壓和熱壓。在具有良好的外部風環境的地區，風壓可作為實現自然通風的主要手段。在我國大量的非空調建筑中，利用風壓促進建筑的室內空氣流通，改善室內的空氣環境質量，是一種常用的建筑處理手段。風洞試驗表明：當風吹向建筑時，因受到建筑的阻擋，會在建筑的迎風面產生正壓力。同時，氣流繞過建筑的各個側面及背面，會在相應位置產生負壓力。風壓通風就是利用建筑的迎風面和背風面之間的壓力差實現空氣的流通。壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風的夾角以及建筑周圍的環境有關。當風垂直吹向建筑的正立面時，迎風面中心處正壓最大，在屋角和屋脊處負壓最大。��

　　另外，伯努利流體原理顯示，流動空氣的壓力隨其速度的增加而減小，從而形成低壓區。依據這種原理，可以在建筑中局部留出橫向的通風通道，當風從通道吹過時，會在通道中形成負壓區，從而帶動周圍空氣的流動，這就是管式建筑的通風原理。通風的管式通道要在一定方向上封閉，而在其他方向開敞，從而形成明確的通風方向。這種通風方式可以在大進深的建筑空間中達到較好的通風效果。��

（二）利用熱壓實現自然通風��