自然風在房屋建筑設計中的應用與分析

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摘要：隨著能源的日趨短缺，作為能源消耗大戶的建筑行業(yè)，通過節(jié)能手段來減少能源的消耗是十分有必要的。自然風的利用是近幾年房屋建筑設計的新措施，本文主要探討了房屋建筑設計中自然風的幾種利用方式，值得推廣應用。 

關鍵詞：房屋建筑；自然通風系統(tǒng)；節(jié)能；自然風；應用  眾所周知，我國資源是比較短缺的，而建筑節(jié)能是有利于從根本上促進能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源短缺的壓力?，F(xiàn)階段我國大力推進建筑節(jié)能，建筑節(jié)能處在關鍵時期。自然風被譽為僅次于太陽能的第二大可再生能源，自然風的利用潛力是巨大的。在低碳時代的今天，如何加強自然風應用成為了房屋建筑節(jié)能設計的新話題。  1 房屋建筑設計中自然風的應用技術  1.1 自然通風系統(tǒng)  建筑的自然通風系統(tǒng)利用風的物理特性促使空氣在建筑內流動，是室外的空氣在熱壓和風壓的作用下對室內進行通風換氣的一種系統(tǒng)形式，能引進新鮮且比室內溫度適宜的室外空氣，在炎熱季節(jié)中，最大限度促地進空氣流動，有效降低室內氣溫；在寒冷條件下，減小空氣流動，以避免出現(xiàn)冷空氣紊流，從而維持室內舒適度。自然通風可節(jié)省可觀的能源負荷而達到節(jié)能環(huán)保的目的。按照建筑通風系統(tǒng)中的作用程度與范圍不同，可將通風方式分為以下幾種。  ①利用風壓自然通風  風壓通風是通過水平方向的風力壓差引導通風。風會在建筑的迎風面產生正壓，在背風面產生負壓，建筑周圍的環(huán)境、建筑的形式、建筑與風的夾角等都會影響壓力差的大小。通常說的“穿堂風”就是利用風壓在建筑內部產生空氣流動。由于自然風變化幅度較大，在不同季節(jié)的風向、風速會不同，應采取一定的構造措施來調節(jié)室內氣流狀況。  ②利用熱壓自然通風  利用建筑內部的熱壓，通過室內空氣在垂直方向上的溫度壓差使空氣流動，產生“煙囪效應”。有時建筑周圍高大建筑、植被的影響，以及自然風的不穩(wěn)定性，導致建筑周圍形不成足夠的風壓，此時便可利用熱壓原理來加速自然通風。  ③機械輔助式自然通風  通常一些大型商業(yè)建筑、展覽館、體育館等，通風路徑長，流動阻力大，自然風壓、熱壓不足以實現(xiàn)自然通風。尤其是空氣和噪音污染嚴重的大城市，不宜直接自然通風，因為這樣可能將室外污濁的空氣和噪音帶入室內，危害人體健康。所以這些情況下便可借助一定的機械方式來實現(xiàn)室內自然通風，改善室內的通風狀況。  1.2 風能的利用系統(tǒng)  風能是一種清潔的可再生能源，目前使用較為成熟的風力能源利用系統(tǒng)是風車或稱“風力渦輪機”，它們一般能夠利用40%～50%的風能，效率高的甚至達到70%，要優(yōu)于傳統(tǒng)的水力發(fā)電和蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。高而平穩(wěn)上升的山脊上并靠近頂部是風力能源收集的理想位置，還需要有大面積平地與順風的地方?？拷郊馆^為理想，但也取決于斜坡度的傾斜度和風流的角度。  2 房屋建筑規(guī)劃設計中自然風的應用  2.1 建筑物的朝向  在確定建筑物的朝向之前，應了解當?shù)仫L的相關特性，如夏季和冬季主導風的方向及速度等，通常應盡量使建筑主立面朝向夏季主導風向。  2.2 建筑物的間距  如果建筑物南北向日照間距較小，后排建筑會被前排建筑遮擋，造成風壓小，不利于風，而日照間距較大時，風壓就強，自然通風效果也好。所以在建筑群的規(guī)劃設計中，應適當加大建筑的間距，形成組團綠地，改善自然通風條件，同時也為人們提供良好的休息和交流的場所。  2.3 建筑群的布局  建筑群的布局宜采用散點式，可使中心建筑、公共綠地等有規(guī)律地或自由布置，取得較好的通風效果。路網設計可采用以曲代直的規(guī)劃方法，創(chuàng)造出良好的自然通風環(huán)境。在建筑群的主要道路設計主通風道，再沿通風廊道流向各建筑，使自然風暢通。  3 房屋建筑單體設計中對自然風的應用  3.1 建筑中庭設計  建筑中庭具有調節(jié)室內微氣候和節(jié)約建筑能耗的作用，在各類公共建筑應用較為廣泛。中庭設計通常采用大面積玻璃維護結構，讓陽光穿透室內，并阻擋來自室內的長波輻射，防止熱量外溢，有利于提高冬季建筑室內溫度；中庭內外空氣壓力差引起室內外空氣流動，其垂直高度較大，可通過煙囪效應加快氣流速度，排放室內多余熱量，引入室外新鮮空氣，降低了室內溫濕度，節(jié)省了夏季空調費用。但為防止冬季的煙囪效應引入大量寒風，夏季的溫室效應導致室內過熱，應合理地設計中庭。  建筑的中庭設計，應根據(jù)外部情況，采取適當?shù)募夹g措施形成誘導通風，改善室內環(huán)境，避免大量能源的耗費。建筑的平面形式和剖面形式應合理選擇，對體型較大的建筑中庭設計，其敞口應大致朝向夏季主導風向，并且可增加它對外的開口面積，以解決大進深中庭的采光問題。中庭設計應該合理利用氣壓流動原理進行空間布局，創(chuàng)造良好的自然通風條件。如在中庭的夏季下風側位置專設一項豎向拔風空間，產生煙囪效應，并兼作自然采光口，人們可通過調整豎向空間設計、上部窗口的開啟大小來進行自然通風的控制；其豎向空間頂端設一弧形的蓄熱墻，吸收熱能，加強熱壓對通風的促進作用。中庭設計造風的一個重要手法是通過建筑設計手法制造環(huán)境各部位的溫差，如采用玻璃中庭，可形成溫度差異，改善通風條件，并且能在夏季防止過當?shù)脽帷?nbsp; 3.2 建筑窗的設計  大多數(shù)建筑可通過門窗對房間進行單側通風或對流通風來實現(xiàn)自然通風，而窗戶的氣流量取決于自然風在立面豎向分布的情況及窗戶的面積。窗的設計涉及形狀、方位、高度及開啟的大小等，它們都會對室內氣流情況產生影響。  不同形狀窗產生的通風氣流可能影響室內的不舒適區(qū)域，窗的形狀在設計時應當考慮室內風影區(qū)的覆蓋范圍，因為風影區(qū)中的空氣流動較少。窗的方位設計對房間中可獲取的太陽能及熱量的損失情況影響較大，冬季南向開大窗有利于獲取更多的太陽熱量，東向西向的窗戶上常做遮簾，北面開小窗有利于減少熱量散失。窗戶的合理設計應成為良好的建筑裝置，冬季也不影響建筑的保溫效果，夏季既要能遮擋陽光，又同時獲取最大的通風量。將窗戶交錯排列而不是成一條直線排列，將有利于加強空氣流動。由于溫差導致空氣上升，所以窗的高度也會影響室內的通風效果。高處位置的窗戶有助于氣流流動，并能在陰天提供最好的采光；中部的窗可提供均勻的通風，但采光不均勻；低窗不能提供很好的通風條件，但可使光線經地面反射后均勻分布。所有建筑窗的大小均須滿足日照、通風、及太陽能的遮擋或透入。在濕熱地區(qū)，窗戶面積宜大以便于通風；在寒冷地區(qū)，窗戶宜大且密封性要好，即可充分吸收太陽能，又可以防止冷風滲透；在干熱氣候區(qū)，通常采用面積小的窗戶，因為較小的窗戶即可獲得充分的采光，并防止更多的熱量進入室內，但如果為改善通風條件而加大窗戶尺寸，必須采取有效的遮陽防輻射措施。  3.3 通風換氣塔的設計  風塔的設計一般利用熱壓通風原理，該系統(tǒng)通過煙囪效應使塔內空氣上下流動。夏季高溫時，塔內溫度很高，煙囪效應使室內熱空氣被抽入塔頂，取而代之的是來自庭院的涼空氣，這樣在無風的情況下室內也可獲得舒適的氣流。風塔在結合下部的水景或者水盆后會具有更好的通風效果，水蒸發(fā)伴隨的吸熱現(xiàn)象，可以使風塔內部豎向空間溫度差增大，從而使空流動加速，并且水的蒸發(fā)還能改善空氣干燥的狀況。  通風換氣塔進出風口的高差對熱壓通風影響較大，塔越高，上下部之間的溫差和壓力差越大，空氣流速就越大，所以利用熱壓通風的建筑一般會通過拔高的風塔來增加上下的壓差。風塔的尺寸與位置與建筑周邊的風環(huán)境有關，一般將風塔設置在建筑的迎風面會取得最高的利用效率，但為了改善整體建筑的通風效果，通常將風塔設在靠近建筑中心的位置，對四周的氣流均可產生吸力。風塔進出風口的形式也會對熱壓通風造成影響，在出口處設置導風板，通過漏斗狀的開口來壓縮氣流，增大風速，使產生的負壓更大，增強了風塔拔風的效果。  3.4 雙層玻璃幕墻設計  雙層玻璃幕墻系統(tǒng)具有較好的節(jié)能潛力，有外掛式、空氣環(huán)流式和走廊式雙層玻璃幕墻等幾種形式，被公認為具有“生態(tài)”意義的建造方式。在夏季，雙層玻璃幕墻中間的遮陽百葉可遮擋較強的陽光輻射，積聚在外層窗和百葉之間的熱空氣上升至頂部排出，使夾層內的溫度降低；寒冷的冬季，雙層玻璃之間的空氣層則起到保溫作用。此外，雙層玻璃幕墻還可有效解決高層建筑的通風問題，其外層的玻璃可阻擋高空的風力，避免直接開窗造成紊流，而由室內的窗戶從幕墻的中間層引入新鮮空氣。  4 結語  總之，在人們生態(tài)環(huán)保意識日益加強的趨勢下，自然風的應用已經成為房屋建筑設計當中一項重要的內容，越來越受到人們的重視。自然風是種廉價、環(huán)保的自然資源，建筑師們應該在建筑設計中盡可能利用自然風，降低能耗，減少污染，走符合可持續(xù)發(fā)展原則的建筑創(chuàng)作之路，不斷為保護好我們的自然環(huán)境做出應用的貢獻。  參考文獻  [1] 任彬彬，淺析建筑節(jié)能中的自然通風技術[j]城市建設理論研究，2011.15