摘要：結合自然通風(fēng)的基本原理和國外的一些建筑實(shí)例，分析了現代建筑屋頂在建筑各種自然通風(fēng)系統中的作用，提出了屋頂應采取的相關(guān)構造措施，以節約建筑能耗，保護人類(lèi)身心健康。

　　關(guān)鍵詞：現代建筑 屋頂 自然通風(fēng)

　　建筑通風(fēng)的目的是提供人們呼吸用的新鮮空氣或在夏季降低室內溫度�？照{技術(shù)的產(chǎn)生與成熟，使人們可以在一個(gè)完全封閉的空間內創(chuàng )造出一個(gè)獨立的小氣候，使室內的溫度和濕度始終控制在相對舒適的范圍內。但空調并不是萬(wàn)能的，它在現代建筑中的廣泛使用所帶來(lái)的負面影響已經(jīng)引起了人們的警惕，并著(zhù)手研究相應的解決措施。給建筑以適當的自然通風(fēng)是減少使用空調負面影響的有效方法之一。自然通風(fēng)的建筑可以降低空調耗電量，進(jìn)而降低生產(chǎn)這些電能的不可再生資源的消耗量和CO₂ 向大氣的排放量；對人體而言，自然通風(fēng)可減少“空調病”和各種通過(guò)空氣傳播的疾病的發(fā)病率。

　　1、自然通風(fēng)的原理與模式

　　建筑的自然通風(fēng)從動(dòng)力來(lái)源上可分為完全自然通風(fēng)和機械輔助自然通風(fēng)兩種模式。完全自然通風(fēng)是由來(lái)自室外風(fēng)速形成的“壓差”和建筑表面的洞口間位置及溫度造成的“溫差”形成的室內外空氣流動(dòng)。按照熱力學(xué)原理，建筑室內溫度有沿高度逐漸向上遞增的特點(diǎn)。該特點(diǎn)是建筑隨層高增加而使上下之間溫差加劇的主要原因，設計師也經(jīng)常利用這一點(diǎn)，挖掘建筑自然通風(fēng)的潛力。機械輔助自然通風(fēng)是利用溫差造成的熱壓和機械動(dòng)力相結合而形成的室內外空氣對流。與完全自然通風(fēng)相比，雖然建筑內局部作為輔助動(dòng)力的機械裝置要消耗一定的能源，但通過(guò)這種裝置重新組織氣流，甚至在局部“強迫”氣流改向，可以使自然通風(fēng)達到更好的效果。在這兩種通風(fēng)模式中，屋頂都是形成溫差，組織氣流的重要環(huán)節，在整個(gè)自然通風(fēng)系統中起著(zhù)重要作用[ 1 ] .

　　2、屋頂在完全自然通風(fēng)中的作用

　　當室內存在貫穿整幢建筑的“豎井”空間時(shí)，就可利用其上下兩端的溫差來(lái)加速氣流，以帶動(dòng)室內通風(fēng)，其實(shí)質(zhì)就是“溫差———熱壓———通風(fēng)”的原理。作為建筑共享空間的中庭就可以勝任這個(gè)“豎井”的職能，一般來(lái)說(shuō)，其所占空間比例以超過(guò)整幢建筑的1/ 3 為宜。這種中庭的屋頂一般都具備兩項性能：

　　1） 它們能讓陽(yáng)光射入中庭，將中庭內空氣加熱并產(chǎn)生上下溫差；

　　2） 它們是全部或局部可開(kāi)啟的，在需要通風(fēng)時(shí)能讓氣流找到出口。赫爾佐格設計的德國林茨城的HOLZ 大街住宅區，每幢住宅樓的顯著(zhù)特征是帶玻璃頂的共享中庭。這個(gè)中庭貫穿建筑五層并稍稍高出兩側房間的屋面。冬天，陽(yáng)光透過(guò)玻璃屋頂直射進(jìn)來(lái)，中庭屋頂的側窗關(guān)閉，使中庭成為一個(gè)巨大的“暖房”，到了夜晚，白天中庭儲存的熱量又可以向兩側的房間輻射；夏天，中庭屋頂的側窗開(kāi)啟，將從門(mén)廳引進(jìn)的自然風(fēng)帶著(zhù)熱量一并排出，使建筑在夜間能冷卻下來(lái)。當建筑體量小，內部的“豎井”空間高度不夠形成有效溫差時(shí)，也可以做成沖出屋面的豎向突�？臻g。位于英國中部Solihull的一座辦公大樓，以突出屋面的“太陽(yáng)能煙囪”的自然方式滿(mǎn)足辦

　　公空間的照明與通風(fēng).這些“太陽(yáng)能煙囪”的北面為玻璃天窗，天光由此灑向建筑的中心區域。天窗對面為自動(dòng)控制的活動(dòng)板，將其打開(kāi)時(shí)，陽(yáng)光從“煙囪”南側射入室內加熱頂部的空氣，在熱壓的驅動(dòng)下氣流由外墻的窗戶(hù)引入，上升后由“煙囪”排出�？勺鳛椤柏Q井”空間的，除了中庭外，還可以利用建筑的樓梯間。沖出屋面的突�？臻g除了做成煙囪外，還可以做成風(fēng)塔、風(fēng)帽的形式。如何使那些突出屋面的部分在外觀(guān)上和屋頂協(xié)調，甚至使其成為整個(gè)建筑造型的亮點(diǎn)，對每個(gè)建筑師來(lái)說(shuō)既是挑戰，更是機遇[ 2 ] .

　　3、屋頂在機械輔助自然通風(fēng)中的作用

　　對于很多地區的建筑來(lái)說(shuō)，完全自然通風(fēng)并不是每個(gè)季節都適宜的；有些建筑受特定條件的制約，也不具備低進(jìn)高出的氣流走廊。這時(shí)的建筑自然通風(fēng)就必須借助機械裝置的輔助，或者是根據不同時(shí)段、不同季節進(jìn)行完全自然通風(fēng)和機械通風(fēng)的輪換。英國諾丁漢大學(xué)朱比麗分校的主體建筑具備兩套通風(fēng)措施：在室外氣候溫和的時(shí)候，氣流在凹進(jìn)的中庭入口的引導下，經(jīng)過(guò)大門(mén)口上部開(kāi)啟的百葉進(jìn)入中庭內，再由中庭另一端屋頂上的玻璃百葉排出，這時(shí)是完全自然通風(fēng)模式。在酷熱或嚴寒季節，建筑的門(mén)窗關(guān)閉，新鮮的空氣通過(guò)屋頂上風(fēng)塔的機械抽風(fēng)和熱回收裝置被引到風(fēng)道中，然后進(jìn)入各層樓板的夾層空間，進(jìn)而在樓板低壓發(fā)散裝置的輔助下進(jìn)入室內；而廢氣的排出是通過(guò)走道和樓梯間的抽風(fēng)作用，最終又回到風(fēng)塔上部，經(jīng)過(guò)熱回收和蒸發(fā)冷卻裝置，最終由風(fēng)斗排出，這時(shí)采用的就是機械輔助的自然通風(fēng)模式。太陽(yáng)能集熱片被集成在中廳屋頂的吸熱強化玻璃中，其吸收的熱能用于驅動(dòng)機械抽風(fēng)裝置[ 3 ] .

　　4、屋頂內部的自然通風(fēng)

　　屋頂除了作為整個(gè)建筑自然通風(fēng)系統的一個(gè)組成部分，利用天窗、煙囪、風(fēng)斗等構造為氣流提供進(jìn)出口外，本身也可以成為一個(gè)獨立的通風(fēng)系統。這種通風(fēng)屋頂內部一般有一個(gè)空氣間層，利用熱壓通風(fēng)的原理使氣流在空氣間層中流動(dòng)，以提高或降低屋頂內表面的溫度，進(jìn)而影響到室內空氣的溫度。在日本的OM 陽(yáng)光體系住宅中，室外空氣由屋頂下端被吸入空氣間層，并被安裝在屋頂上的玻璃集熱板加熱，受熱后上升到屋頂的最高處。屋頂最高處設置了空氣處理裝置，包括空氣閥門(mén)、熱交換盤(pán)管和一個(gè)小型風(fēng)機。這個(gè)裝置既能將加熱過(guò)的空氣通過(guò)管道送到建筑的各個(gè)角落，又能將不需要加熱的空氣由排氣管排出[ 4 ] .在德國慕尼黑的一項將倉庫改造成設計工作室的工程中，原有外圍護結構的熱工性能無(wú)法滿(mǎn)足新的用途。建筑師赫爾佐格在室內加建了一層包裹住整個(gè)屋頂及大部分外墻內表面的薄膜，使薄膜和原有外圍護結構間的空氣成為一道阻熱層，起到了保溫和熱緩沖的作用。在屋頂上分別設置了連通空氣阻熱層和室內空氣的風(fēng)帽，使這個(gè)簡(jiǎn)單的小建筑可自由地選擇機械通風(fēng)，通過(guò)室內自然通風(fēng)或空氣阻熱層內通風(fēng)中的某一種或多種通風(fēng)模式，來(lái)調節室內氣候[ 5 ] .

　　5、結語(yǔ)

　　利用熱壓進(jìn)行自然通風(fēng)的原理雖然簡(jiǎn)單，但選擇具體構造或技術(shù)措施時(shí)還需要根據建筑的功能和地理位置考慮；僅有定性的設計還不夠，為了使通風(fēng)起到實(shí)質(zhì)性的制冷或采暖效果，需要對進(jìn)出風(fēng)口的氣流量、進(jìn)出風(fēng)口開(kāi)關(guān)的時(shí)間、中庭屋頂的采光量、機械抽風(fēng)裝置的運轉時(shí)間等參數進(jìn)行定量的計算。這時(shí)往往需要借助風(fēng)洞模型或計算機模擬實(shí)驗等方法才能得到精確的數值。21 世紀是環(huán)保的世紀，是可持續發(fā)展的世紀。降低建筑能耗，使建筑的人工環(huán)境與自然環(huán)境達到動(dòng)態(tài)的平衡，將是建筑在滿(mǎn)足了基本的使用功能和美學(xué)要求后應追求的更高目標。屋頂的相關(guān)構造和設備配合建筑的其他圍護結構體系創(chuàng )造的自然通風(fēng)的條件，使建筑在實(shí)現以上幾個(gè)目標方面具有更大的潛力。

　　參考文獻：

　　[1 ]宋德萱。 節能建筑設計與技術(shù)[M] . 上海：同濟大學(xué)出版社，2003.

　　[2 ] （德） 英格伯格。弗拉格。 托馬斯。赫爾佐格。 建筑+ 技術(shù)[M] .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

　　[3 ]Solihull 辦公大樓[J ] . DETAL （中文版） ，2004 （1） ：67271.

　　[4 ]竇　強。 生態(tài)校園———英國諾丁漢大學(xué)朱比麗分校[J ] . 世界建筑，2004 （8） ：64269.

　　[5 ]張　弘。 日本OM 陽(yáng)光體系住宅[J ] . 住區，2001 （2） ：24228.

　　Roof and the natural ventilation of modern building

　　Abstract ： Combined with the basic theory of natural ventilation and some foreign examples ， this paper analyzes the function of roof of modern building in various kinds of natural ventilation systems and the relative tectonic measures adopted on roofs.

　　Key words ： modern building ， roof ， natural ventilation ， airflow