摘要:建筑设计中的自然通风原理是由于空气温差导致空气密度产生某种差异,然后在重力作用下,低温的空气向下运动,高温的则向上运动,进而保证建筑室内拥有新鲜空气,并且不需要消耗任何动力,不仅满足了节能减排的要求,而且还减少了投资和运行费用。因此为了保障自然通风效果,基于此,本文首先概述了住宅建筑自然通风的原理及作用,然后对自然通风在建筑设计中的应用进行了探讨分析。
关键词:自然通风;住宅建筑设计;空气动力学
引言:现代人的住宅由于城市化和人口急剧增加的原因而相对集中,住宅的周边环境和建筑的规模以及主体结构都发生了根本变化。为了获得更好的通风效果和舒适的环境温度,人们对空调系统和动力驱动的机械通风设备的依赖程度越来越高。建筑设计者对建筑设计方案中自然通风效果的影响考虑的越来越少。随着人们对自然、健康的生活方式的推崇和对建筑节能重要性认知的不断深化,住宅建筑设计中对建筑的建设与使用过程中的节能效果有了更多的思考。通过科学合理的设计方案,达到最佳的建筑自然通风效果就是其中的一个重要研究方向。
一、住宅建筑自然通风的原理
(一)利用风压
风压是与气流方向的平面垂直时产生的静压,即:在建筑物的阻挡下,迎风面气流受阻而引起静压升高,而背风面与侧风面的局部涡流又导致静压下降,如此便会在背风面与迎风面形成压力差。在这一压力差的影响下,室内、外的空气从高压力的一侧流向低压力的一侧。依据伯努利流体原理,随着流动空气速度的加快,其压力逐渐降低,并形成低压区。据此,可在建筑的局部设计横向通风道,风从中吹过时会形成负压区,并带动四周空气流动,同时为了明确通风的风向,通风通道应在不同的方向上封闭和开敞设计。
(二)利用热压
建筑室内空气热压差是建筑自然通风的另一原理,即:室内、外空气的温差导致空气在密度上产生差异,并形成压力差,从而带动室内、外空气流动。当室内空气温度高时,其比重较小,则会上升并从建筑上风口排出。此时,在密度较低的空气分布区会形成负压区,导致室外温度低且比重大的空气进入建筑底部,并最终带动室内、外空气流动。
二、自然通风的作用
自然通风利用的是自然界的动力,它既能有效改善室内空气质量,也能有效降低建筑空调能耗,是一种低能耗的通风方式,在建筑设计中应用自然通风技术具有十分重要的作用。
一方面自然通风可有效实现被动式制冷效果。在外界温度、湿度等非常低的时候,在无须消耗不可再生资源的前提下,通过自然通风可过滤室内潮湿污浊的空气,降低室内的热空气,达到令人舒适的室内温度和湿度状态。另一方面自然通风可为人们提供自然清新的空气,有利于保障人们的心理和生理健康。没有足够的新鲜自然空气进入室内是导致目前空气质量下降的关键原因,长时间使用空调,导致人体长期处于相对封闭的空间,引发了许多问题,而通过应用自然通风技术,在对室内环境进行通风清新空气时,还可以促进人与自然的和谐发展，值得在现代建筑设计中大力推广和应用。
三、自然通风在建筑设计中的应用分析
(一)自然通风在建筑规划设计中的应用分析
在建筑规划的设计当中,科学合理的规划对于自然通风有着非常重要的作用,对于间距与通风的关系,具体表明如下:在进行建筑的过程中,保证每个房屋的通风系统非常良好,在建筑的过程中,要对于房屋的排列、高低以及疏密的分布等等,都要做好各种的布局方案,保证建筑群当中每一栋房屋的通风都得到保障。建筑物的长度高度越大,进深非常小,而被封面出现涡流的面积越大,出现的场面非常紊乱,可以很好的减小风速和风压。建筑可以出现迎风的面为正压,反之为负压,建筑的背面会出现涡流,这样会产生气压差,而出现空气流动,根据当地的风向来进行设计间距,这样可以确保建筑的通风性良好。
(二)自然通风在建筑总平面布局设计中的应用分析
为了确保建筑室内的通风,就一定要做好穿堂风设计。因此,在整个建筑总面积的平面设计的过程中,一定要把建筑物的朝向以及它们之间的距离和整个的建筑群分布都要做好考量。所以建筑要应用策略或者斜裂的方式,做好整体建筑的平面布局,可以确保建筑的通风条件良好;在设计的过程中,尽量的把房屋的纵轴与当地的夏季风向做相互垂直的设计,主卧多建立在夏季风向的迎风面;建筑的宽度对于自然的通风也有着非常大的影响。
(三)自然通风在建筑间距设计中的应用分析
影响建筑物的自然通风,还有建筑物彼此之间的距离,合理的建筑设计对于建筑物的自然通风有着非常重要的作用。随着现在经济社会的发展,建筑面积的使用率越来越少,建筑商为了在使用面积上获得最大的经济效益,会不顾任何的缘由而进行建筑距离的压缩,这样提升了建筑的密度,这样就影响了建筑的自然风的通风效果,还有以及阳光的照射,这样人们在居住的过程中就影响了居住的质量,也影响了舒适度。因此,在进行建筑规划的过程中,一定要把日照的时间和自然风向做好了解,根据实际的情况来设计建筑之间的距离,确保了建筑商的经济利益,同时也确保了居住人们的舒适度。
(四)自然通风在建筑朝向以及通风口面积设计中的应用分析
由于风压的作用往往是通过风压系数表现出的,从而就与建筑朝向以及通风的面积具有密切的关系。而且不同气候地区的主导风向都呈现出较大的差异,所以就要求建筑朝向与夏季的主导风向保持一致。与此同时,在进行整体布局的同时,对建筑物的形体实施控制也是很有必要的。此外,房间的相对位置以及开口大小都会对风速以及进风量产生直接的影响,这样将进风口以及出风口两者位置错开并保持一定距离是很有必要的,从而就能够有效地改变气流在室内的方向,达到更好的通风效果。
(五)自然通风在建筑开口设计中的应用分析
在建筑物的开口处是自然通风流入或流出的通道,因此对建筑开口的尺寸、窗户的形式以及开启的方式进行优化的配置,合理的设计窗户的面积比例,这样有利于建筑物内部空气的流动,通风效果好。第一,建筑物开口大小存在的问题。房间开口尺寸与风速和进风量有直接关系,房间开口大气流就大。要想确保通风效率最佳,在开口设计上,宽度要达到开间宽度的1/3-2/3,开口面积设计标准为地板面积的15%-20%。第二,开口的开启方式应灵活。开口的设计要确保气流能够灵活地通过每一个空间,尤其是在房间顶部的热空气可以确保全部放出去,从底部可以进入新鲜的空气,这样室内的空气在热量分层的作用下就能够更好的流动,通过不同的开窗角度可以调整气流的方向。第三,气流的路线会受到开口相对位置的影响。所以在设置风口上,最好是在地面上方一米至两米处,这样气流就可以经过使用者的头部。气流的强度以及流场的分布可以通过墙上的构建或是百叶窗来控制。
四、结语
住宅建筑的自然通风除了给住户创造健康和环保的生活环境,还能在气候适宜的季节和日常户外体感舒适的时间段让室内环境与户外的自然环境融为一体。让人们充分感受自然界的日出日落、春去秋来带来的生活情趣,拥有健康和充满活力的精神境界。
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