浅谈建筑通风的节能问题

我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源消费总量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%，上升到近年的27.45%。通风能耗大约占整个建筑能耗的20%以上，其中大有节约潜力可挖。本文就建筑通风的节能问题谈几点粗浅认识。

1 引言

我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源消费总量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%，上升到近年的27.45%。通风能耗大约占整个建筑能耗的20%以上，其中大有节约潜力可挖。建筑通风能耗的节能是在保证建筑物内引入必需的新鲜空气的同时回收排出室外的空气中的大部分热能，其核心技术是空气－空气热交换机，现在的回收能力是70%以上，也就是说可以节约建筑取暖制冷能耗20%以上，本文就建筑通风的节能问题谈几点粗浅认识。

2 建筑通风的含义

建筑通风分为自然通风与机械通风。自然通风是在不消耗人工能源的情况下，利用风压或/和热压来实现建筑内部的空气流通和置换；机械通风则主要是靠通风设施提供动力实现室内的空气流动。做好通风，就是要通过各种技术手段使建筑内外空气具有较好的流通效果，但它离不开建筑师与设备师的密切配合。做好自然通风，建筑师应起到主导作用，如建筑朝向考虑、房间布局、开口设置、风路设计，结构设计等；做好机械通风，设备师的作用更为关键。

3 建筑自然通风的节能原理

自然通风是一种最古老、最节能的通风方法。它是改善室内空气品质的最基本方法，也是增强室内热舒适的方法之一，更是减低建筑空调负荷的免费措施之一。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，自然通风可以分为风压作用下的通风和热压作用下的自然通风。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。

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入。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。与风压式自然通风不同,热压式自然通风更能适应常变的外部风环境和不良的外部风环境。

4 建筑自然通风的节能设计

4.1 建筑布局的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时，应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致；然而对于建筑群体，若风沿着法线吹向建筑，会在背风面形成很大的漩涡区，对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊，根据风向投射角（风向与房屋外墙面法线的夹角）对室内风速的影响来决定合理的建筑间距，同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响，因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型，包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。

4.2 围护结构开口的设计

建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式，窗墙面积比等的合理设计，直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测定，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。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开布置，这样可以使气流在室内改变方向，使室内气流更均匀，通风效果更好。

4.3 形成竖井空间

在建筑设计中竖井空间主要形式有：

（1）纯开放空间。目前，大量的建筑中设计有中庭，主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。从另外一个方面考虑，我们可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。

（2）“烟囱”空间，又叫风塔――由垂直竖井和几个风口组成，在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区，可以利用高出屋面的风斗，把上部的气流引入建筑内部，来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不固定的地区，则可以设计多个朝向的风斗，或者设计成可以随风向转动。

4.4 屋顶的自然通风

通风隔热屋面通常有以下两种方式：（1）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。（2）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。

4.5 晚间通风的应用

晚间通风系统是一个特殊的通风系统，它可以采用自然通风的形式，也可以采用机械通风。它与一般通风系统的区别在于通风时间在晚上或夜间。晚间通风的应用一般必须与蓄冷结构结合，特别希望建筑的围护结构具有比较大的蓄冷能力。晚间通风的基本原理是在夜间组织大量通风换气，利用温度比较低的室外空气充分冷却室内空气以及相应的围护结构等蓄冷结构，并将冷量蓄存于该结构中；到了白天，室外空气温度比室内高的时候，关闭通风系统，尽量减少建筑通过围护结构的得热，依靠晚上蓄存的冷量抵消建筑白天的空调负荷。晚间通风的使用条件除了要服从自然通风的使用条件外，还必须注意当地室外空气的日较差条件。日较差越大的地方，晚间通风的使用效果越好。研究结果表明，对于日较差小于7℃的地方，晚间通风降温的效果就不再明显。

5 结束语

综上所述，自然通风是一种具有很大潜力的通风方式，它具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点，是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。在空调技术得以普及，机械通风广泛应用的今天，在节约能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下，自然通风技术的前景十分可观。

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