建筑设计中对自然通风的探讨王　玲1　王丽洁2　马士宾1(11河北工业大学土木工程学院,天津　300401;21河北工业大学建设与艺术设计学院,天津　300401) 摘　要:通过建筑设计实现的自然通风,不但能使建筑获得良好的室内环境条件,而且具有节约能源、造价低廉的特点。

介绍在建筑设计中实现自然通风的几种技术;探讨建筑布局、建筑平面、建筑剖面与建筑构件在实现建筑自然通风中的作用与方法。

关键词:建筑设计;自然通风;技术DISCUSSION ON NATURA L VENTI LATION IN A BUI LDING DESIGNWang Ling 1　Wang Lijie 2　Ma Shibin1(11School of Civil Engineering ,Hebei P olytechnic University ,T ianjin 300401,China ;21School of Architecture and Arts Design ,Hebei P olytechnic University ,T ianjin 300401,China )Abstract :I t aims to realize a natural ventilation by building design ,which not only im proves a g ood indoor environment condition ,but als o saves the energy s ource and reduces the cost.I t is described several technologies realizing a natural ventilation in building design ,and researched the method and function of the building outline ,building plan ,building section and building com ponent in realizing the building ’s natural ventilation.K eyw ords :building design ;natural ventilation ;technology第一作者:王玲,女,1976年8月出生,讲师,博士研究生。

E -mail :wlark @ 收稿日期:2009-04-10 自然通风是指利用建筑内外风力或热压造成的风来促使空气流动而进行的通风换气。

自然通风的作用体现在两方面:第一,实现有效的被动式制冷。

这意味着在不消耗不可再生能源的情况下,降低室内气温,带走潮湿空气,并以气流降低皮肤温度,达到人体热舒适。

第二,提供新鲜、清洁的自然空气,以维持室内空气的卫生,有利于人的生理和心理健康。

建筑通风的设计方法,是以建筑设计配合室外通风条件,提高室内有效风速,从而达到通风换气的目的。

如今,空调的使用,人们可以主动地控制居住环境,而不是被动地适应自然;也使人们渐渐淡化了对自然通风的重视。

在全球能源与资源短缺、环境严重破坏时,建筑师将不得不重新审视自然通风这一传统技术。

通过建筑设计等传统的建筑通风技术,不但能使建筑获得良好的自然通风,而且具有节约能源、造价低廉的特点。

长久以来,人们积累了丰富的经验,不同地理位置和气候条件都有相应的通风措施,利用风来使室内变得凉爽和舒适。

从中国传统勘舆中的“藏风聚气”到古代中东地区招风塔和招风斗,都充分体现了各国人民在利用自然风方面的聪明才智。

这些传统的技术较好地适应了当地的自然环境与气候条件。

这些技术至今仍然值得借鉴,一些建筑师在现代建筑中也发展了传统的自然通风技术。

1　建筑布局与自然通风建筑布局是建筑设计的前期工作,对自然通风的效果影响很大。

建筑群的布局方式一般有以下5种:并列式、错列式、斜列式(统称为行列式)、周边式和自由式。

各种布局对建筑自然通风的效果不同,在设计中应予以注意。

高低建筑、长短建筑相结合的不同布局、建筑布局不同的疏密关系以及建筑院落开口的方向等等也都会对建筑的自然通风带来一定的影响[1](图1)。

2　建筑平面与自然通风211　设置天井进行自然通风我国地域辽阔,南北的气候条件及地理环境差异极大,却在居住形态上都脱离不了“院”的干系,基本上都可以概括为“合院式”民居。

“院”是中国传统建筑的灵魂,建筑平面中的“院”创造了良好的建筑通风。

如广东的“竹筒屋”中天井的设置,增强了自55Industrial C onstruction V ol 139,N o 19,2009工业建筑　2009年第39卷第9期 然通风的效果(图2)[2]。

a —建筑错列布置以增大建筑的迎风面;b —高低建筑结合,将较低的建筑布置在迎风面;c —长短建筑结合布置和院落开口迎向主导风向;d —建筑疏密布置改善建筑通风图1　建筑布局对自然通风的影响Fig.1　E ffect of architectural lay out on naturalventilation1—天井;2—引风高侧墙;3—通风边弄图2　广东“竹筒屋”的自然通风Fig.2　Natural ventilation of “Zhutongwu ”in G uangdong212　建筑开口的设置与通透度房间的开口大小相对位置等直接影响到风速、进风量和风的路径。

开口的相对位置对气流路线起到决定作用,并应根据房间的使用功能考虑。

如傣族竹楼的平面就很好地组织了自然通风(图3)。

a —不同开口方向的室内气流流场;b —傣族竹楼的自然通风图3　建筑开口的设置与自然通风Fig.3　Erection of architectural openings onnatural ventilation3　建筑剖面与自然通风311　利用建筑高大空间进行通风高大空间建筑腔体在这里指能够对建筑内部环境起到调节作用的空间,包括:建筑的一些高大房间、中厅、边厅、楼梯间与通风井等。

现代建筑师在创作中充分发挥了这一方法,从而实现了建筑的生态化(表1)。

312　利用架空空间进行通风利用架空空间也可使建筑获得良好的自然通风。

架空层的设置可考虑两种位置:一是设计在底层。

我国傣族的竹楼就是利用底层架空来获得舒适室内环境的典范。

二是设计在建筑高度的中部。

由福斯特设计的法兰克福商业银行为典型例子,它共60层,其平面为弧线围成的三角形,中央为贯通全楼的中庭。

三角形的每个边在若干个高度上都分别设有架空的空中花园,围绕中庭错落布置,与中庭一起共同组织气流,使整座楼的自然通风高达60%,被人们誉为“带有空中花园的能量搅拌器”(图4)。

图4　法兰克福商业银行建筑通风示意Fig.4　Natural ventilation of commerabankheadquarters in Franlcfurt4　建筑构件与自然通风411　设计导板引导气流创造风压通风的建筑开口与风向的有效夹角在40°范围内(Chandra ,1986)[3]。

当建筑开口和风向夹角不在40°范围内,可以设计导板引导通风。

一定风向下,导板和风压的关系见图5。

图5　设计导板引导气流Fig.5　Air current arose though designing Leading board65工业建筑　2009年第39卷第9期表1　利用高大空间建筑腔体进行通风T able 1　V entilation using large sp aces of building 2ch amber增加自然通风的方法示意图运用实例实例剖面通风分析图实例分析说明增加空间高度HA LL26德国,汉诺威夏天新鲜空气从距离地板4m 的玻璃管道吸入室内,温度下降,待温度提高后上升,从屋顶开口自然排出设置建筑边庭Science Park 德国,G elsenkirchen冷空气从玻璃墙面下部吹入“拱廊”内部,而室内的热空气则由玻璃墙面与屋顶的接合处缝隙中排出设置建筑中庭Barclaycar d HQ 英国,北安普敦中庭的设置保证了15m 进深的办公区双面采光和自然通风设置建筑通风井英国监狱和英国下院建筑采用了设置建筑通风气井的方法,在当时堪称一绝运用楼梯间诺丁汉英国内税务中心建筑师将建筑入口和楼梯间设计成一个圆柱形的玻璃通风塔,风从四周的外墙进人,在建筑内升温后从玻璃塔的上部排出412　屋顶的自然通风通风隔热屋面通常有以下2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。

413　双层玻璃幕墙双层幕墙又称会呼吸的皮肤,由内外两道幕墙组成。

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,利用温室效应,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。

利用双层玻璃幕墙通风的工作原理如图6所示[4]。

414　捕风窗密集的建筑聚落,会对风的流动产生影响。

因1—空气排出;2—遮阳装置;3—外层玻璃;4—空气吸入;5—空气腔;6—隔热玻璃;7—废气排出隔热玻璃、强化玻璃、遮阳装 置;8—空气腔;9—保温材料;10—空气吸入图6　双层玻璃幕墙的工作原理Fig.6　The w orking principle of double glass curtain wall此,干热和暖湿地域的人们发明了捕风窗,这样高于(下转第70页)75建筑设计中对自然通风的探讨———王　玲3　剪力墙轴压比限值根据上述分析可知,混凝土强度等级、竖向分布钢筋强度和配筋率对剪力墙轴压比的影响相对较小。

所以,本文在确定轴压比限值时,这三个指标均取为定值,即混凝土强度等级取C40,竖向分布钢筋的强度按HR B335取值,配筋率取0135%。

而按不同的高宽比HΠhw和顶点目标位移角值u rΠH计算轴压比限值,并将其转换为设计值,结果如表1所示。

表1　轴压比限值T able1　Allow able axial load ratiosHΠh wu rΠH1Π1201Π1001Π8020.120.080.0530.170.120.0740.220.150.1050.300.220.1360.400.270.18 由表1可见,角值对轴压比限值影响较大。

如取剪力墙高宽比等于2、顶点目标侧移角值等于1Π120,则其轴压比限值为0112。

这值与我国抗震规范[1]规定的轴压比限值011(一级9度)较为接近。