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自然通风在住宅建筑设计中的运用
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摘要：在建筑设计中通过引入自然风方式加强人与自然的联系，提高人们的生活质量和环境质量，降低能源消耗，并使人类与自然相近、相亲、相融。
关键词：自然通风；住宅建筑；布局
Abstract:By the application of natural ventilation in residential architecture design, the relation between human and nature is reinforced, the life quality of people and their living environment will be improved, also the energy consumption will be diminished, therefore the human being will get more intimate and harmony with nature.
Key words:natural ventilation；residential building； distribution
1引言
风环境是空气气流在建筑内外空间的流动状况及其对建筑使用的影响。风环境是建筑环境设计的一项主要内容，在以往建筑物理的研究发展中，风环境在一定程度上被忽视了，在自然环境日益受到重视的今天，自然通风与人体舒适度的联系、与建筑节能的关系显得尤为重要，并且逐步被反映到建筑设计的实践中来，尤其是在住宅建筑设计中。
从建筑设计的角度考虑，风环境分为自然通风和机械通风。机械通风是指利用机械通风设备实现室内空气的流通，相对于自然通风来讲，机械通风要耗费大量的能源，其应用范围也仅局限在建筑物内部，而且还会产生噪音，在带来舒适的同时，对自然环境又造成一定程度的污染。自然通风是指大自然中的空气通过住宅组群和住宅内各个功能空间自由流动。自然通风可以加速空气的流动，带来清凉，带走污染，尤其在炎热的夏季，能够改善局部气候。因此从健康与节能的角度来讲，自然通风具有更积极的意义。
在进行建筑设计规划时，不同的建筑形式和组合会产生不同的通风效果，通过科学的建筑群布局，合理的室内功能空间组合，使自然空气能够在室内外以最畅通的方式流动，从而实现最佳的自然通风效果。
2合理利用风压和热压实现自然通风
建筑物中的自然通风，关键在于室内、外空气之间存在着压力差。形成空气压力差的原因有二：一是热压作用；另一个是风压作用（图1）。
2.1利用风压实现自然通风
风压是指空气流受到阻挡时产生的静压。在具有良好外部风环境的地区,风压可作为实现自然通风的主要手段。当风吹过建筑物时，由于建筑物的阻挡，迎风面气流受阻，静压增高；侧风面和背风面将产生局部涡流，静压降低。这样便在迎风面与背风面之间形成压力差，室内外的空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。（图2）
另外，伯努利流体原理显示，流动空气的压力随其速度的增加而减小，从而形成低压区。根据这种原理，可以在建筑中局部留出横向的通风通道，当风从通道吹过时，会在通道中形成负压区，从而带动周围空气的流动，这就是管式建筑的通风原理。通风的管式通道要在一定的方向上封闭，而在其他方向开敞，从而形成明确的通风方向。这种通风方式可以在大进深的建筑空间中达到较好的通风效果。
2.2利用热压实现自然通风
自然通风的另一原理是利用建筑内部空气的热压差——即通常讲的“烟囱效应”来实现建筑的自然通风。由于建筑物内外空气的温度差产生了空气密度的差别，于是形成压力差，驱使室内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口排出，这时会在低密度空气原来的地方形成负压区，于是，室外温度比较低而比重大的新鲜空气从建筑物的底部被吸入，从而室内外的空气源源不断地进行流动。
3自然通风在住宅设计中的运用
影响自然通风的因素对于建筑本身而言，有建筑物的高度、进深、长度和迎风方位；对于建筑群体而言，有建筑的间距、排列组合方式和建筑群体的迎风方位；对于住宅区规划而言，有住宅区的合理选址以及住宅区道路、绿地、水面的合理布局等，以便达到最佳的通风效果。以下就几方面加以说明。
3.1建筑物的朝向
要确定建筑物的朝向，不但要了解当地日照量较多的方向，还要了解当地风的相关特性，包括冬季和夏季主导风的方向、速度以及风的温度。每一个地区有自己风的特点，由于建筑物迎风面最大的压力是在与风向垂直的面上，因此，在选择建筑物朝向时，应尽量使建筑主立面朝向夏季主导风向，而侧立面对着冬季主导风向；南向是太阳辐射量最多的方向，加之我国大部分地区夏季主导风向都是南或南偏东，故无论从改善夏季自然通风、调节房间热环境，还是从减少冬季、夏季的房间采暖空调负荷的角度来讲，南向都是建筑物朝向最好的选择。而且选择南向这样的朝向也有利于避免东、西晒，两者都可以兼顾。对于那些朝向不够理想的建筑，就应采取有效措施妥善解决上述两方面问题。
3.2建筑物的间距
建筑物南北向日照间距较小时，前排建筑遮挡后排建筑，风压小，通风效果差；反之，建筑日照间距较大时，后排建筑的风压较强，自然通风效果愈好。所以在住宅组团设计中，加大部分住宅楼的间距，形成组团绿地，对改善绿地下风侧住宅的自然通风，有较好的效果，同时还能为人们提供良好的休息和交流的场所。
同时在条件许可的时候，尽量加大山墙的间距。因为室外气流吹过呈行列式布局的建筑群时，在建筑物的山墙之间将形成一条空气射流。当采用错列式布置方式，可以利用住宅山墙间的空气射流，改善下风方向住宅和自然通风，效果显著。山墙间距的大小，取决于住宅间距。住宅间距越大，山墙的间距也应越大，以便使足够的空气射流能吹到后排住宅上。过小的住宅楼山墙间距，对消防、绿化和道路交通有不利的影响。
3.3建筑群的布局
建筑群的布置和自然通风的关系，可以从平面和空间两个方面来考虑。
（一）从平面规划的角度来分析，建筑群的布局有行列式、周边式和散点式。行列式是最基本的建筑群布局，是条式单元住宅或联排式住宅按一定朝向和合理间距成排布置的方式，其布局包含并列式，错列式和斜列式；并列式布局发生错动，从而形成错列式和斜列式以及周边式的布局（图3）。
从图4可看出并列式的建筑布局虽然由于建筑群内部的流场因风向投射角不同而有很大变化，但总体说来受风面较小；错列和斜列可使风从斜向导入建筑群内部，下风向的建筑受风面大一些，风场分布较合理,所以通风好。
周边式住宅建筑沿街坊或院落周边布置的形式，这种布置形式形成封闭或半封闭的内院空间，风的投射面非常小，风很难导入，这种布置方式只适于冬季寒冷地区(图5)；散点式住宅布局包括低层独院式住宅，多层点式及高层塔式住宅布局，散点式住宅自成组团或围绕住宅组团中心建筑、公共绿地、水面有规律地或自由布置，通风效果好(图6)。 在进行建筑群规划的同时，路网的设计也同时在进行，有时方正的住宅小区地块通过改变小区道路以往“横平竖直”的规划模式，大胆采用以曲代直的规划方法，人为地创造出建筑群的不同布局方式，从而创造出“虽由人做，宛自天开”的自然环境和良好的自然通风来。同时将居住区主要道路设计主通风道，沿通风廊道流向各个住宅组团，然后再从组团内庭院空间分流到住宅，加速自然风的流动。如下图（图7），原先为中规中矩的建筑群和路网布局方式，小区规划略显呆板，行列式的建筑群布局使得小区内的自然通风分布的不够均匀，有些楼体的通风较差。通过调整路网，使得建筑布局之间不再是简单的行列关系，而是互动起来，形成组团，疏密有致，疏的地方设计成组团之间的绿化。自然风通过主干道流向各组团，又通过组团之间的绿化空间流向个住宅。从而在规划设计中，充分地利用自然风，达到节能和优化小区风环境的目的。
建筑群的布局对自然风的引入有很大影响，同时风向与建筑的关系也对自然风的引入有很大影响。风向投射角是指风向投射线与房屋墙面法线的交角，（图8）对单体建筑来讲，风向投射角愈小，对房间愈有利。但对建筑组团来讲，要考虑前排建筑形成的风影区对后排建筑的影响。（图9）比较典型的如居住小区中的住宅，一般都是平行排列的多排建筑。如果正吹，屋后的风影区较大，从而影响了自然通风效果。因此，应避免住宅长轴垂直于夏季主导风向，从而减少前排房屋对后排房屋通风的不利影响，形成很好的通风对流。一般来说，房屋与风向入射角保持30°、60°通风效果最好。
（二）从立面设计的角度来分析，应使建筑单体间高低有序。要使气流通过小区时不形成漩涡、下冲气流等不良高速气流。在建筑群体组合时，当一栋建筑远远高于其他建筑（图10）或楼间距相近的建筑群体中有两栋建筑间距突然加大（图11），这时下冲气流加大，形成高速风，造成热损失加大和居住者的不舒适。
关键词：自然通风；住宅建筑；布局
Abstract:By the application of natural ventilation in residential architecture design, the relation between human and nature is reinforced, the life quality of people and their living environment will be improved, also the energy consumption will be diminished, therefore the human being will get more intimate and harmony with nature.
Key words:natural ventilation；residential building； distribution
1引言
风环境是空气气流在建筑内外空间的流动状况及其对建筑使用的影响。风环境是建筑环境设计的一项主要内容，在以往建筑物理的研究发展中，风环境在一定程度上被忽视了，在自然环境日益受到重视的今天，自然通风与人体舒适度的联系、与建筑节能的关系显得尤为重要，并且逐步被反映到建筑设计的实践中来，尤其是在住宅建筑设计中。
从建筑设计的角度考虑，风环境分为自然通风和机械通风。机械通风是指利用机械通风设备实现室内空气的流通，相对于自然通风来讲，机械通风要耗费大量的能源，其应用范围也仅局限在建筑物内部，而且还会产生噪音，在带来舒适的同时，对自然环境又造成一定程度的污染。自然通风是指大自然中的空气通过住宅组群和住宅内各个功能空间自由流动。自然通风可以加速空气的流动，带来清凉，带走污染，尤其在炎热的夏季，能够改善局部气候。因此从健康与节能的角度来讲，自然通风具有更积极的意义。
在进行建筑设计规划时，不同的建筑形式和组合会产生不同的通风效果，通过科学的建筑群布局，合理的室内功能空间组合，使自然空气能够在室内外以最畅通的方式流动，从而实现最佳的自然通风效果。
2合理利用风压和热压实现自然通风
建筑物中的自然通风，关键在于室内、外空气之间存在着压力差。形成空气压力差的原因有二：一是热压作用；另一个是风压作用（图1）。
2.1利用风压实现自然通风
风压是指空气流受到阻挡时产生的静压。在具有良好外部风环境的地区,风压可作为实现自然通风的主要手段。当风吹过建筑物时，由于建筑物的阻挡，迎风面气流受阻，静压增高；侧风面和背风面将产生局部涡流，静压降低。这样便在迎风面与背风面之间形成压力差，室内外的空气在这个压力差的作用下由压力高的一侧向压力低的一侧流动。（图2）
另外，伯努利流体原理显示，流动空气的压力随其速度的增加而减小，从而形成低压区。根据这种原理，可以在建筑中局部留出横向的通风通道，当风从通道吹过时，会在通道中形成负压区，从而带动周围空气的流动，这就是管式建筑的通风原理。通风的管式通道要在一定的方向上封闭，而在其他方向开敞，从而形成明确的通风方向。这种通风方式可以在大进深的建筑空间中达到较好的通风效果。
2.2利用热压实现自然通风
自然通风的另一原理是利用建筑内部空气的热压差——即通常讲的“烟囱效应”来实现建筑的自然通风。由于建筑物内外空气的温度差产生了空气密度的差别，于是形成压力差，驱使室内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口排出，这时会在低密度空气原来的地方形成负压区，于是，室外温度比较低而比重大的新鲜空气从建筑物的底部被吸入，从而室内外的空气源源不断地进行流动。
3自然通风在住宅设计中的运用
影响自然通风的因素对于建筑本身而言，有建筑物的高度、进深、长度和迎风方位；对于建筑群体而言，有建筑的间距、排列组合方式和建筑群体的迎风方位；对于住宅区规划而言，有住宅区的合理选址以及住宅区道路、绿地、水面的合理布局等，以便达到最佳的通风效果。以下就几方面加以说明。
3.1建筑物的朝向
要确定建筑物的朝向，不但要了解当地日照量较多的方向，还要了解当地风的相关特性，包括冬季和夏季主导风的方向、速度以及风的温度。每一个地区有自己风的特点，由于建筑物迎风面最大的压力是在与风向垂直的面上，因此，在选择建筑物朝向时，应尽量使建筑主立面朝向夏季主导风向，而侧立面对着冬季主导风向；南向是太阳辐射量最多的方向，加之我国大部分地区夏季主导风向都是南或南偏东，故无论从改善夏季自然通风、调节房间热环境，还是从减少冬季、夏季的房间采暖空调负荷的角度来讲，南向都是建筑物朝向最好的选择。而且选择南向这样的朝向也有利于避免东、西晒，两者都可以兼顾。对于那些朝向不够理想的建筑，就应采取有效措施妥善解决上述两方面问题。
3.2建筑物的间距
建筑物南北向日照间距较小时，前排建筑遮挡后排建筑，风压小，通风效果差；反之，建筑日照间距较大时，后排建筑的风压较强，自然通风效果愈好。所以在住宅组团设计中，加大部分住宅楼的间距，形成组团绿地，对改善绿地下风侧住宅的自然通风，有较好的效果，同时还能为人们提供良好的休息和交流的场所。
同时在条件许可的时候，尽量加大山墙的间距。因为室外气流吹过呈行列式布局的建筑群时，在建筑物的山墙之间将形成一条空气射流。当采用错列式布置方式，可以利用住宅山墙间的空气射流，改善下风方向住宅和自然通风，效果显著。山墙间距的大小，取决于住宅间距。住宅间距越大，山墙的间距也应越大，以便使足够的空气射流能吹到后排住宅上。过小的住宅楼山墙间距，对消防、绿化和道路交通有不利的影响。
3.3建筑群的布局
建筑群的布置和自然通风的关系，可以从平面和空间两个方面来考虑。
（一）从平面规划的角度来分析，建筑群的布局有行列式、周边式和散点式。行列式是最基本的建筑群布局，是条式单元住宅或联排式住宅按一定朝向和合理间距成排布置的方式，其布局包含并列式，错列式和斜列式；并列式布局发生错动，从而形成错列式和斜列式以及周边式的布局（图3）。
从图4可看出并列式的建筑布局虽然由于建筑群内部的流场因风向投射角不同而有很大变化，但总体说来受风面较小；错列和斜列可使风从斜向导入建筑群内部，下风向的建筑受风面大一些，风场分布较合理,所以通风好。
周边式住宅建筑沿街坊或院落周边布置的形式，这种布置形式形成封闭或半封闭的内院空间，风的投射面非常小，风很难导入，这种布置方式只适于冬季寒冷地区(图5)；散点式住宅布局包括低层独院式住宅，多层点式及高层塔式住宅布局，散点式住宅自成组团或围绕住宅组团中心建筑、公共绿地、水面有规律地或自由布置，通风效果好(图6)。 在进行建筑群规划的同时，路网的设计也同时在进行，有时方正的住宅小区地块通过改变小区道路以往“横平竖直”的规划模式，大胆采用以曲代直的规划方法，人为地创造出建筑群的不同布局方式，从而创造出“虽由人做，宛自天开”的自然环境和良好的自然通风来。同时将居住区主要道路设计主通风道，沿通风廊道流向各个住宅组团，然后再从组团内庭院空间分流到住宅，加速自然风的流动。如下图（图7），原先为中规中矩的建筑群和路网布局方式，小区规划略显呆板，行列式的建筑群布局使得小区内的自然通风分布的不够均匀，有些楼体的通风较差。通过调整路网，使得建筑布局之间不再是简单的行列关系，而是互动起来，形成组团，疏密有致，疏的地方设计成组团之间的绿化。自然风通过主干道流向各组团，又通过组团之间的绿化空间流向个住宅。从而在规划设计中，充分地利用自然风，达到节能和优化小区风环境的目的。
建筑群的布局对自然风的引入有很大影响，同时风向与建筑的关系也对自然风的引入有很大影响。风向投射角是指风向投射线与房屋墙面法线的交角，（图8）对单体建筑来讲，风向投射角愈小，对房间愈有利。但对建筑组团来讲，要考虑前排建筑形成的风影区对后排建筑的影响。（图9）比较典型的如居住小区中的住宅，一般都是平行排列的多排建筑。如果正吹，屋后的风影区较大，从而影响了自然通风效果。因此，应避免住宅长轴垂直于夏季主导风向，从而减少前排房屋对后排房屋通风的不利影响，形成很好的通风对流。一般来说，房屋与风向入射角保持30°、60°通风效果最好。
（二）从立面设计的角度来分析，应使建筑单体间高低有序。要使气流通过小区时不形成漩涡、下冲气流等不良高速气流。在建筑群体组合时，当一栋建筑远远高于其他建筑（图10）或楼间距相近的建筑群体中有两栋建筑间距突然加大（图11），这时下冲气流加大，形成高速风，造成热损失加大和居住者的不舒适。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200811/13851.htm
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