北京航空航天大学自然辩证法论文

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[摘要]

本文首先介绍了建筑自然通风技术的原理，指出了自然通风的经济效益和环境效益，然后论证了如何在建筑设计中实现自然通风，提出传统的自然通风技术应适应建筑所在地区的自然地理和气候特点，并结合实例分析了自然通风与地域气候的完美结合。旨在引起人们对自然通风这一传统适宜技术在地域性建筑设计中的关注。

[关键词:]

自然通风；原则；优点；地域建筑；设计

随着空调技术的不断发展，人们可以越来越主动地控制室内环境，创造前所未有的室内舒适气候要求，从而使人们逐渐淡化自然通风作为一种气候适宜性技术的应用。然而，在全球能源短缺、节能压力日益增大、空气质量恶化(IAO)和建筑综合症(SBS)的今天，人们不得不重新审视传统的气候适宜性技术，自然通风这一古老而有效的技术，在今天受到了前所未有的重视。空调的出现使人们能够主动控制自己的生活环境，而不是像以前那样被动地适应自然；空调的大量使用使得人们逐渐淡化自然通风的应用。在空调技术普及的今天，各国科学家在节约能源和保持良好室内空气品质的双重压力下，不得不重新审视自然通风这一传统技术。在这种背景下，将自然通风这一传统的建筑生态技术重新引入现代建筑显得比以往任何时候都更加重要。

一、自然通风技术的原理

一般来说，自然通风是指空气通过有目的的开口流动。这种流动直接受到建筑物外表面上的压力分布和不同开口的特性的影响。压力分布是驱动力，每个开口的特性决定了流动阻力。就自然通风而言，建筑物内空气流动的原因主要有两个:风压和室内外空气密度差。这两个因素可以独立发挥作用，也可以共同发挥作用。

1，风压下自然通风

风是由大气压力差形成的。如果风遇到障碍物，比如树木、建筑物，就会产生能量转换。动压变为静压，于是迎风面产生正压(约为风速动压的0.5-0.8倍)，背风面产生负压(约为风速动压的0.3-0.4倍)。穿过建筑物产生的压差促使空气从迎风面的窗户等缝隙流入室内，而室内空气从背风面排出，形成全面通风的风压自然通风。建筑物周围的风压与建筑物的几何形状、建筑物相对于风向的朝向、风速以及建筑物周围的自然地形有关。

2.热压作用下的自然通风

热压是由于室内外空气的温差造成的，称为“烟囱效应”。由于温差的存在，产生了室内外的密度差，沿建筑墙体垂直方向出现了压力梯度。如果室内温度高于室外温度，建筑物上部的压力会较高，下部的压力会较低。当这些位置有孔时，空气从下部开口进入，从上部流出。如果室内温度低于室外温度，则气流方向相反。热压的大小取决于两个开口的高度差和室内外的空气密度差。在实践中，建筑师经常利用烟囱、通风塔、天井、中庭等为自然通风的利用提供有利条件，使建筑具有良好的通风效果。

3.风压热压作用下的自然通风。

实际建筑中的自然通风是风压和热压共同作用的结果，但它们各自的作用有强有弱。因为风压受天气、室外风向、建筑形状、周围环境等因素影响，风压和热压不是简单的线性叠加。因此，建筑师应充分考虑各种因素，使风压和热压相辅相成，密切配合，实现建筑物的有效自然通风。

4、机械辅助自然通风

在一些大型建筑中，由于通风路径长，流动阻力大，单纯依靠自然风压和热压来实现自然通风往往是不够的。对于空气污染和噪音污染严重的城市，直接自然通风也会带来室外空气污浊和室内噪音，不利于人体健康。在这种情况下，通常使用机械辅助自然通风系统。系统有完整的空气循环通道，辅以生态空气处理手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等。)，并通过一定的机械手段加速室内通风。

二、自然通风技术的优势

自然通风是一种被广泛采用的改善建筑热环境和节约空调能耗的技术。采用自然通风的根本目的是替代(或部分替代)空调和制冷系统。这一替代过程有两个重要意义:第一，实现了有效的被动制冷。当室外空气温度和湿度较低时，自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，实现人体热舒适。即使室外空气温度和湿度超过舒适区，也需要消耗能量进行降温降湿，处理后的新风可以通过自然通风输送，不需要风机能耗，也没有噪音。这有利于降低能耗和污染，符合可持续发展的思想。第二，它能提供清新洁净的自然空气(新鲜空气)，有益于人的身心健康。室内空气质量差很大程度上是因为缺乏足够的新鲜空气。空调造成的恒温环境也降低了人体的抵抗力，引发各种“空调病”。自然通风可以消除室内污浊空气，也有利于满足人们与自然交流的心理需求。

第三，自然通风系统设计中的限制条件

自然通风技术作为一种免费技术，必然会受到环境的限制。对于室外温湿度温和的地区(如英国)，该技术的应用已经非常成熟。根据他们的应用经验，介绍了自然通风技术应用的限制条件。

(A)室内热极限

应用自然通风的前提是室外空气温度低于室内空气温度。通过室内空气通风，将室外空气引入室内，降低室内空气温度。显然，室内外空气温差越大，通风降温的效果越好。对于一般依靠空调系统降温的建筑，自然通风系统的应用可以在适当的时候降低空调的运行负荷，比如过渡季节空调系统的新风运行。对于完全依靠自然通风系统降温的建筑，其使用效果取决于多种因素，建筑得热量是其中一个重要因素。得热量越大，越不可能通过降温来满足室内的舒适要求。目前的研究结果表明，完全依靠自然通风降温的建筑室内得热量不应超过40W/m2。

(二)建筑环境的要求

自然通风降温措施应用后，建筑的室内环境在很大程度上依赖于室外环境。除了空气的温湿度参数，室内的空气质量和噪声控制也会受到室外环境的破坏。按照现行的一些标准，自然通风的建筑室外噪声不应超过70dB；特别是开窗时，应保证房间周围区域的噪声不超过55dB。同时，自然通风进风口的室外空气质量应符合相关卫生要求。

(3)建筑条件的限制

对于有自然通风的建筑，在建筑设计中应参考以上两个要求，充分发挥自然通风的优势。

1，建筑位置

是否有交通干线公路、铁路等。一般认为，建筑立面应距离交通干道20米，以避免空气污染或噪音干扰；或者，在设计通风系统时，将靠近交通主干道的地方作为通风的排风侧。区域主导风向和风速根据当地主导风向和风速确定自然通风系统的设计，并特别注意建筑是否处于周围污染空气的下游。由于城市环境与农村环境不同，周围环境对建筑通风系统的影响也不同，尤其是建筑周围的其他建筑或障碍物会影响建筑周围的风向风速、采光和噪声。

2.建筑造型

建筑体形的宽度直接影响自然通风的形式和效果。建筑宽度不超过10米的建筑可采用单侧通风；宽度不超过15米的建筑可采用双边通风方式；否则，将需要其他辅助措施，如烟囱结构或机械通风和自然通风的混合模式。建筑朝向为了充分利用风压，系统的进风口应朝向建筑周围的主导风向。同时，建筑的朝向也涉及到减少得热量措施的选择。窗区系统进风侧外墙的窗墙比应考虑控制自然采光和太阳得热量，一般为30%-50%。建筑结构有轻、中、重之分。对于中型或重型建筑，由于其热惯性较大，可以结合夜间通风等技术措施来改善自然通风系统的运行效果。

3.建筑物的室内设计

层高越高，自然通风越好。室内隔断的形式直接影响通风气流的组织和通风量。建筑中的竖向通道或风道，利用竖向通道产生的烟囱效应，可以有效地组织自然通风。

4.室内人员

室内人员密度、设备和照明得热量的影响对于建筑得热量超过40W/m2的建筑，可根据建筑内热源的种类和分布，在适当的区域设置自然通风系统和机械制冷系统。工作时间工作时间会影响其他辅助技术的选择(如夜间通风系统)。

(四)室外空气湿度的影响

自然通风的应用对降低室内空气温度有明显作用，但对调节或控制室内空气湿度作用不大。因此，在非常潮湿的地区，一般不能采用自然通风措施。

四、建筑中自然通风的注意事项

在利用自然通风技术的过程中，要充分结合当地的气候和环境条件，采取适当的技术措施，保证自然通风能够达到良好的生态效益。自然通风除了考虑气候、建筑朝向、室外绿化、通风构造细节等常见因素的影响外，还越来越多地考虑以下两个因素:

①太阳能加强自然通风。太阳能强化自然通风的建筑构件主要包括屋顶太阳能烟囱、Trombe墙和与建筑一体安装的太阳能空气集热器。为了在夏季达到更好的降温效果，这些做法通常与其他建筑构件相结合，形成有组织的自然通风系统；

②自然通风的计算机模拟。计算机模拟技术，尤其是计算固体力学(CFD)在自通风设计中起着非常重要的作用。它利用连续性方程、动量方程、能量方程等控制方程对空气动力进行分析，然后利用计算机软件进行计算机模拟，获得了直观、直观的效果，为建筑师设计合理的建筑风环境提供了重要参考。因此，随着计算机模拟技术的不断发展，计算机模拟无疑将对自然通风的设计起到巨大的推动作用。

总之，自然通风技术作为一种适应气候的生态技术，应该与太阳能、建筑材料、自然采光、地下蓄冷蓄热、自动控制等技术相结合，运用计算机模拟技术，分析实际案例，对其进行定量、深入的研究。相信随着生态和可持续发展理念的不断发展，自然通风这种廉价又健康的方式会被越来越多的使用。

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