自然通风技术及其在湖南大学建筑中的应用
摘要：自然通风作为一种被动式技术被广泛应用于建筑中，本文首先介绍了建筑中自然通风技术的优势及作用原理,进而介绍了如何实现自然通风的具体方式，并结合湖大建筑中的工商管理学院、复临舍、生物院进行了具体分析。
关键词：自然通风 湖大建筑 工商管理学院 复临舍 生物院 中庭 屋顶 玻璃幕墙
   
自然通风是一项古老的建筑防热技术，应用广泛。开阔的窗户，轻便的墙体，深远的挑檐带，通风口的顶棚……这些常见的建筑形式都与自然通风有关。在湖南大学建筑中，这种技术也被大量应用。
一、自然通风技术的优势
建筑通风的目的是提供人们呼吸用的新鲜空气或在夏季降低室内温度。空调技术虽然日渐成熟,并给人的生活带来舒适与方便，但它在现代建筑中的广泛使用所带来的负面影响已经引起
了人们的警惕。相比于空调技术来说，自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，无噪音，也可以提供新鲜的自然空气，提高室内空气质量，有利于人的生理健康，也满足了人和大自然交往的心理需求。
二、自然通风技术的原理
自然通风简单来讲就是指通过有目的的开口,产生空气流动。这种流动直接受建筑外表面的压力分布和不同开口特点的影响。压力分布是动力,而各开口的特点则决定了流动阻力。而建筑物内空气运动主要有两个原因:风压以及室内外空气密度差。这两种因素可以单独起作用,也可以共同起作用。
   
1.风压作用下的自然通风
风的形成是由于大气中的压力差。如果风在通道上遇到了障碍物,如树和建筑物，迎风面上就产生正压(约为风速动压力的0.5-0.8倍空调为什么不制冷)，推动空气从该侧进入建筑；而背风面上产生负压(约为风速动压力的0.3—0.4倍)，吸引建筑室内空气从该侧的出口流出，这样就形成了空气流，成为风压作用下的自然通风。
2.热压作用下的自然通风
     热压是室内外空气的温度差引起的。由于温度差的存在,内外密度差产生,沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度。当室内温度高于室外时, 室内空气密度降低，并向上浮动，建筑内上部将会有较高的压力,导致空气向外流动，而建筑内下部存在较低的压力，不断有空气流入，以填补上不流出的空气所让出的空间。这样就形成了热压作用下的自然通风。
 
  3.风压和热压共同作用下的自然通风
     实际建筑中，自然通风是风压和热压共同作用的结果,只是各自的作用有强有弱。
 
  4.机械辅助式自然通风
    利用温差造成的热压和机械动力相结合而形成的空气对流。虽然作为辅助动力的机械装置要消耗一定能源，但通过这种装置重新组织气流，可以使自然通风效果更好。
三、自然通风技术的具体形式及在湖大建筑的应用
 
通过对湖大建筑的实地调研，我们发现很多教学楼都应用了自然通风技术，如复临舍、建筑院新系楼、生物院楼、工商管理学院院楼。这些建筑主要通过中庭、屋顶和玻璃幕墙应用了自然通风。
1. 中庭与自然通风
在形式上，中庭的主要特点为大体量、高容积，有构成的共享空间具有某种开放感和自由感，使得室内空间具有室外感，迎合了人们热爱自然的天性，得到了广泛的应用。
工商管理学院中庭
中庭属于建筑中的竖井空间，通过其上两端的温差，利用热压方式，加速气流流动，实现自然通风。一般来说，中庭所占空间比例以超过整幢建筑的1/3为宜。中庭有两种明显的气候控制特点：温室效应和烟囱效应。温室效应是由于太阳的短波辐射通过玻璃温暖室内建筑表面，而室内建筑表面的波长较长的二次辐射则不能穿过玻璃反射出去，因此中庭获得和积蓄了太阳能，使得室内温度升高。烟囱效应是由于中庭较大的得热量而导致中庭和室外温度不同而形成中庭内气流向上运动。
为了维持中庭良好的物理环境，应针对不同季节采用不同的气候控制方式。冬季：白天应充分利用温室效应，并使得中庭顶部处于严密封闭状态，夜晚利用遮阳装置增大热阻，防止热量散失。夏季：应采取遮阳措施，避免过多太阳辐射进入中庭，同时应利用烟囱效应引导热压通风，中庭底部从室外进风，从中庭顶部排出。同时注意，要避免室外新风通过功能房间进入中庭，否则将导致该功能房间新风量增大而导致冷负荷大幅度增加。过渡季：当室外温度较低时，则应充分利用中庭的烟囱效应拔风，带动各个功能房间自然通风，及时带走聚集在功能房间室内和中庭的热量。
工管院中庭上方开窗
在湖大工商管理学院中，中庭空间的自然通风就得到了很好的应用。中庭位于门厅侧后边，所占空间大约为整个建筑的1/3，中庭上端开窗，当室内空气被加热时，密度降低，上部压力变高，下部存在较低的压力。由于上端开窗，外部空气则可通过大门进入，空气向上流动，自然通风即可形成。上端窗户材质为玻璃，更利于空气加热并实现通风。
2. 屋顶与自然通风
复临舍边庭屋顶
利用热压式自然通风时，带有中庭的屋顶一般具有两项性能：1）让阳光射入中庭，将中庭内空气加热并产生上下温差；2）它们是全部或局部可开启的，在需要通风时能让气流到出口。
有时建筑受特定条件的制约，须借助机械装置的帮助。建筑的门窗关闭,新鲜的空气通过屋顶上风塔的机械抽风和热回收装置被引到风道中,然后进入各层楼板的夹层空间,进而在楼板低压发散装置的辅助下进入室内;而废气的排出是通过走道和楼梯间的抽风作用,最终又回到风塔上部,经过热回收和蒸发冷却装置,最终由风斗排出。
屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的一个组成部分,利用天窗、烟囱、风斗等构造为气流提供进出口外,本身也可以成为一个独立的通风系统。这种通风屋顶内部一般有一个空气间层,利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动,以提高或降低屋顶内表面的温度,进而影响到室内空气的温度。
工管院屋顶
在湖大建筑中，很多建筑采用了玻璃屋顶，对上部空气的加热起到促进作用。例如复临舍，公管院，生物院等。类似于工管院，复临舍和生物院的屋顶与边庭结合，也达到了自然通风的效果。总的来说，湖大建筑中的屋顶在通风系统中主要起辅助作用，与其他形式结合，使通风效果更好。
3.玻璃幕墙与自然通风
在建筑中，玻璃幕墙结构一般与中庭同时出现，利用太阳光加热室内空气，提高室内外空气温差，利于自然通风。
工管院玻璃幕墙
据有关研究，双层玻璃幕墙结构也可实现自然通风。由内外两到幕墙组成。两层玻璃之间形成一个空腔，距离为20mm——500mm，空腔两端有可以控制的可以控制的进风口和出风口。利用“烟囱、热流道”效应，气流在两层墙中间上下循环，带走外面一层玻璃幕墙太阳辐射的能量，达到隔热、保温、节能、环保的功效。在冬季，关闭进出风口，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风，使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温的目的。
为了更好地实现隔热，通道内一般设置有可调节的深百叶。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时，能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大造成的紊流不易控制的问题，能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题，可加强围护结构的保温隔热性能，并能降低室内的噪音。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节约能源42％-52％，在制冷时节约能源38％-60％，是解决建筑节能的一个新的方向。
在湖大建筑中，很多建筑都采用了玻璃幕墙这一方式，与边庭结合，同玻璃一样，这种方式在通风系统中起到的也是辅助作用，和边庭结合，使自然通风达到更好效果。而双层玻璃幕墙目前在湖大还几乎没有应用。
复临舍玻璃幕墙
4、结语
    通风是建筑的最基本功能之一，是一个古老而常新的话题。降低建筑能耗,使建筑的人工环境与自然环境达到动态的平衡,将是建筑师在满足了基本的使用功能和美学要求后追求的更高目标。
同时，自然通风技术作为一种与气候相适宜的生态技术,在实际运用的过程中,应该与太阳能、建筑材料、自然采光、地下蓄冷蓄热、自动控制等等技术结合。虽然目前在湖大建筑中，与自然通风技术有关的很多形式还没有广泛应用。但相信随着生态、可持续发展理念的不断发展,自然通风这种廉价、健康的通风方式将会越来越多地被利用。
参考文献
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3.李海英,白玉星,高建岭，等:生态建筑节能技术及案例分析［M］．中国电力出版社
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