对建筑通风节能设计的探讨
关键词：建筑节能设计,通风节能,自然通风
1 自然通风的机理
(1) 利用风压实现自然通风
室外气流与建筑物相遇时，将发生绕流，经过一段距离后，气流才恢复平行流动。由于建筑物的阻挡，建筑物四周室外气流的压力分布将发生变化，迎风面气流受阻，动压降低，静压增高，侧面和背风面由于产生局部涡流静压降低。风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。压力差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境有关。如果希望利用风压来实现建筑自然通风，首先，要求建筑有理想的外部风环境(平均风速3 m/s～4 m/s)。其次，建筑应面向夏季主导风向，房间进深要适宜(一般应小于14 m左右)，以便形成穿堂风。利用风压进行自然通风的典范之作当属伦佐·皮亚诺设计的Tjibaou文化中心。针对不同风速(从微风到飓风)和风向，通过调节百叶的开合和不同风向百叶的配合来控制室内气流，从而实现完全被动式的自然通风，达到节约能源、减少污染的目的。
(2)利用热压实现自然通风
图1为室内热压通风分析图，在建筑设计中根据热压原理，有意识的将进、排气口间落差增大，可有效改善室内通风效果，同时结合建筑剖面设计，组织室内通风。利用建筑内部的热压形成的自然通风即通常所说的“烟囱效应”：热空气上升，从建筑上部风口排出，室外新鲜的冷空气从建筑底部被吸入。
(3)风压与热压共同作用
实际建筑环境复杂，因此，建筑中的自然通风往往是风压与热压共同作用的结果。风压作用受到天气、环流、建筑形状、周围环境等因素的影响，具有不稳定性，所以在与热压同时作用时可能还会出现减弱通风效果的情况。
(4)机械辅助式自然通风
在一些大型建筑中，由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市，直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内，不利于人体健康。在这种情况下，常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。在诺曼·福斯特设计的柏林国会大厦改建工程中，便采用了机械辅助式自然通风方式。
2、传统的通风设计的缺陷
建筑行业在我国的社会发展中已经过了较长的历程，建筑设计也随着时间的推移而不断发生着变化。早期的建筑设计由于缺乏理论、技术的支撑，导致很多先进的设计思想未能得到全面运用。主要存在着以下缺陷：
(1)功能减弱。设计人员在制定设计方案前，未能充分收集通风系统方面的资料，造成设计方案与实际的建筑需要差距较大。很多设计人员往往侧重于从建筑施工进度考虑，而简化了室内通风系统，这不仅减弱了建筑室内的排风功能，也影响到通风系统的正常运行。
(2)能源耗损。传统通风系统多数是采用空调系统，这种间接性的室内通风方式的能源消耗较大，且空调设备维护也要投入大量的资金。此外，有些工程由于一些设计上的失误，导致一套完整的设计方案结束后，设计单位没有严格按照工程标准综合审核，有时难免造成方案实施后出现返工的情况，导致能源和资源的浪费。
(3)空气污染。建筑环保节能是现代建筑行业发展的新理念，但早期的空调系统在使用过程中会带来不同程度的污染。在无氟空调使用之前，市场上的空调产品采用“氟利昂”制冷，这种空调系统的运用会造成一定的大气污染，损害臭氧层。另外，由于空调系统的长期密闭运行环境，以及对空调机组、管道等的清洁、管理方面的疏忽，致使空调系统藏污纳垢、滋生细菌等，会给室内空气造成不同程度的污染。
(4)增加成本。从经济效益的角度看，由于早期设计中的各种缺陷或者设备本身技术因素的影响，造成的直接影响则是工程成本的增大。主要表现为实际应用中设计方案缺乏优化处理而造成系统的返修，从而引起材料的浪费，设计、施工、运营等方面的工作量增大，这些都使得工程项目的成本增加，且通风系统也难以发挥全部功能。
3、通风节能设计的优点
随着科学技术的进步，我国的建筑施工技术也实现了发展与变革，新技术的引进促进了建筑项目设计的优化。此外，传统的建筑设计理念也开始朝着“节能、降耗、环保”的方向发展，这些都促进了通风节能设计水平的提升。通风节能设计理念运用于建筑物可发挥的作用包括以下几个方面：
(1)增强性能。在室内制冷方面，采用通风节能设计后，可达到被动式制冷效果，若建筑外部环境中的空气湿度低，通风系统可以降低室内温度，将潮湿气体带到室外，从而使室内温度、湿度处于人体最舒适的状态。在无需消耗电能的情况下，运用自然通风输送经过处理的新风。
(2)改善空气质量。当前，大多数建筑内的空气调节主要依赖于空调设备。空调系统的运用只能调整室内温度的高低，而无法及时更新室内新风，时间一长，室内空气难免变得污浊。从安全和卫生的角度考虑，人长期在这样的空气环境中活动，健康状况会受到很大的影响。利用自然通风能定期排出室内污染空气，改善室内空气的新鲜度。
(3)保护环境。绿色环保是建筑行业正在积极倡导的一个主题，建筑通风节能设计恰好满足了这一要求。例如自然通风系统的改进，可以防止空调系统造成的宅气污染，将室内的含有各种杂质的气体及时排出室外，在保持室内良好的空气环境的同时，也改善了室内居住环境：
(4)减少能耗，从建筑节能设计的考核数据看，建筑物在使用经过节能优化的空调通风系统后，电能消耗要比传统的设计方案节约30%左右，这就使得工程项目在减少能源消耗的同时，也减少了资金投入，优化了建筑内部的各项系统功能。
4 自然通风设计的内容
随着建筑设计理念的更新，建筑节能设计阶段对于自然通风技术的运用更为普遍。小仅减少了建筑的能源消耗，电保持了室内良好的居住环境，满足了现代建筑节能设计的各项指标要求。
建筑节能常见的自然通风设计方案如下：
(1)空间设计。在建筑内部结构设计构建竖井空间，可促进气流的快速流通，以此提高建筑内部的通风效果。目前，建筑节能设计中运用的竖井空间包括：纯开放空间，充分运用建筑中庭内的热压实现通风;烟囱空间，利用太阳能加热空气所产生的烟囱效应，促进建筑内部宅气的流动，实现通风调节(见图2)。
(2)布局设计。从自然通风的节能效果来看，建筑群的布局设计是影响通风效果的重要因素。设计师在确定各个建筑之间的距离时，应结合风向投射角对室内风向影响大小的情况设计，可以通过计算机通风模拟，对设计方案进行优化。在整体设计上，还需把握好建筑物的高度、进深、面宽、外观等方面的因素。
(3)开口殳计。开口设计对建筑物内部的空气流通有很大的影响，建筑节能设计中需将开口配置、开口尺寸、窗户形式、开启方式、窗墙面积比等作为设计的主要内容。从设计经验来看，开口觉度达到开间宽度的1/3时，通风节能效果最好，有助于室内空气的流通。住宅室内通风模拟如图3所示。
(4)屋顶设计。屋顶的节能设计要借助于“隔热屋面”作用的发挥，其常见的形势是架空隔热层，将屋面结构层设计成合适的通风装置，把室内的热量排除后实现降温。此外，还可结合坡屋顶结构设计通风隔热层，以达到良好的通风隔热效果。
(5)幕墙设计。新型节能幕墙设计通过在两层玻璃幕墙间设置一个空腔，在空腔内设置遮阳设施，空腔的两端设置进风口、出风口，通过热压差或者强制机械通风，实现通风节能，可以有效地避免建筑物内部风压、热压过高等问题，促进围护结构保温隔热性能的改善，创造良好的室内环境。图4为双层幕墙示意图。
(6)室内设计，利用“穿堂风”的形式来提高室内的通风效果，其主要是让自然风由建筑物外部到达室内，经过主要功能空间后由背风面的出风口外流。这种设计实质是利用进出风口之间的风压差，促进了自然风流通性能的提升，使用户保持良好的通风效果。
5结束语
建筑通风节能设计具有多方面的优势，既能满足现代建筑施工的需要，也能减少能量消耗，以实现更大的经济效益。随着建筑行业的不断发展，节能降耗得到了各方面的高度关注。为了保证项目施工的有序进行，设计人员必须收集各方面的资料，以指导节能设计工作。在建筑通风节能设计中，首先应分析传统的通风系统存在的不足，了解节能设计的各类优点，然后再根据建筑物的内部结构情况详细设计自然通风系统，以保证最终方案的科学性。