风之法则：绿色建筑中被动式通风的本源性策略

 

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风之法则

建筑全生命周期伴随着无休止的碳排放，建设阶段、使用阶段，甚至是爆破都会不断消耗能量。而 绿色建筑，是在全生命期内，节约资源、保护环境、减少污染、为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。      

     

当绿色建筑成为硬性指标，不少新项目通过引入新风系统、种植屋面等来达到绿色指标，然而，后期增添的这些技术在实际应用过程中常面临寿命短、维护成本高等问题，实际使用效果并不尽如人意。      

     

室内环境舒适度中， 通风可直接影响热舒适指标 ，合适的风环境有助于汗液挥发，拓展较高热舒适值所对应的温度范畴。同时，被动式通风技术有助于室内外空气交换，可在一定程度上提高室内空气质量，从更多维度上提高室内环境的舒适度。      

     

01 传统建筑中的自然通风

02 绿色建筑自然通风原理

03 绿色建筑案例分析

     

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01

传统建筑中的自然通风

▲左图为伊朗民居，右图为安徽民居中的“土空调”

1.伊朗风塔

伊朗沙漠地带民居普遍采用形式。 捕风塔 通常与 地下冰窖 配合。伊朗民居一般采用 院落式布局 ，风塔达30m高。地窖中存放来自周边雪山的冰块，风塔伸入地窖，气流通过风塔引入地窖，随后将地窖中的冷空气带入主要房间及院落，实现自然通风与降温。

2.安徽“土空调”

“土空调”，在房间内布置 深入地下的孔洞 ，孔径10cm-20cm，上盖石材井盖，井盖留通气孔。房间内冬暖夏凉。

3.阿以旺——烟囱效应

▲阿以旺民居的平面布局与烟囱效应

阿以旺民居是新疆和田地区一种常见的土木结构住宅，是户外活动场所与室内活动空间相结合的一种庭院类型的组合形式。

这种建筑形式既满足了通风采光的需求，又起到防风阻沙的作用。其空间布局为典型的 “内向型” 布局，建筑室内常以阿以旺厅为中心连接其他功能空间。阿以旺民居中空间结构与层次各不相同，其显著特点为具有一个空间宽敞的复合式套间结构，其通风透气的优点突出。

阿以旺中的自然通风效应以热压通风为主，风压通风为辅。

和田地区阿以旺民居建筑墙体厚实，且采用的建筑 材料 ——生土材质的蓄热与隔热性能优良，即使在夏季其内部温度也远低于室外。

其内部空间较为封闭，室内空气密度也高于外界，建筑室内外空间的垂直压力梯度因密度和温度存在高度差异，建筑中庭“阿以旺厅”的天窗就成为促进室内通风的“烟囱口”。建筑外的空气从空间下方的门洞进入，再通过气流从空间顶部天窗排出，以此完成“阿以旺厅”的通风换气。

此外，阿以旺民居将功能房间进行四周环绕式布置，尽可能减少各部分与外界环境的接触面积，从而最大限度减少太阳辐射对建筑内部造成的热辐射和热交换，以维持室内环境在一个相对恒定的温度范围内。  

▲传统合院绿色建筑设计特征

4.传统合院

以典型北京四合院为例，其绿色设计主要体现在 尺度、通风与用材 方面。  

其中通风部分，四合院的建筑围合形成缺口，引导自然风进入内院，带走建筑辐射热，主要利用风压的原理。  

此外，其适宜的围合庭院引入自然光种植的同时外围建筑对内院形成遮阳，改善内院微气候环境，而隔热防热的维护界面由当地材料构成，外围的厚实墙面屏蔽夏季外部热辐射且满足冬季保温要求，而屋顶——建筑辐射量最大的位置则由坡屋顶来形成一层天然的隔热层。

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02

绿色建筑自然通风原理

1.风压作用

▲建筑外风压示意图

大气产生压力差，就会产生风。风在流动过程中碰到障碍物就会产生能量转换，有效转变动压力为静压力，进而在迎风面出现正压。对绿色建筑而言，形成的压力差会通过迎风面的孔隙进入室内，之后在背风面的孔口中有效排出，形成良好的自然通风效果。建筑的外观形状，周围自然地形，风向风速等多方面因素对建筑周边的风压大小具有决定性作用。

2.热压作用

建筑室内外空气存在一定温度差，进而产生热压。若室内温度高于室外温度，建筑上下部分别产生高、低压力，此时建筑物墙面出现孔口，空气就会在高处孔口流出、低处孔口流入。建筑物墙面两个孔口的高差、 建筑物室内外温度差 对热压的实际大小具有决定性影响。

3.风压与热压协同作用

风压与热压对建筑自然通风设计有较大影响，由于其强度有差异，进而对自然通风的作用有所不同。通常建筑外形、周围环境等呈现一定的不稳定性，进而对风压作用产生影响的过程中会造成与热压协同作用中产生自然通风效果不佳的现象。设计时需基于场地自然条件，优化平面布局，选择适宜的设计方案措施，从而保证建筑在各个季节自然通风效果良好。

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03

绿色建筑案例分析

1.上海博康智能网络公司总部

典型 合院式建筑 ，两个“ L ”相互契合形成合院形体，其内院空间 10m*25m 见方，中间为水院。基于利于自然通风的合院尺度，将建筑内院高宽比设计为 3:2 ，长宽比为 1:3 ，可达到较好的通风效果。

 

▲ 项目示意图及水院实景

在绿色建筑考量上， 间距布置的形体和扭转的角度 有利于将风导入内院，改善局部气候条件。合院的通风要素主要有 降温水院、导风体块、通风廊道、通风井 等。

底层导风体块引导风的水平路径，通过导风建筑块之间形成的导风廊道，将风引入围合庭院。

庭院边缘设置竖向导风井，利用 烟囱效应 ，实现庭院及室内空间的拔风效应。结合庭院水池可对进入室内空气降温加湿。

在平面上呼应东南面将建筑南北面局 部以及内院东面打开，水平面上形成穿堂风及空气对流，同时内院在处置方向上 的拔风作用促进内部风的流动。

剖面上依靠底层架空导风，内庭院及风井促进内院通风。

    ▲ 合院自然通风组织原型

▲ 合院剖面通风原型

夏季时，建筑东南侧为主要迎风面，无风压偏高区域。建筑内院一层东侧较大开敞走廊处进风较为明显，此处出现内院最高风速。由于此处靠近风速较低的北侧走廊，两者风速相差较大，需加一些过渡措施，减缓风速流动突变。

冬季时，建筑西北侧为主要迎风面，无风压偏高区域。风速分布均匀，无峡谷风效应，同时气流主要从北侧通廊进入，东侧通廊流出，可有效加速建筑内院污染物的扩散，有益于有提升空气品质。

▲风环境模拟

2.崇明生态艺术展示馆

▲建筑实景

建筑三星级标准的绿色建筑设计，满足评星要求的各个控制项、一般项及优选项绿色条目要求，如建筑绿色本体体型系数控制、建筑自然通风、双层墙体隔热、建筑外遮阳、水系降温、环境友好型材料、透水地面、光导管采光和热回收等建筑绿色本体节能和绿色技术应用。

生态艺术展示馆需要为已经在住建部立项的科研项目提供实践载体。涵盖建筑设计绿色研究、微网综合管理系统展示、智能住宅展示、建筑光伏一体化、地源热泵、中水回用、风力发电等绿色节能技术，建筑设计需要为以上试验功能提供定制式空间和实验平台。

为与绿色节能技术有关的艺术活动提供场所，可以是绿色艺术展览、小型绿色艺术论坛、绿色艺术科普活动等。

▲风环境模拟

建筑的“一”字形态。 建筑体块宽约20m、长约100m、二层外挑3m。生态艺术展示馆主体本身东西向采用双层通风墙体，内层为满足热工性能的砌块墙体，1m宽的通风空腔外为穿孔遮阳铝板表皮。两侧的斜坡挡墙作为通风导墙将自然风引向室内。

顶部采光天窗作为控制室外空气流动的 放大“风井” ，促进室外春秋季空气流通。建筑顶部设计了纵贯建筑整体的屋顶通风塔，设置开窗口，利用“烟囱效应”促进室内外空气的流动和排放。

建筑南北向采用 可开启的“呼吸墙” ，依据建筑全年的热工计算，确定开启的数量和位置，结合崇明地区春秋两季的气温条件及风资源，春秋季可将二层南北外墙（设窗）打开，将自然风引向建筑室内，通风换气；建筑的东西向采用的双层墙体设计，中间为1m宽、上下贯通的空气走廊，同时起到降温和遮阳的作用。

平面导风系统

  ▲  平面导风组件原型及应用

平面导风组件通过建筑设计构建水平和垂直导风墙体系。 水平导风墙 改变风的水平路径，使建筑物常年风产生折射，进入弧形的垂直风提升墙。垂直风提升墙可将水平风提升至垂直方向，形成上升气流来改善建筑内部自然通风效果。  

此外，若建筑常年风向对建筑朝向不利，可通过水平导风墙调节风向。

层间垂直通风井系统

▲  平面导风组件原型及应用

针对大进深的建筑布局，通过 层间垂直通风井 系统实现层间局部通风微环境的改善。错位布置通风井可保证空气流动到层间希望位置。

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结语

崔愷院士曾说：“绿色设计如果不从方案构思阶段开始就不可能达到真绿，方案性的铺张浪费用设备和材料是补不回来的。”

绿色建筑之绿色，不在于引进了多么先进的新风系统，不在于种植了多少面积的绿色屋顶，绿色建筑的灵魂在于通过最简单有效的方式，使建筑在诞生之初就足够节能低碳。

巧妙的减碳构造，是自古以来民居设计的精华所在。此外，被动式设计策略能否发挥作用，取决于建筑使用者的热舒适范围的弹性，还取决于使用者的行为模式。大量的调研工作，定制化的绿色设计，这也是建筑的“精品”所在。

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