一自然通風(fēng)技術(shù)的原理及應(yīng)用

1、一、自然通風(fēng)技術(shù)的原理及應(yīng)用自然通風(fēng)是在壓差推動下的空氣流動。根據(jù)壓差形成的機(jī)理，可以分為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)和熱壓作用下的自然通風(fēng)。圖1-1示意了風(fēng)壓作用下自然通風(fēng)的形成過程。當(dāng)有風(fēng)從左邊吹向建筑時，建筑的迎風(fēng)面將受到空氣的推動作用形成正壓區(qū)，推動空氣從該側(cè)進(jìn)入建筑；而建筑的背風(fēng)面，由于受到空氣繞流影響形成負(fù)壓區(qū)，吸引建筑內(nèi)空氣從該側(cè)的出口流出，這樣就形成了持續(xù)不斷的空氣流，成為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)。圖1-2示意了熱壓作用下的自然通風(fēng)的形成過程。當(dāng)室內(nèi)存在熱源時，室內(nèi)空氣將被加熱，密度降低，并且向上浮動，造成建筑內(nèi)上部空氣壓力比建筑外大，導(dǎo)致室內(nèi)空氣向外流動，同時在建筑下部，不斷有空氣流入，

2、以填補(bǔ)上部流出的空氣所讓出的空間，這樣形成的持續(xù)不斷的空氣流就是熱壓作用下的自然通風(fēng)。圖1-1 風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng) 圖1-2 熱壓作用下的自然通風(fēng)根據(jù)進(jìn)出口位置，自然通風(fēng)可以分為單側(cè)的自然通風(fēng)和雙側(cè)的自然通風(fēng)。圖1-1就是雙側(cè)自然通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，而圖1-2表示的是單側(cè)的自然通風(fēng)形式。由于自然通風(fēng)系統(tǒng)運行的動力來自于自然界的自然過程，因此該技術(shù)自古以來就是一種免費的自然冷卻技術(shù)，在舊建筑中得到廣泛的應(yīng)用。在空調(diào)技術(shù)和產(chǎn)品日益發(fā)展以后，該技術(shù)逐漸被人們所淡忘。但是，上個世紀(jì)發(fā)生的能源危機(jī)和全球環(huán)境危機(jī)后，集合低能耗、高環(huán)境價值的自然通風(fēng)技術(shù)作為重要的生態(tài)建筑技術(shù)之一受到廣泛關(guān)注。關(guān)于其運行機(jī)理1

3、的研究和建筑設(shè)計的實踐2，3報道非常豐富，特別是在示范性生態(tài)建筑中，自然通風(fēng)更是一種重要手段。下圖1和圖2是上海建筑科學(xué)研究院主持設(shè)計、建設(shè)的生態(tài)示范辦公樓，圖2給出了利用太陽能增強(qiáng)熱壓形成自然通風(fēng)的煙囪外形圖。圖1 上海辛莊生態(tài)示范辦公樓全景圖2 上海辛莊生態(tài)示范辦公樓自然通風(fēng)煙囪然而，隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市地面交通和建筑之間的日益融合，自然通風(fēng)技術(shù)能否再度成為城市生態(tài)建筑的主流則需要討論。下面從建筑室內(nèi)環(huán)境控制的角度，討論一下自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中的限制性條件。二、自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中的限制性條件自然通風(fēng)技術(shù)作為一種免費的技術(shù)，它的應(yīng)用必然受到環(huán)境的限制。對于室外環(huán)境溫、濕度比較溫和的地

4、區(qū)（如英國），該技術(shù)的應(yīng)用非常成熟，下面基于他們的應(yīng)用經(jīng)驗4-7，介紹有關(guān)自然通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用的限制性條件。（一）室內(nèi)得熱量的限制應(yīng)用自然通風(fēng)的前提是室外空氣溫度比室內(nèi)低，通過室內(nèi)空氣的通風(fēng)換氣，將室外風(fēng)引入室內(nèi)，降低室內(nèi)空氣的溫度。很顯然，室內(nèi)、外空氣溫差越大，通風(fēng)降溫的效果越好。對于一般的依靠空調(diào)系統(tǒng)降溫的建筑而言，應(yīng)用自然通風(fēng)系統(tǒng)可以在適當(dāng)時間降低空調(diào)運行負(fù)荷，典型的如空調(diào)系統(tǒng)在過渡季節(jié)的全新風(fēng)運行。對于完全依靠自然通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行降溫的建筑，其使用效果則取決于很多因素，建筑的得熱量是其中的一個重要因素，得熱量越大，通過降溫達(dá)到室內(nèi)舒適要求的可能性越小?，F(xiàn)在的研究結(jié)果表明，完全依靠自然通風(fēng)降溫的

5、建筑，其室內(nèi)的得熱量最好不要超過40W/m2。（二）建筑環(huán)境的要求應(yīng)用自然通風(fēng)降溫措施后，建筑室內(nèi)環(huán)境在很大程度上依靠室外環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，除了空氣的溫、濕度參數(shù)外，室內(nèi)的空氣品質(zhì)和噪音控制也將被室外環(huán)境所破壞。根據(jù)目前的一些標(biāo)準(zhǔn)要求，采用自然通風(fēng)的建筑，其建筑外的噪音不應(yīng)該超過70dB；尤其在窗戶開啟的時候，應(yīng)該保證室內(nèi)周邊地帶的噪音不超過55 dB。同時，自然通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口的室外空氣質(zhì)量應(yīng)該滿足有關(guān)衛(wèi)生要求。（三）建筑條件的限制應(yīng)用自然通風(fēng)的建筑，在建筑設(shè)計上應(yīng)該參考以上兩點要求，充分發(fā)揮自然通風(fēng)的優(yōu)勢。具體的建議見下表2-1。表2-1 使用自然通風(fēng)時的建筑條件建筑位置周圍是否有交通干道、鐵路等一

6、般認(rèn)為，建筑的立面應(yīng)該離開交通干道20米，以避免進(jìn)風(fēng)空氣的污染或噪音干擾；或者，在設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)時，將靠近交通干道的地方作為通風(fēng)的排風(fēng)側(cè)。地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向與風(fēng)速根據(jù)當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向與風(fēng)速確定自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，特別注意建筑是否處于周圍污染空氣的下游。周圍環(huán)境由于城市環(huán)境與鄉(xiāng)村環(huán)境不同，對建筑通風(fēng)系統(tǒng)的影響也不同，特別是建筑周圍的其它建筑或障礙物將影響建筑周圍的風(fēng)向和風(fēng)速、采光和噪音等。建筑形狀形狀建筑的寬度直接影響自然通風(fēng)的形式和效果。建筑寬度不超過10米的建筑可以使用單側(cè)通風(fēng)方法；寬度不超過15米的建筑可以使用雙側(cè)通風(fēng)方法；否則，將需要其它輔助措施，例如煙囪結(jié)構(gòu)或機(jī)械通風(fēng)與自然通風(fēng)的混合模式等。建

7、筑朝向為了充分利用風(fēng)壓作用，系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)該面對建筑周圍的主導(dǎo)風(fēng)向。同時建筑的朝向還涉及減少得熱措施的選擇。開窗面積系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)側(cè)外墻的窗墻比應(yīng)該兼顧自然采光和日射得熱的控制，一般為30%-50%。建筑結(jié)構(gòu)形式建筑結(jié)構(gòu)可以是輕型、中型或重型結(jié)構(gòu)。對于中型或重型結(jié)構(gòu)，由于其熱惰性比較大，可以結(jié)合晚間通風(fēng)等技術(shù)措施改善自然通風(fēng)系統(tǒng)的運行效果。建筑內(nèi)部設(shè)計層高比較大的層高有助于利用室內(nèi)熱負(fù)荷形成的熱壓，加強(qiáng)自然通風(fēng)室內(nèi)分隔室內(nèi)分隔的形式直接影響通風(fēng)氣流的組織和通風(fēng)量建筑內(nèi)豎直通道或風(fēng)管可以利用豎直通道產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)有效組織自然通風(fēng)室內(nèi)人員室內(nèi)人員密度和設(shè)備、照明得熱的影響對于建筑得熱超過40W/m2的建

8、筑，可以根據(jù)建筑內(nèi)熱源的種類和分布情況，在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域分別設(shè)置自然通風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)械制冷系統(tǒng)。工作時間工作時間將影響其它輔助技術(shù)的選擇（如晚間通風(fēng)系統(tǒng)）。（四）室外空氣濕度的影響應(yīng)用自然通風(fēng)對降低室內(nèi)空氣溫度效果明顯，但對調(diào)節(jié)或控制室內(nèi)空氣的濕度，效果甚微。因此，自然通風(fēng)措施一般不能在非常潮濕的地區(qū)使用。三、結(jié)果與討論由于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，特別是類似北京、上海這樣的國際化大都市，其土地的容積率非常高，建筑所在地塊的形狀、位置往往不能完全根據(jù)生態(tài)環(huán)境的要求進(jìn)行選擇，加上地面交通的密集，往往很難滿足上述條件，特別是自然通風(fēng)環(huán)境噪音水平和空氣污染物濃度的控制，更是目前城市環(huán)境治理中的難點，從而成為自然通

9、風(fēng)技術(shù)在城市建筑中應(yīng)用的主要障礙。因此，自然通風(fēng)技術(shù)在城市建筑設(shè)計中的應(yīng)用，不僅僅是建筑設(shè)計本身的問題，更重要的是建筑環(huán)境的設(shè)計與控制問題，所以采用自然通風(fēng)技術(shù)的建筑設(shè)計前提應(yīng)該是如何在現(xiàn)有的城市環(huán)境條件下，營造良好的應(yīng)用環(huán)境。參考資料1 段雙平等.自然通風(fēng)技術(shù)研究進(jìn)展，暖通空調(diào)，2004，vol34(3):22-282 宋曄皓.利用熱壓促進(jìn)自然通風(fēng)，建筑學(xué)報，2000(12):12-143 王準(zhǔn)勤.從自然通風(fēng)論華南地區(qū)幾種住宅群體，南方建筑.1993 (001):54-604 Baruch Givoni, Passive and low energy Cooling of Buildings

10、, Van Nostrand Reinhold, an international Thomson Publishing Company, 19945 M.Santamouris and D.Asimakopoulos, Passive cooling of buildings, James & James Ltd, London, 19966 Chris Kendrick, Andrew Martin, William Booth. Refurbishment of Air-conditioned Buildings for Natural Ventilation. Technical Note TN 8/98. BSRIA7李崢嶸，蒸發(fā)冷卻和相變技術(shù)在