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自 然 通 风

此动画说明自然通风。以下的段落描述自然通风。

定 义

自 然 通 风 指 的 是 用 自 然 方 法 为 室 内 空 间 提 供 或 者 抽 走 空 气 的 过 程 。 所 谓 " 自 然 方 法 " 是 在 提 供 或 者 抽 走 空 气 的 过 程 中 无 需 使 用 风 扇 或 者 其 他 机 械 装 置 ， 而 是 利 用 建 筑 物 与 外 界 环 境 之 间 的 气 压 差 提 供 通 风 和 空 间 冷 却 。

自 然 通 风 的 好 处

在 使 用 一 般 能 源 对 环 境 的 影 响 日 渐 受 到 关 注 的 情 况 下 ， 使 用 自 然 通 风 是 绝 对 有 好 处 的 。 自 然 通 风 不 但 可 以 提 供 通 风 功 能 （ 室 外 空 气 ） ， 而 且 在 不 需 要 风 扇 或 其 他 机 械 装 置 的 情 况 下 从 而 不 用 的 情 况 下 保 证 住 户 的 健 康 、 为 住 户 提 供 舒 适 的 环 境 和 为 室 内 环 境 降 温 。

在 经 过 精 心 设 计 後 ， 自 然 通 风 可 以 削 减 建 筑 施 工 成 本 和 运 作 成 本 ， 并 且 可 以 减 少 空 调 和 风 扇 的 能 源 消 耗 。 此 外 ， 由 於 室 内 没 有 使 用 风 扇 等 机 械 装 置 ， 室 内 的 噪 音 亦 可 减 低 。

自 然 通 风 的 类 型 及 其 设 计 考 虑

基 本 上 ， 可 以 应 用 於 建 筑 上 的 自 然 通 风 可 分 ? 两 种 类 型 ∶ 风 力 驱 动 通 风 和 热 压 作 用 通 风 。 两 种 类 型 的 自 然 通 风 都 是 由 於 自 然 形 成 的 气 压 差 引 起 的 。 不 过 ， 风 力 驱 动 通 风 是 利 用 自 然 风 力 引 起 的 气 压 差 ， 而 热 压 作 用 通 风 则 利 用 气 温 和 湿 度 上 的 差 异 引 起 的 上 升 浮 力 所 产 生 的 压 力 。 因 此 ， 我 们 需 要 采 取 不 同 的 建 筑 设 计 来 使 这 两 种 自 然 通 风 方 式 发 挥 最 大 效 果 。

风 力 驱 动 通 风

当 自 然 风 吹 过 一 座 建 筑 物 的 时 候 ， 风 在 建 筑 物 的 迎 风 墙 上 产 生 一 个 直 接 的 正 压 力 ， 而 绕 著 建 筑 物 流 动 的 气 流 在 离 开 建 筑 物 的 背 风 墙 时 形 成 负 压 力 ， 这 一 现 象 又 被 称 ?" 吮 吸 效 应 " 。 如 果 在 建 筑 物 的 迎 风 墙 或 者 背 风 墙 上 有 任 何 开 口 ， 新 鲜 空 气 就 会 从 迎 风 墙 的 开 口 中 进 入 ， 然 後 从 背 风 墙 的 开 口 中 流 出 ， 从 而 平 衡 迎 风 墙 和 背 风 墙 上 的 压 力 。

建 筑 物 的 外 形 对 於 利 用 风 力 带 来 的 气 流 用 作 建 筑 物 的 通 风 是 非 常 重 要 的 。 建 筑 物 的 外 形 可 以 造 成 风 压 ， 从 而 有 效 地 驱 使 气 流 流 过 建 筑 物 的 开 口 部 分 。

当 然 ， 建 筑 物 的 通 风 设 计 还 有 很 多 其 他 考 虑 因 素 。 在 很 多 建 筑 法 规 的 设 计 指 引 中 ， 通 常 有 以 下 的 建 议 : 

• 建 筑 物 的 座 向 和 所 处 位 置 （ 在 需 要 将 通 风 能 力 调 节 到 最 大 的 时 候 ， 应 该 为 建 筑 物 选 择 一 个 多 风 的 位 置 ， 而 且 在 设 计 建 筑 物 的 座 向 时 ， 应 该 将 迎 风 墙 设 计 到 垂 直 於 当 地 夏 季 时 的 风 向 ） ；
   
• 建 筑 物 的 形 状 和 尺 寸 （ 采 用 自 然 通 风 方 式 的 建 筑 物 不 可 以 设 计 得 太 深 ， 否 则 很 难 把 新 鲜 空 气 输 送 到 建 筑 物 的 每 一 个 部 分 ） ；
   
• 窗 户 的 类 型 和 使 用 ；
   
• 开 口 的 类 型 、 形 状 和 大 小 ；
   
• 施 工 方 法 和 细 节 ；
   
• 外 部 元 素 ；
   
• 配 合 城 市 规 划 的 考 虑 。
   

热 压 作 用 通 风

由 上 升 浮 力 驱 动 下 产 生 的 自 然 通 风 可 以 是 由 於 气 温 差 异 造 成 （ 此 类 通 风 方 式 又 被 称 ? 热 压 作 用 通 风 ） ， 也 可 以 是 由 於 湿 度 差 异 造 成 的 （ 此 类 通 风 方 式 又 被 称 ? 冷 却 塔 ） 。

热 压 作 用 通 风 发 生 的 先 决 条 件 是 温 度 差 异 。 当 建 筑 物 中 密 度 较 小 的 暖 空 气 （ 通 常 是 由 住 户 和 他 们 所 使 用 的 电 力 设 备 所 发 出 的 ） 上 升 时 ， 温 度 较 低 的 新 鲜 空 气 就 从 下 方 的 开 口 中 进 入 建 筑 物 内 部 。 这 一 过 程 可 以 参 见 以 下 的 图 示 。

热 压 作 用 通 风 设 计 上 的 考 虑 ∶

• 让 气 流 进 入 的 进 风 口 应 该 设 置 在 房 间 的 低 位 。 出 风 口 则 应 该 设 置 在 面 对 进 风 口 房 间 的 另 一 侧 ， 并 且 在 一 个 高 位 。
   
• 进 风 口 和 出 风 口 之 间 的 垂 直 距 离 应 该 充 分 利 用 热 压 作 用 原 理 。
   
• 利 用 天 窗 或 者 屋 顶 通 风 孔 。
   
• 将 热 压 作 用 通 风 技 术 融 入 建 筑 设 计 时 ， 密 封 式 走 火 梯 的 正 压 的 作 用 不 可 以 受 到 影 响 。

热 压 作 用 通 风 方 式 不 依 赖 於 风 力 。 遇 到 无 风 的 夏 季 ， 自 然 形 成 的 热 压 作 用 仍 能 ? 生 相 对 稳 定 的 空 气 流 动 。 此 外 ， 由 於 热 压 作 用 并 不 依 赖 风 压 和 风 向 ， 在 进 风 口 的 设 置 上 ， 也 可 以 有 更 大 的 自 主 性 。

自 然 通 风 的 设 计 策 略

在 自 然 通 风 的 设 计 中 ， 应 该 充 分 利 用 上 面 所 提 到 的 风 力 驱 动 和 热 压 作 用 两 种 通 风 方 式 的 设 计 理 念 。

总 体 而 言 ， 设 计 中 要 考 虑 的 地 方 包 括 ∶

• 透 过 减 少 从 外 部 （ 例 如 植 物 或 场 地 障 碍 物 ） 或 内 部 阻 塞 （ 例 如 家 具 和 内 部 分 割 ） 空 气 输 入 口 ， 从 而 增 加 空 气 流 通 ；
   
• 房 间 的 进 气 口 和 出 气 口 应 该 被 设 置 在 房 间 中 压 力 相 反 的 区 域 。 这 包 括 位 於 迎 风 墙 和 背 风 墙 的 开 口 或 者 迎 风 墙 和 屋 顶 的 开 口 ；
   
• 所 有 的 房 间 都 应 具 备 一 个 进 气 和 出 气 口 ， 而 其 中 至 少 有 一 个 开 口 装 配 有 可 调 式 窗 户 来 控 制 气 流 ；
   
• 提 供 空 气 的 进 气 口 应 该 被 设 置 在 房 间 的 低 位 。 出 气 口 则 应 该 被 设 置 在 面 对 进 气 口 的 房 间 的 另 一 侧 ， 并 且 在 一 个 高 位 。
   
• 在 设 计 建 筑 物 较 长 的 一 面 和 大 部 分 开 口 的 座 向 时 ， 应 该 使 建 筑 物 的 迎 风 墙 垂 直 於 当 地 夏 季 时 的 风 向 ；
   
• 利 用 天 窗 或 者 屋 顶 通 风 窗 。 它 们 能 排 出 上 升 的 暖 空 气 ， 并 且 使 热 量 能 够 被 排 到 建 筑 物 外 ， 从 而 使 房 间 在 晚 间 达 到 舒 适 的 温 度 。 同 时 ， 它 们 还 可 以 作 ? 风 力 驱 动 通 风 方 式 下 的 一 个 良 好 的 出 风 口 ；
   
• 从 地 板 到 天 花 板 至 少 有 三 米 的 垂 直 空 间 ；
   
• 窗 户 面 积 不 应 过 大 ， 在 建 筑 物 外 部 要 的 用 遮 光 装 置 加 以 保 护 ；
   
• 设 计 应 使 用 高 热 容 量 以 及 用 於 晚 间 降 温 的 外 露 天 花 板 ；
   
• 使 用 浅 色 的 建 筑 外 墙 减 少 墙 壁 因 受 阳 光 照 射 而 的 吸 热 ， 利 用 树 木 / 灌 木 来 提 供 遮 荫 和 蒸 发 冷 却 效 果 ， 利 用 草 皮 和 其 他 地 面 覆 盖 物 使 地 面 保 持 低 温 ， 利 用 池 塘 和 喷 泉 来 增 强 蒸 发 冷 却 的 效 果 ； 以 及
   
• 室 内 的 热 量 应 维 持 於 低 水 平 。

以 上 提 到 的 众 多 考 虑 因 素 可 分 ? 两 类 ∶ 其 一 是 增 加 空 气 流 动 ， 另 一 类 是 减 少 热 增 量 ， 从 而 利 用 自 然 通 风 降 低 建 筑 物 内 的 温 度 。

机 械 式 降 温 及 通 风 系 统 会 用 来 辅 助 自 然 通 风 系 统 。 通 过 降 低 从 外 界 进 入 的 热 增 量 ， 可 以 减 少 因 散 热 所 需 的 空 气 流 动 ， 从 而 降 低 对 於 机 械 式 降 温 系 统 的 需 求 。

通 风 系 统 的 设 计

了 建 造 更 可 靠 、 成 本 更 低 和 能 源 效 益 更 高 的 通 风 系 统 ， 我 们 必 须 清 楚 到 建 筑 物 的 限 制 ， 并 且 利 用 上 述 各 种 设 计 策 略 ， 将 它 们 融 合 到 建 筑 物 设 计 当 中 。

建 筑 物 的 限 制 包 括 ( 但 不 限 於 ) 以 下 几 方 面 ∶

• 建 筑 类 型 ；
   
• 当 地 环 境 ；
   
• 气 候 ； 以 及
   
• 建 筑 规 则 / 指 引 。

" 建 筑 类 型 " 通 常 是 指 建 筑 的 用 途 ， 拟 建 建 筑 座 向 和 外 形 ， 以 及 窗 户 大 小 和 位 置 。 " 当 地 环 境 " 指 的 是 当 地 一 般 常 见 的 风 向 、 空 气 质 素 和 拟 建 建 筑 物 周 围 的 结 构 。 " 气 候 " 是 指 当 地 的 气 温 和 湿 度 。 而 " 建 筑 规 则 / 指 引 " 指 的 是 当 地 规 则 、 标 准 （ 例 如 美 国 采 暖 . 制 冷 空 调 工 程 师 学 会 ASHRAE 标 准 ） 或 者 指 引 。 设 计 准 则 中 一 般 会 指 明 特 定 的 通 风 要 求 。 通 风 要 求 包 括 ∶ 空 气 污 染 物 的 最 大 容 许 浓 度 、 热 量 ? 生 率 和 空 气 更 新 率 。 知 道 了 这 些 要 求 ， 设 计 者 就 可 以 决 定 风 扇 、 建 筑 开 口 和 通 风 管 道 的 尺 寸 。 以 下 的 表 一 和 表 二 分 别 列 出 了 不 同 用 途 的 建 议 空 气 更 新 率 和 室 外 空 气 要 求 。

表 一 建 议 空 气 更 新 率

空 间 类 型	每 小 时 空 气 更 新 次 数
办 公 室	4- 6
食 堂 、 餐 厅	10 - 15
停 车 场	6 - 10
图 书 馆 、 博 物 馆 和 美 术 馆	3 - 4
锅 炉 房	15-30

( 资 料 来 源 ∶ 英 国 屋 宇 设 备 工 程 师 协 会 指 引 B)

表 二 室 外 空 气 通 风 要 求 （ 根 据 ASHRAE 标 准 62-2007 ）

建 筑 物 和 房 间 类 型	室 外 空 气 流 动 率  ( 公 升 / 每 秒 / 每 人 )
办 公 室 /图 书 馆	8.5
课 室 (5-8岁)	7.4
课 室 (9岁以上)	6.7
博 物 馆 和 美 术 馆	4.6
餐 厅 食 堂	5.1

 

香 港 的 应 用 实 例

以 下 介 绍 一 些 在 香 港 已 经 采 用 了 自 然 通 风 科 技 的 建 筑 物 。

• 香 港 科 技 学 院 ( 青 衣 )
  在 下 图 中 可 以 看 到 ， 体 育 馆 和 操 场 均 利 用 了 自 然 采 光 和 自 然 通 风 技 术 。 用 户 可 以 享 受 到 自 然 的 光 线 和 通 风 ， 耗 电 量 亦 减 少 了 。

( 资 料 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.mech./bse/broadening/sbe/sbe0304-lect03.pdf)

• 香 港 金 钟 "IN 的 家 " 香 港 展 览 馆
  展 览 馆 由 接 待 区 域 、 展 示 区 域 和 一 个 住 宅 单 位 模 型 组 成 。 这 些 区 域 靠 近 外 部 墙 身 ， 当 外 界 的 天 气 条 件 配 合 时 便 可 以 实 现 自 然 通 风 。 展 览 馆 的 外 部 墙 身 可 以 调 节 以 便 利 用 自 然 通 风 功 能 。
  
  ( 资 料 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www3./mech/sbe/case_study/case/hk/intg/stra_vent.htm)
• 香 港 上 水 大 龙 兽 医 化 验 所
  在 外 墙 的 ， 可 调 节 的 窗 户 和 可 变 风 量 空 调 系 统 互 相 结 合 使 用 ， 从 而 提 高 能 源 效 益 。
  
  ( 资 料 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www3./mech/sbe/case_study/case/hk/vet/ stra_nat_vent.htm)

• 机 电 工 程 署 总 部 大 楼 工 场
  
  在 工 场 和 仓 库 里 ， 自 然 通 风 设 备 、 机 械 通 风 设 备 和 制 冷 器 被 组 合 成 有 效 的 通 风 系 统 。