关于建筑设计与自然风的研究

关于建筑设计与自然风的研究

谢建美

广东中山建筑设计院股份有限公司广东省中山市528400

摘要：“绿色生态，节能环保”作为21世纪全球发展的主题之一，作为当代社会发展的重要理念，随着其向各行业的不断渗透，越来越多的行业开始践行绿色发展理念，开始积极探索各种绿色生态元素。本文围绕建筑设计，对自然风的设计内涵及其在建筑设计中的作用和利用技术进行分析，并结合工程实际探讨其设计效果，以期推动绿色建筑、生态建筑更快发展。

关键词：建筑设计；自然风；生态特性；利用技术

前言：建筑行业是能耗大户。据有关数据统计显示，2015年建筑行业所产生的消耗约占全国总能耗的45.3%，2016年上半年建筑能耗约占全国的44.7%，主要得益于国家政策的实施和绿色建筑理念的宣传推广，但还远远不够。在全球能源供应紧张，环境污染日益严重的严峻形势下，为了减少建筑行业能源消耗，自然风在建筑设计中的生态特性与优势得以显现。

1.自然风在建筑设计中的内涵与作用

1.1自然风的设计内涵

对于今天而言，人们对建筑设计不仅注重建筑的实用性功能，而且开始注重建筑的外观审美特性，注重建筑的精神文化内涵，建筑已成为一种文化载体和文化现象。基于自然风的建筑设计，属于生态建筑、绿色建筑范畴，因而对于其内涵的理解应侧重于文化和环境，侧重于使用者对建筑的需求。从使用者角度考虑，其对建筑的一个最基本要求就是能够自然通风换气、散热，因为保持室内空气的清新良好，对人体健康非常有益，可以提高居住舒适度[1]。由此，人们产生了对建筑的自然通风换气需求，为自然风在建筑设计的应用提供了条件。从建筑层面考虑，自然风作为一种自然元素，与建筑有着紧密的相关性，当地的风速、风向、风力等都是建筑设计中需要予以充分考虑的内容，会关系到建筑室内的环境条件与通风散热能力。从能源层面考虑，自然风属于一种清洁能源，其在建筑设计中的运用符合生态建筑、绿色建筑理念与要求，有利于降低环境污染，减少能源消耗。

1.2自然风在建筑设计中的作用

事物均具有两面性，自然风也不例外。自然风在建筑设计中的运用既有积极作用也有负面效应，这里我们只研究自然风的正向效应。自然风的积极作用主要体现在三方面，即为建筑室内提供新鲜空气；降低建筑结构储存热量，生理降温；作为风能为建筑提供清洁能源。任何用途的建筑均需要有新鲜的空气，自然风可以保证氧气量的充足，冲淡清除室内异味，降低CO2浓度[2]。结构降温利用自然风将建筑白天储存的热量在夜间释放出去，以增加夜间室内的热舒适感。生理降温通过自然风在室内的流通和形成对流，从而加快人体皮肤热量的散失，在炎热的夏季带给人一丝清凉。当前，一些风能发电项目已建成并投入运行，实现了为建筑内部供电。

2.自然风在建筑设计中的应用技术和实践应用

2.1自然风在建筑设计中的应用技术

自然风在建筑设计中的作用具体可以分为两方面，即自然通风散热和风能利用，因而建筑设计中对于自然风的利用技术主要包括自然通风系统的建设技术和风能利用技术。自然通风系统的建造技术不依靠设备或不以设备为主，仅在必要的时候辅助使用些设备，而是绝大部分均采用自然的手段来完成，以尽可能的向自然风靠近，顺应自然风的流动，实现对建筑室内空气的调节与流动换新。就当代绿色建筑、生态建筑而言，自然通风技术属于一种节能环保技术，其目前的通风方式主要有热压通风，风压通风，风压与热压相混合，机械辅助式自然通风等[3]。其中，风压通风是较常采用的一种自然通风方式，它的原理是当风吹向建筑时，建筑的迎风面和背风面会产生正、负风压，而风压压差的形成会引导自然风流通，从而实现对建筑内部的通风换气。这种通风方式不适用于高层建筑，对建筑的布局与造型也有一定的要求。风能利用技术通过借助相关机械设备，依据能量守恒原理，对风能进行收集，然后通过相应处理将其转化为机械能，最终转变为人们可以直接使用的电能。

2.2基于自然风的建筑设计实例

天津市解放南路文体中心，地上6层，地下1层，占地约13675m2，总建筑面积12439m2，建筑总高度18.6m。为践行绿色建筑、生态建筑理念，本工程项目决定优先就地取材，以减少对能源的消耗，减少运输成本，并采用自然风利用技术，以减少物化能量释放，降低对环境的破坏和污染。在建筑的整个设计过程中，设计者以低碳低能耗和提高室内环境舒适度为目标，设计的每一步骤、每一环节都渗透可持续发展理念与生态环保理念，最终确定采用近似钻石型倾斜屋顶的、双中庭式自然风设计手法[4]。即建筑正门坐北朝南，依据太阳行走路线，对南立面设计成高效节能的玻璃组织自然通风采光面，对北立面设计成双层玻璃幕墙保温系统，对西南西北设计成多智能户外遮阳系统。

首先，充分考虑当地气候特征。该市位于欧亚大陆东岸，季风盛行，属于大陆性气候，冬季绵长风大，多为西北风，夏季风小，多为东南风，年平均风速2到4m/s，适合自然通风的春秋季节短暂。为了克服自然通风时间短难题，降低冬季采暖和夏季制冷能耗，需要采取先进技术来延长自然通风的时间范围。春季应充分利用自然风风压对室内空气进行调节，若风沙较大，则需要安装空气过滤装置；夏季可以辅助使用空调、风扇等设备来加快自然风向室内的流通。秋季考虑风速较小的特点，需要结合室内布局与空间大小来借助热压组织进行自然通风。冬季应做好防风、挡风措施，因而建筑北面窗户宜少设。

其次，对建筑外观造型、表皮、立面开口、中庭等内外部空间进行设计。根据当地四季风向特点，为了满足建筑采光需求，利于稳定风压形成，对于建筑造型的设计适宜增大在南、西南和东南三个方向的立面面积[5]。同时为了实现对太阳能光伏电板的有效利用，建筑屋顶应设计成北高南低倾斜式形状。建筑表皮设计，对于西立面采用遮阳幕墙，对于北立面采用双层玻璃幕墙，屋顶面采用太阳能光伏电板形成双表皮结构形式，实现对太阳能、风能的合理高效利用。内部中庭设计大小、宽窄不同的两个，位于建筑核心位置的大中庭进深为17.6m，太阳辐射面广，升温快；贯穿建筑南部的小中庭进深为5.8m，太阳辐射面小，升温较慢，双中庭通风热量流动如图1所示。

图1基于自然风的建筑设计大小中庭通风示意图

总结：自然风对建筑的负面效应虽不可忽视，但其在建筑设计中的积极作用同样受到了人们的高度重视。因此，随着生态建筑、绿色建筑的不断发展，建筑设计师应加强对自然风的利用，充分融自然风于建筑之中，从自然通风和风能利用两方面来实现对自然风积极作用的充分利发挥，相信可以有效减少建筑能耗，降低建筑施工对生态环境的破坏，对建筑行业的可持续发展具有重要意义。

参考文献：

[1]于玉龙.公共建筑大空间自然通风气流的探讨[D].北方工业大学,2010.

[2]王珣.基于自然风利用的建筑设计研究[D].天津大学,2012.

[3]李忠伟.寒冷地区办公建筑“自然化技术”的设计对策研究[D].哈尔滨工业大学,2014.

[4]胡晓宇.中国江南私家园林与英国自然风景式园林风格比较初探[D].重庆大学,2012.

[5]谷宇新.深圳市建筑自然通风设计用气象数据研究[D].重庆大学,2013.