绿色建筑自然通风的外围护结构设计

绿色建筑自然通风的外围护结构设计

何盼

陕西省建筑设计研究院有限责任公司陕西西安710000

摘要：绿色建筑的出现，满足国家节能降耗的发展需求，其中外围护结构的设计好坏，直接影响建筑的通风效果。本文基于自然通风理念下，首先介绍了外围护结构的设计原则和方法，然后指出设计期间的技术要点，以供参考。

关键词：绿色建筑；自然通风；外围护结构；设计

在建筑工程中，自然通风一直是人们关注的重点，相比于空调技术的使用，自然通风能改善温室效应、缓解能源危机。外围护结构是建筑室内、室外的分界点，也是通风换气的重要枢纽，以下结合实践，探讨了外围护结构的设计要点。

1．绿色建筑外围护结构的设计原则

绿色建筑外围护结构的设计，遵循以下原则：①地域性。设计时分析当地的环境、气候特点，树立因地制宜的理念，尽量使用当地的建材和设备，突出地域文化特色。②可变性。外围护结构能分割室内空间和室外空间，应该根据气候和季节的变化，实现自动调节的效果。设计期间，对外围护结构的形状、颜色、角度进行调整，促使建筑适应气候，提高人们的居住舒适性。③整体性。外围护结构的设计，不仅要发挥自身结构功能，还要考虑到对整个建筑的影响，作为建筑的外立面，能实现信息交换、能量传递的功能。④经济性。一方面设计方案要科学合理规范，满足绿色节能的需求；另一方面也要关注造价成本，提高资金使用效率，避免出现材料、设备、人工浪费现象。

2．绿色建筑自然通风的外围护结构设计方法

2.1利用建筑外部压力差

外围护结构的洞口，是室外风进入室内的主要通道，如果门窗洞口和风向夹角过大，或者进入室内的风速过大，此时可以在外围护结构上设计附属构造，从而改善建筑内部的通风。利用建筑外部压力差形成自然通风，常用设计如百叶窗、导风板、特殊幕墙等。

以国外某医院建筑为例，位于湿热气候区，在外围护结构的设计上，采用大面积可调节式百叶窗，如下图1所示。其一，百叶窗与墙体之间的夹角一般设置为15°，能实现最佳换气效果；同时根据外部气流的变化，可对百叶窗的角度进行调整。其二，面对强风天气，百叶窗具有切割气流的作用，能降低进入室内的风速，提高人们的舒适度。其三，该建筑还在外墙上设置了铝合金散热片，盛行风经过时能提高风压，促使室外风导入室内。

图1：大面积可调节式百叶窗

2.2结构空间相互穿插

外围护结构和建筑空间相互穿插，是实体空间、过渡空间的有机结合，常用于高层建筑中。一方面，过渡空间一般采用庭院样式，外围护结构在竖直方向上，呈现出凹凸多变性，而且过渡空间和建筑结构的联系更加密切。另一方面，配合洞口扩大设计，能调整建筑立面的迎风压力差值，从而引导自然风进入室内。值得注意的是，受到空间插入的影响，建筑体形系数明显增大，因此不适合在干热气候区、寒冷地区使用。

以香港某高校教学楼为例，建筑立面采用模块式层递串联设计方案，搭配螺旋上升的空中庭院，不仅改善了自然通风效果，而且减少了空调的使用。其一，庭院内合理配置植物类型，在夏季能降低室内空气温度；其二，庭院墙面采用铝合金百叶，能提高散热效果；其三，室内走廊设计可开式窗户，能接收到更多自然风量，减少空调系统产生的电力损耗。

2.3结构空间有机融合

外围护结构和建筑空间有机融合，就是外围护结构直接结合室内庭院设计，在建筑入口形成由外围护结构包裹的大庭院。如此设计，外围护结构更加完整，能突出空间功能，具有一定的保温效果，适用于中高纬度地区。以国外某公司总部大楼为例，在外层玻璃幕墙下是大型室内庭院，占据整个建筑进深的50%。其一，中庭和办公区域之间是开场走廊，暖空气上升会产生组群效应，改善办公区域的通风效果。其二，中庭将外界空气吸到底部，从隔层楼板下方进入办公室，最后从顶部排出。在结构上，使用薄木条支撑中庭玻璃，形成固定的密封单元；玻璃外层则覆盖低反射率的材料，能减少夏季阳光照射量；中庭内种植的花草，则能降低室内空气温度，提高压力梯度差。实践证实，该玻璃幕墙和中庭结构相结合，自然通风率达到58%，实现了绿色、环保、降耗的目标。

2.4双层皮幕墙技术

双层皮幕墙技术，就是在单层幕墙的基础上，配合内遮阳外围护体系，在高层建筑、超高层建筑中应用广泛。以往使用单层幕墙时，开窗容易形成絮流，影响保温隔热性能；使用双层皮幕墙能弥补这一弊端，分为外循环通风、内循环通风两种模式。

外循环通风一般将开窗通风、机械辅助送风相结合，适用于温和气候区、部分夏热冬冷气候区。在构造结构上，外层幕墙使用单层玻璃，并在上下部位设置进风口、出风口，分为打开、闭合两种状态；内层幕墙使用双层玻璃，是室内外环境的分界线，在夏季能阻隔外界热量，在冬季能减少室内热量损失；内层幕墙和外层幕墙之间是风道，其宽度一般在1m左右。外循环通风设计的典型案例是德国艾森RWE塔楼，楼层共计30层，高度为163m，室内自然通风率为70%。

内循环通风具有封闭性，一般采用机械辅助通风模式，适用于寒冷气候区、部分夏热冬冷地区，能将空气从建筑底部送进室内。在构造结构上，外层幕墙使用双层保温玻璃，长期处于关闭状态，能提高保温隔音效果；内层幕墙使用单层玻璃，一方面预留进风口，另一方面和排风系统连接；内层幕墙和外层幕墙之间的通道，其宽度一般在0.2m左右。内循环通风设计的典型案例是阿拉伯ADNEC展览中心，楼层包括地下1层、地上35层，不仅改善了通风效果，还能降低空气温度。

3．外围护结构设计期间的技术要点

3.1保温隔热设计

在保温方面，设计时要使用保温隔热材料，降低导热系数。目前建筑保温隔热层的施工，多采用铺砌工艺或现浇工艺，能减小隔热层的厚度，降低资源消耗量，提高建筑使用效率。在冬季，人们使用空调或暖气，室内温度能尽快升高，减少热量散失，保持适宜的温度。在隔热方面，应该改变窗框的结构，使用热工性能良好的玻璃材料，从而提高建筑的隔热性能。

3.2利用绿色植物

外围护结构设计时，利用绿色植物兼具美化环境、节约成本的效果。值得注意的是，要综合分析室内环境、室外环境特点，室内一般采用绿色植物进行装饰，例如盆摘、吊篮，保证整体美观性；室外则采用绿色植物进行装点，例如攀援类植物，突出绿色建筑的设计理念。

3.3推广使用新能源

新能源的使用，能减少传统能源的消耗，通过节能减排改善生态环境。其中，太阳能可以用在建筑采光、采暖上，一方面降低照明系统的使用率，另一方面减少化石能源的使用。风能可以用来发电或自然通风，减少机械通风使用率，降低机械运转带来的能耗。此外，随着科学技术的进步，生物能、地热能在建筑中的应用更加普遍，可以尝试在外围护结构的设计中使用。

结语

外围护结构是建筑工程的重要组成部分，关系到通风系统的运行质量，设计时要遵循地域性、可变性、整体性、经济性原则。文中以绿色建筑为核心，基于自然通风条件下，介绍了外围护结构的设计方法，例如利用建筑外部压力差、结构空间相互穿插、结构空间有机融合、双层皮幕墙技术等，希望为类似工程提供经验借鉴，提高自然通风效果。

参考文献：

[1]韩东.建筑外围护结构绿色设计策略研究[J].住宅与房地产，2017，（9）：103-103.

[2]曾伟清，余国保.既有公共建筑外围护结构绿色化改造及施工技术探讨[J].绿色建筑，2018，（3）：27-29，36.