生态建筑中的可操控性自然通风研究

刘昕宇 傅红

摘要：在当代建筑的使用中，大量自然资源、能源的投入消耗以及温室气体的排放是人们所关注的热点问题。为实现可持续性发展，坚持以人为本的思想，生态建筑的探索已逐步达成共识。针对绿色建筑中被动式通风手段进行探讨研究，总结并提出关于自然通风的可控制性方式方法。

关键词：被动式节能;可操控性;自然通风;可变的体型系数

1被动式节能的意义

被动式节能，即在建筑的全生命周期内不依靠建筑设备等技术手段，利用建筑的自身设计来达到节能效果。被动式节能具有深远的意义，与主动式相比，更能体现绿色生态的内涵。主动式手段则是将建筑与外界区分，利用先进的技术与设备而达到能源的节约。然而许多国内的建筑采用的主动式节能手段反而产生了更昂贵的费用，在建筑的使用周期内也尚未达到预期的效果。被动式节能更符合中国的国情，并且在中国传统建筑中也能借鉴许多被动式方法，例如传统建筑中天井的自然通风等。立足国情，利用被动式节能的生态建筑也越来越受人们喜爱，并且也能产生独有的特色。

2生态建筑的自然通风

2.1风压作用下的自然通风

风压作用即当风经过建筑物的时候，因建筑物的遮挡使得建筑物迎风面空气受阻，静压高，而背风面则产生涡流，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，由此形成了风压作用下的自然通风。

为充分利用风压进行自然通风，建筑物通常垂直夏季主导风方向布置，同时需适当控制建筑进深。在建筑设计上，可适当扩大开窗面积、洞口大小以及悬窗开启角度。

2.2热压作用下的自然通风

热压作用主要是由于室内外温差引起的，热压的大小由温差与进、出风口高度差决定的，这也是所谓的“烟囱效应”。在建筑设计中，通常中庭的引入不仅是为人们提供交流的共享空间、提供天窗采光，也利用烟囱效应充分实现自然通风。

3生态建筑中的被动式自然通风方式

3.1共享中庭的引用

中庭作为人们交流休憩的共享空间，既可作交通联系之用，又能作为室内外缓冲空间。当代设计师也常在中庭中布置绿化植物，营造良好的微气候。

在通风系统上，由于现代综合体的进深大，通常简单利用风压的自然通风已不能满足。中庭的引入形成贯穿各层的竖直空间，可利用热压形成烟囱效应，加快空气流动，以减少在机械通风和空调上的投入。

3.2建筑底层架空

建筑底层空间的架空设计不仅能丰富建筑的造型，使得建筑与室外相互渗透，也能起到良好的通风效益。自然风从建筑架空的底层穿透，可以为人们提供良好舒适的环境。

3.3双层幕墙的采用

双层幕墙即呼吸式幕墙，在當代高层办公建筑中被大量采用。这种采用双层体系作为维护结构的玻璃幕墙在能够保证室内自然通风和采光、提高室内的舒适度、降低能耗的同时，较好地平衡了采光通风和节能环保之间的关系。

4可操控性被动式通风思路

4.1可变的体形系数与通风

体形系数对建筑的能耗影响颇深，建筑的形体越方正，则建筑的能耗越低，对节能越有利。而从通风的角度来看，为实现自然通风，建筑应适当减少进深，形成穿堂风。在四季均较为温和的地区，空调使用较少，建筑可设计得通透，达到良好的通风效果。而大部分地区气候多变，建筑需适应不同的季节温度特征，在夏冬之际，空调的使用则是一种常态。为此引入可变的体形系数则不失为一种良策。

形成穿堂风要求建筑进深尽量小于14m，如图1所示，建筑通过休息阳台形成进退关系，组织自然通风。凹凸关系会增大建筑的体形系数，所以在空调开启季节，此类形体对建筑能耗十分不利。若建筑阳台部分能通过操控关闭维护结构形成方正封闭空间，则减小了建筑的体形系数，降低建筑能耗。

又如图2所示，在复杂形体的综合体中，建筑设置共享阳台，引入绿化，同时利用文丘里效应，在进风口处设置风墙，即导流风翼，以加快气流运动，促使建筑的自然通风。在阳台外部设置可供关闭的围合体，以方便在空调使用季节关闭阳台，减小建筑的体形系数，降低能耗。此构思还需具体问题具体分析，要联系当地的气候做相应的测试，以达到最优的节能与通风效果。

4.2气流操控

建筑也可以像赛车、帆船一样通过对“形”的设计来控制气流。图3Applepark的设计便是引用了气流设计的构思。F1赛车气流工程师也参与了大楼的通风设计，建筑不开窗，利用帽檐进风，由屋檐的底板呼入，屋内的柱子则充当烟囱的作用。引入的生态理念，这座建筑可以保证至少9个月不启用空调。同理其他建筑的设计也可以通过对“形”的设计把控气流而达到良好的自然通风。

但是绝大对数地区天气变化颇大，对气流的控制不能通过唯一的“形”而达到兼容所有季节，为此可以通过对“形”的操控来控制风量。例如图4杨经文在马来西亚设计的Menara Umno，建筑为了适应当地的湿热气候，在进风口利用风墙体系使得建筑具备较高的空气置换率。风墙设置在阳台部位成喇叭形，可以充分地将自然风捕捉到阳台口。阳台与建筑之间设置通高的推拉门，可以控制推拉门的开闭情况与大小来调整风量。而在将推拉门关闭的时候，又可以达到类似空气锁的作用。Menara Umno的设计是优秀的自然通风例子，该建筑能耗低至当地空调建筑的25%。对推拉门的控制即对建筑“形”的控制，也是对气流的控制。

笔者认为，在人们审美越发接受流线型建筑的时代，建筑对外形的考虑不仅是体现在美学上，还可以将形与绿色建筑通风相结合，合理利用玻璃纤维增强混凝土，在“形”上体现其生态性、环保性、可持续性。

4.3可控制通风处理案例—提巴欧文化中心

例如图5，著名的生态建筑提巴欧文化中心在自然通风上的设计是经典的案例。建筑为2层围护结构，在外部木肋板上覆盖水平条板，顶部与底部的条板排列较为疏松，而中部较为严密。底部气流可以水平通过，中部由于排列密集，迫使受阻的空气上升。而顶部水平条板间距也相对较宽，其水平空气的流动形成的低气压正好产生了将2层肋板之间空气向上吸的效果。

百叶窗则设置在建筑2层围护板之间的竖直方向上。顶部百叶固定打开，形成低压，底部百叶则可以操控，其开闭可以根据空气调节。文化中心充分利用“形”的设计达到生态性通风，其百叶的操控也为其他绿色建筑提供设计思路。

5结语

生态建筑是当代建筑师需要继续探究的课题，而随着气候变化的越发明显，被动式的节能方式在很多地区的适应性问题还得继续深入研究。本文总结提出了一些可操控性被动式通风方式的构思，具体的问题还需具体深入研究分析。建筑学尚需与物理学、气候学结合，探讨更多的被动式操控方式，以更低的成本达到更高的经济效益，并为可持续发展作出贡献。