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摘要：全球化经济趋势中，能源消耗过量成为世界各地、各行各业面临的主要问题。建筑领域在室内外设计中，尝试通过自然通风技术，增强建筑使用的舒适性，控制传统建筑中的整体能耗，全力发展被动式绿色节能建筑。因此，文章结合某被动式建筑工程案例，简要分析自然通风技术的基本概念与方法，同时提出基于自然通风的被动式建筑设计要点，旨在凸显自然通风技术应用价值，为我国建筑行业的可持续发展打好基础。
关键词：自然通风；被动式；建筑设计
为缓解生态环境压力，降低建筑物运行期间的能源损耗，被动式建筑、自然通风技术的融合趋势愈发明显。相关人员可利用自然通风工艺，科学调控被动式建筑空间结构，使其在风压差、温度差的作用下自然置换室内外空气，改善建筑物内空气质量，为居民、办公人员提供更为优质的空间服务。
一、工程案例
某建筑工程，建设内容为综合办公楼，规划用地6.7万m3，建筑物总面积19568.21m3，绿化率68%，属于该地区的一类办公建筑。建筑结构为A、B两栋，A楼共有15层，B楼9层，地下均设有停车库，整体布局开敞、自然，属于被动式建筑。空间结构中，应用冷巷、天井等多种空间设计技术，打造出可自然通风的办公空间。该被动式建筑在结构设计中，持续地把握空间设计要点，重点应用自然通风的建筑设计模式，使该建筑在后期使用中每年可节约5万千瓦，节水量3679t/年，整体节能、环保效果突出。
二、自然通风技术的基本概念
自然通风是近年来建筑领域中应用尤为广泛的被动技术，是改善建筑室内结构设计的重要工艺，其在应用中可替换传统主动通风，控制抽风装置、空调系统造成的能源损耗[1]。随着国家大力支持绿色、环保建筑项目，自然通风技术实践优势更为明显，具体可体现在可引进新鲜空气、减少或不消耗能源等两方面。一方面，自然通风可保持室内空气的干净与整洁，有利于建筑物内人们的健康，避免其在封闭环境中面临疾病风险。另一方面，空调系统、排风装置在运行中会耗费大量电力资源，自然通风与被动式建筑的融合，可在优化建筑物内部环境的基础上，减少能源损耗，为我国生态文明建设事业的发展打好基础。
三、被动式建筑设计中自然通风方法
（一）热压通风
被动式建筑施工建设期间，自然通风工艺中的热压通风技术，通常是基于空气、热空气的比重差异，利用建筑结构设计人工制造温度差，使建筑物内热空气从建筑顶部排出。“烟囱效应”产生后，建筑侧面、底部可流入新鲜空气，置换室内空气，完成建筑物使用期间的通风换气任务[2]。设计被动式建筑时，热压通风技术可细分为降温辅助、升温辅助等自然通风方法，其中升温辅助自然通风是采用“太阳能加热”、“电机加热”等方式，促使建筑物内空气升高，产生温度差后，进入通风换气环节，而降温辅助与该种通风方法较为相似，可使用雨水循环装置控制室内温度差，使建筑物内可进行被动通风。
（二）风压通风
自然通风技术中的风压通风，其基本原理是借助被动式建筑外围所环绕的风力制造风压差，建筑物内部、外部区域中空气相互碰撞后，可被动完成空气置换、流通。在此期间，风力在径直进入建筑正面后，受建筑物阻挡后可从四周绕行，而建筑物正面、周围所环绕的风力会处于正压区、负压区，二者在差异化作用下可成为空气流动力。然而在应用风压通风技术时，被动式建筑需重视建筑形体设计，增设百叶、开合窗等装置，继而通过引导式风道的设置，控制建筑正压区的瞬时通风量，减少其对建筑外部支撑结构造成的冲击力，维护建筑整体稳定性[31]。
四、基于自然通风的被动式建筑设计策略
（一）平面设计
在应用自然通风技术基础上，设计被动式建筑平面结构时，设计者需基于DeST-s软件模拟计算建筑物内各空间结构热负荷。若房间内最大人数为3人，则每天产湿量0.061kg/hr，人均发热量55w，房间内灯光最大功率指标为5W/m2，通风换气频次每小时不得低于1此，且需重视夏季冷负荷的产生。随后设计人员应根据被动式建筑平面通风设计中的相关标准，确定规范化设计值，具体数据如表1所示。
表1 被动式建筑平面通风设计相关标准值
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另外，为增强被动式建筑自然通风能力，设计建筑物平面结构时，应重点控制气流流通间距，合理布设出风口、进风口，使建筑平面空间可自动生成风道。设计门窗时，应结合室内采光、自然通风要求，利用开放式走廊、中庭，构建“冷巷”，改善室内通风、空气置换条件。首先，设计人员可将自然风从建筑平面凹口引入，模拟室内通风环境，计算室内最大风速，有无无涡流区等。其次，为保障自然通风时风压差的合理控制，应利用门窗位置错开主导风、正面气流，从而增大建筑内风压差，实现自然通风。最后，若建筑平面设计中开敞区域较大，可借助楼梯井、天井制造风压差，将建筑平面内正压区气流控制在对应位置内，避免各区域内气流路径偏移。
（二）剖面设计
被动式建筑剖面设计中，自然通风技术在实践中可通过“风压通风”、“热压通风”的两种形式设计通风结构。一方面，建筑剖面设计中，拔风井可增强室内自然通风，改变气流密度，在室内温度增高、降低后，利用拔风井将气流疏导至室外，随后建立良性循环通道，或应用室外过滤装置，增强拔风效果。必要时，可通过室外绿色植物的布设，调控建筑剖面空间内微观气候，促进自然通风的实现，或将建筑剖面设计为太阳房，使用带有保温、蓄热墙板等材料，收集室内热能[4]。同时增设冷热循环装置，在特定时间内释放墙体内热量，提升室内外空气循环速度，自动升高、降低室内空气。另一方面，应用“热压通风”技术时，被动式建筑剖面设计前期，需提前计算建筑物热压系数，确定热压通风过程中，建筑剖面设计中热压系数中各参数的具体推荐值。结合被动式建筑结构特点，其热压系数计算公式为
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，其中Ct为建筑内热压系数，j是冷空气从门窗外向内渗透时，竖井通路上，楼梯间、前室门、外窗等构件缝隙内的隔断层数。Mi为冷空气渗透通路上，隔断层内阻力构建数量，ai为建筑剖面结构中阻力构建渗风系数，单位m3，Li为阻力构建缝隙长度，b为渗风特性指数。评估被动式建筑自然通风要求后，剖面设计中热压系数推荐值如表2所示。
表2 被动式建筑剖面设计中的热压系数推荐值
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（三）立面设计
基于自然通风设计被动式建筑立面时，设计者在引进自然风时，应结合建筑物平面布局，对建筑形体进行挖空处理，使其立面效果为可虚实对比的作用关系，从而提升自然风主导风向形成的便捷性。在此基础上，设计者可借助室外立体式绿化、遮阳板导风控温，布设遮阳板时，其整体形式为水平状，待确定建筑物朝向、立面结构中太阳入射角度后，发挥其导风、遮阳作用。另外，自然通风时，建筑进风面、夏季主导风向角度可保持60～90°，最小值不得低于45°，以免立面结构上玻璃窗、外墙温控效果不佳。而在利用看绿化导风时，可在提升绿化率基础上，创新建筑围护结构设计，用立体化绿化结构、围护结构，保障建筑内自然通风效果，增强建筑室内外舒适性。
例如在被动式建筑自然通风设计中，若将玻璃幕墙作为建筑物围护结构，立面设计方案中需提前将空腔设置在各层玻璃幕墙间，空腔两端为出口风道、进风口。冬季时，可将出风口关闭，使各层玻璃幕墙在相互作用下形成“阳光温室”，提高立面围护构件的整体温度，夏季可将出口风道开启，制造“烟囱效应”，使被动式建筑空腔结构中风力自然流通，排出内部空间热空气，最终起到降温目标。在此期间，为阻隔立面结构热量，设计空腔通道时，同样可增设能够灵活调节的百叶窗，缓解不同环境下热压差、风压差引起的风速压力，保障自然通风期间自然风力处于合理范围内，降低风力流通时的噪音。据了解，通过上述建筑工程对多层通风玻璃幕墙的设计，自然通风结构中立面空间换气层作用尤为突出，各层幕墙可节约42～52%采暖能源，35～60%制冷能源，对控制被动式建筑能耗，构建节能式绿色被动式建筑有着不可替代的优势。因此，设计人员基于自然通风技术优化被动式建筑立面结构时，应在全面分析自然通风技术原理，科学应用各类通风、隔热材料建立风道，增强建筑内外部空气置换、保温降温的有效性。
五、结语
综上所述，建筑领域发展中，自然通风在被动式建筑设计中的融入，对控制建筑运行能耗，实现建筑行业节能减排、绿色环保目标意义重大。但是为发挥自然通风技术实践价值，在被动式建筑设计中，相关人员还用结合项目结构特点、区域位置等参数，科学选用自然通风方法，制定更为详细的自然通风方案，优化被动式建筑的整体设计。
参考文献：
[1]邱英浩，陈智仁，刘天祥.街道尺度与建筑配置对室内自然通风效益之影响[J].建筑学报，2019（108）：59-79.
[2]张文勇.响应面优化算法在被动式低能耗 建筑设计中的应用[J].科学技术与工程，2018（021）：282-287.
[3]魏林滨，李向前，杨娇娇等.被动式超低能耗居住建筑空调房间压差值与风量平衡设计探讨[J].暖通空调，2019（10）：26+50-56.
[4]李丹，王帆，杨金涛等.夏热冬暖地区被动式和主动式设计策略的比较[J].施工技术，2018（S3）：77-78.