浅谈中小学建筑设计中自然通风技术的运用

孙红林

（广州市番禺城市建筑设计院有限公司，广东 广州 114000）

1 前言

自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术，采用自然通风方式的根本目的就是取代（或部分取代）空调制冷系统。虽说空调已经广泛使用，但在学校建筑大量引入空调装置并不是好事；且由于当今社会高度提倡节约能源，为了保持空气良好品质，有效控制病毒传播，在这样的背景下，把自然通风这种传统建筑生态技术应用在学校建筑设计中，有着重要的意义。

2 自然通风的技术优势

2.1 提供新鲜空气。空调造成的“恒温环境”使人体抵抗力下降，引发各种“空调病”。建筑物中需要新鲜空气来提供充足的氧气，冲淡气味，尤其是稀释新陈代谢产生CO，有利于人的生理和心理健康。

2.2 生理降温。通过空气的流动，可以提高建筑物中人体汗液的蒸发速度。在25℃ ～35℃之间，空气的对流降温是人体调节舒适度的重要途径。

2.3 建筑物的夜间降温。夜晚，用室外相对温度较低的空气替换室内相对温度较高的空气，使建筑物降温，以减轻白天的冷负荷。

3 自然通风的原理

自然通风是在压差推动下的空气流动。根据压差形成的机理，可以分为风压作用下的自然通风和热压作用下的自然通风。

当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑；而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气从该侧的出口流出，这样就形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。

当室内存在热源时，室内空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，导致室内空气向外流动，同时在建筑下部，不断有空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风。

4 自然通风在中小学建筑设计中的运用

影响自然通风的因素，对于学校建筑规范而言，有建筑物的朝向、空间布局、建筑群布局、门窗设计等，只有合理设计，方能达到自然通风和节约能源的目的。

4.1 建筑物的朝向和平面形状

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。经测试表明：东西向比南北向的冷负荷约增加70%。因此，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，建筑物应尽量采用南北向，学校类建筑更应该如此。本身，在教室集中的教学楼等区域，安装空调机的需求较少，对会议室、教师办公室、休息室等个别需要布置空调的房间，应尽量避免将空调布置在东西朝向的房间，东西墙上有窗户的房间以及平屋顶的顶层房间。对实验室等有特殊温度需要，或集中的办公、休息区这样空调使用频率较高的建筑空间，应在房屋体积确定的前提下，尽可能的减少外围护结构的表面积，这直接减少该建筑的冷负荷，最终减少能耗。

4.2 建筑物的空间布局

教学楼通常多数是依靠自然通风降温的建筑，空间布局上力求开敞，一般都以较大面积的窗口自然通风并实现教室采光。这样，才会在满足使用功能的前提下，最低限度的进行通风和温控设备投入，进而降低耗能。对设有空调系统的建筑，其空间布局应以紧凑为主要核心原则，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷。

4.3 建筑群布局的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。现代学校要求建筑物之间能联络方便、尽量通畅、便捷，因此学校内各类建筑物多采用集中式布局，建筑群体也多以成团的方式组合，如学校学生宿舍，则一般采用的是行列式建筑布局，虽然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。

4.4 门窗开口的优化设计

在学校类建筑中，尽可能的优化门窗布局，减少门窗数量、窗墙比等，可直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。据测定显示，当开口宽度为开间宽度的1/3～2/3时，开口大小为地板总面积的15%～25%时，通风效果最佳。因此，在学校建筑设计中，应避免采用一些直接或间接增加门窗面积的设计，最大限度的减少洞口面积；另外，当门窗洞口面积增加，外墙面积减少的时候，也就是窗墙比加大的时候，其将直接影响建筑的热特性，则在学校实验室、冷库等空调房间两侧温差大的外墙面积及窗的面积应尽量减少。

4.5 注重“穿堂风”的组织

“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹人室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大，房屋内部空气流动阻力越小，通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大，否则就会通风不畅。

4.6 屋顶的自然通风

当室内存在贯穿整幢建筑的“竖井”空间时，就可利用其上下两端的温差来加速气流，以带动室内通风，其实质就是“温差——热压——通风”的原理。作为建筑共享空间的中庭就可以胜任这个“竖井”的职能，一般来说，其所占空间比例以超过整幢建筑的1/3为宜。这种屋顶的自然通风一般有：一是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；二是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。

4.7 太阳能强化自然通风

太阳能强化自然通风，充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。在学校建筑设计中，被动的太阳能技术包括：利用合理的建筑设计达到自然通风和采光，利用遮阳设施调节教室光线等。通过采用主动太阳能技术，实现建筑增量成本少，提高建筑舒适性，降低学校能耗的建设目标。

5 总结

综上所述，与其他相对复杂、昂贵的技术相比，自然通风是当今生态建筑所普遍采取的比较容易接受而且廉价的技术措施，它具有节能、清洁的优点，体现了可持续发展的理念。但是自然通风的实现受到多种因素的影响，而且自然通风系统只是建筑设计中的一部分，单靠它很难达到舒适的目的，它只是营造被动式、低能耗建筑整体方案中的一部分，加上良好的保温隔热、采光、遮阳等才能达到减少能耗的目的。因此，在学校建筑设计中，建筑设计者应该从建筑物的规划、建筑单体设计到构造设计的整个过程中都对自然通风的可应用性和效果仔细考虑，有效地利用自然通风解决学校建筑物的舒适性和空气质量问题，为学生们营造一个健康、舒适的学习环境。

[1]自然通风与节能舒适性分析.山西建筑，2010,36(18）.

[2]浅谈生态建筑中的自然通风与节能.浙江建筑，2008,25(12）.

[3]张宗尧，李志民.中小学建筑设计，2000.

[4]自然通风在建筑设计中的运用探析.四川建筑，2009,29(6).