建筑通风中节能问题探讨

当前自然风已经以其独特的优势成为建筑节能中普遍采用的一项重要手段。又根据自然通风的实现原理的不同可分为：依靠风压实现的自然通风、依靠热压实现的自然通风、将风压与热压相结合的自然通风以及机械辅助通风等几种形式，从自然通风的实现方法着手，结合具体实例，分析其原理，并对双层维护结构和高层建筑的自然通风问题进行了初步的分析。

1前景分析

经济的迅猛发展，尤其是近年住房制度的改革极大地促进了住宅产业及国民经济的发展。目前每年新建房屋17亿～18亿平方米（城镇居住建筑4亿～5亿平方米，公共建筑4亿～5亿平方米，乡村居住建筑7亿～8亿平方米），拉动国民经济增长约两个百分点，并极大地提高了城乡人民生活水平。随着人民生活水平的提高，建筑能耗增长迅猛。建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器等方面的能耗，其中采暖、空调能耗约占60%～70%。根据1998年估算的数据，中国建筑用商品能源消耗已占全国商品能源消费总量的27.6%，接近发达国家的30%～40%。由于保温隔热差，采暖系统效率低，我国单位面积采暖能耗是相同气候条件下世界平均值的三倍，一些严寒地区城镇建筑能耗已高达当地社会总能耗的一半左右。

2自然通风的实现方法

采用自然通风取代空调制冷技术至少具有两方面的意义：一是实现了被动式制冷。自然通风可在不消耗不可再生能源情况下降低室内温度，带走潮湿污浊的空气，改善室内热环境。二是可提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人体的生理和心理健康。建筑中常用的自然通风实现方式主要有以下几种：

2.1利用风压实现自然通风

自然通风最基本的动力是风压和热压。在具有良好的外部风环境的地区，风压可作为实现自然通风的主要手段。在我国大量的非空调建筑中，利用风压促进建筑的室内空气流通，改善室内的空气环境质量，是一种常用的建筑处理手段。风洞试验表明：当风吹向建筑时，因受到建筑的阻挡，会在建筑的迎风面产生正压力。同时，气流绕过建筑的各个侧面及背面，会在相应位置产生负压力。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。当风垂直吹向建筑的正立面时，迎风面中心处正压最大，在屋角和屋脊处负压最大。

另外，伯努利流体原理显示，流动空气的压力随其速度的增加而减小，从而形成低压区。依据这种原理，可以在建筑中局部留出横向的通风通道，当风从通道吹过时，会在通道中形成负压区，从而带动周围空气的流动，这就是管式建筑的通风原理。通风的管式通道要在一定方向上封闭，而在其他方向开敞，从而形成明确的通风方向。这种通风方式可以在大进深的建筑空间中达到较好的通风效果。

2.2利用热压实现自然通风

自然通风的另一原理是利用建筑内部空气的热压差——即通常讲的“烟囱效应”——来实现建筑的自然通风。利用热空气上升的原理，在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出，而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸人。

热压作用与进、出风口的高差和室内外的温差有关，室内外温差和进、出风口的高差越大，则热压作用越明显。在建筑设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔--如楼梯间、中庭、拔风井等满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口，将建筑各层的热空气排出，达到自然通风的目的。

9个研究用房沿一个长约300m的西向临湖“拱廊”依次排列。“拱廊”是一个设有商店和咖啡馆的公共场所，高三层，外侧为倾斜的玻璃墙面，在走廊中人们可以俯瞰整个湖泊。“拱廊”的正面安装可随季节变化而自由调节的隔热玻璃。在冬季，可将低处的挡板关闭，这样，拱廊便成为一个温室，有利于节约采暖能耗；在夏季，可将挡板滑向上方，就像是大型的上下推拉窗。这样，经过水面冷却的冷空气便可从玻璃墙面下部吹人“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。除此以外，地板下还设有调节室温的水冷系统，调节过程中被热空气加热的水在晚间则可向室内补充热能

2.3风压与热压相结合实现自然通风

在建筑的自然通风设计中，风压通风与热压通风往往是互为补充、密不可分的。一般来说，在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风，而进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。

2.4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于实现自然通风。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人室内，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。

2.5双层维护结构

双层维护结构是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“可呼吸的皮肤”。双层维护结构一般由双层玻璃或三层玻璃组成，在两层玻璃之间留有一定宽度的空隙形成空气夹层，并配有可调节的深色百页。在冬季，空气夹层和百页可以形成一个利用太阳能加热空气的装置，提高建筑外墙表面温度，有利于建筑的保温采暖；在夏季，则可以利用热压原理将热空气不断从夹层上部排出，达到降温的目的。对于高层建筑来说，直接对外开窗容易造成紊流，不易控制，而双层维护结构则能够很好的解决这一问题.

3小结

与同纬度许多发达国家相比，我国冬天气候更冷，夏天气候更热，南方空气湿度还很高。在这种湿热环境下，我国房屋的保温隔热性能却要比发达国家差得多，相当于发达国家在同等条件下采暖耗能的2至3倍。自然开窗通风更是大量的浪费建筑热能。没有高效建筑节能的解决方案，不可再生的化石能源是不可能支撑我国这样的大国全面实现现代化的！一般而言，GDP增长8%，能源消耗增长约为5%，而我国2002年和2003年的能源相应增长为14.5%和13.5%，相当于2年时间耗尽了5年的能源供应。

中国的能源供应正面临深刻危机，传统的经济增长方式已走到尽头。我国的能源利用效率目前仅为33%，比发达国家落后20年，相差10个百分点。能源消费强度大大高于发达国家及世界平均水平，约为美国的3倍，日本的7.2倍。

近几年愈演愈烈的“电荒”告诉我们今后中国总体能源偏紧是不争的事实。除了南方沿海生产用电的大量增长，电荒的罪魁祸主要是空调，也就是建筑能耗，其实北方燃气供暖更是能耗大得多。2003年全国年用电量为1.89万亿千瓦，空调能耗就占到了全国用电总量的15%，且在逐年猛增。其实冬季采暖的耗能，要远远大于夏季！夏天南方室内外温差超过10℃的时间只有两到三个月，而北方冬天室内外温差超过20到30℃的时间有采暖期是四到六个月。北京的采暖标准是室内温度不低于16或18℃，而12月21日以来北京最低气温徘徊在零下10℃左右，温差超过25℃，东北地区温差更大，这比夏季空调能耗高一个数量级。

采暖耗能的节能是个根本性问题。虽然我国目前对此研究不多，但随着可持续发展的设计理念的不断发展，建筑自然通风必将受到越来越多的关注。