在現代建筑設計中，建筑自然通風設計在充分利用自然條件基礎上，在不借助外力的條件下使室內的空氣更好的流通，通過自然通風達到節能、環保的目的。自然通風是當今建筑通風設計廣為青睞的一種設計方式。

利用風壓實現自然通風

自然通風最基本的動力是風壓和熱壓。在我國大量的非空調建筑中,利用風壓促進建筑的室內空氣流通,改善室內的空氣環境質量,是一種常用的建筑處理手段。風洞試驗表明:當風吹向建筑時,因受到建筑的阻擋,會在建筑的迎風面產生正壓力。同時,氣流繞過建筑的各個側面及背面,會在相應位置產生負壓力。風壓通風就是利用建筑的迎風面和背風面之間的壓力差實現空氣的流通。壓力差的大小與建筑的形式、建筑與風的夾角以及建筑周圍的環境有關。當風垂直吹向建筑的正立面時,迎風面中心處正壓最大,在屋角和屋脊處負壓最大。另外,伯努利流體原理顯示,流動空氣的壓力隨其速度的增加而減小,從而形成低壓區。依據這種原理,可以在建筑中局部留出橫向的通風通道,當風從通道吹過時,會在通道中形成負壓區,從而帶動周圍空氣的流動,這就是管式建筑的通風原理。通風的管式通道要在一定方向上封閉,而在其他方向開敞,從而形成明確的通風方向。這種通風方式可以在大進深的建筑空間中達到較好的通風效果。

利用熱壓實現自然通風

自然通風的另一原理是利用建筑內部空氣的熱壓差——即通常講的“煙囪效應”——來實現建筑的自然通風。利用熱空氣上升的原理,在建筑上部設排風口可將污濁的熱空氣從室內排出,而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。熱壓作用與進、出風口的高差和室內外的溫差有關,室內外溫差和進、出風口的高差越大,則熱壓作用越明顯。在建筑設計中,可利用建筑物內部貫穿多層的豎向空腔——如樓梯間、中庭、拔風井等滿足進排風口的高差要求,并在頂部設置可以控制的開口,將建筑各層的熱空氣排出,達到自然通風的目的。與風壓式自然通風不同,熱壓式自然通風更能適應常變的外部風環境和不良的外部風環境。

風壓與熱壓相結合

在建筑的自然通風設計中,風壓通風與熱壓通風往往是互為補充、密不可分的。一般來說,在建筑進深較小的部位多利用風壓來直接通風,而進深較大的部位則多利用熱壓來達到通風效果。位于英國萊徹斯特的蒙特福德大學女王館就是這方面的一個優秀實例。建筑師肖特和福特將龐大的建筑分成一系列小體塊,既在尺度上與周圍古老的街區相協調,又能形成一種有節奏的韻律感,同時小的體量使得自然通風成為可能。位于指狀分支部分的實驗室、辦公室進深較小,可以利用風壓直接通風;而位于中間部分的報告廳、大廳及其它用房則更多地依靠“煙囪效應”進行自然通風 。同時,建筑的外維護結構采用厚重的蓄熱材料,使得建筑內部的得熱量降到最低。)

機械輔助式自然通風

在一些大型建筑中,由于通風路徑較長,流動阻力較大,單純依靠自然風壓與熱壓往往不足于實現自然通風。而對于空氣污染和噪聲污染比較嚴重的城市,直接的自然通風還會將室外污濁的空氣和噪聲帶入室內,不利于人體健康。在這種情況下,常常采用一種機械輔助式的自然通風系統。該系統有一套完整的空氣循環通道,輔以符合生態思想的空氣處理手段(如土壤預冷、預熱、深井水換熱等) ,并借助一定的機械方式加速室內通風。

雙層維護結構

雙層維護結構是當今生態建筑中所普遍采用的一項先進技術,被譽為“可呼吸的皮膚”。雙層維護結構一般由雙層玻璃或三層玻璃組成,在兩層玻璃之間留有一定寬度的空隙形成空氣夾層,并配有可調節的深色百頁。在冬季,空氣夾層和百頁可以形成一個利用太陽能加熱空氣的裝置,提高建筑外墻表面溫度,有利于建筑的保溫采暖;在夏季,則可以利用熱壓原理將熱空氣不斷從夾層上部排出,達到降溫的目的。對于高層建筑來說,直接對外開窗容易造成紊流,不易控制,而雙層維護結構則能夠很好的解決這一問題。

作為一種節能設計的手段,自然通風還可以和多種其他手法相結合,如太陽能、建筑材料、自然采光、地下蓄熱蓄冷、地熱、自動控制等,且引進計算機模擬和風洞試驗技術,從量化的層面對建筑的生態節能設計進行深入的研究。雖然我國目前對此研究不多,但隨著可持續發展的設計理念的不斷發展,建筑自然通風必將受到越來越多的關注。