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（整期优先）网络出版时间：2021-01-13

作者: 马洪敏

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地下建筑的自然通风设计研究

马洪敏

沈阳建筑大学辽宁沈阳 110168

摘要：随着城市化进程，地下空间作为城市空间的一部分，愈来愈成为城市发展中重要的一环，但是由于地下空间的封闭性使得它与地上建筑相比有着天然的不足之处。其中空气环境是困扰地下建筑发展的一个难题。不管是从使用者的舒适性体验和能耗损失来看，改善地下建筑的自然通风情况越来越成为亟待解决的问题。本文从地下建筑目前存在的困境出发，通过研究传统的地下建筑的通风设计方法，提出现代的自然通风设计手法，研究形成一套地下建筑生态化自然通风的基本模式的可能性。

关键词：地下建筑、自然通风、通风设计

近年来，随着我国城镇化建设的加快，城市人口逐渐增多，大量的新建筑产生，这就造成城镇土地价格上涨、地少人多等一系列问题。针对以上这些城市化进程中所留下以及正在出现的问题，我们应该寻求更加有效和集约的方法来缓解人与城市之间的矛盾。于是，建筑师们把目光转向了地面以下。综合开发城市地下空间这种新型国土资源是解决城市人口、资源、环境三大危机的重要措施，是城市走可持续发展道路的必然趋势^[1]。

地下建筑自然通风存在的困境

尽管地下空间的利用可以解决很多城市问题，但仍存在着一定的弊病。开发地下空间除了需要付出更多的建设成本与满足更高标准的技术要求外，还要面临难以获取自然采光、通风与景观等问题。目前，许多地下空间仅仅可以满足基本的功能需求，但由于空间封闭、缺乏通风导致室内环境憋闷、空气污浊、风环境糟糕，让建筑使用者感到不舒适。

空间封闭性强

地下建筑与地面建筑的区别之一是地面建筑一般是采用“围”的方式组成特定空间，而地下建筑则是通过“挖”的方式组成的特定空间。因此地下建筑的边界是封闭的实墙，仅有对外的出口或者通道。由于地下建筑大部分或全部被埋在地下，使得人们无法根据对地面建筑物的经验来理解地下建筑的内容。

自然通风困难

地下空间对自然采光和通风的实现远比地上建筑要困难。由于地下空间开窗受限，对空气的引入不如地上建筑自由，主要靠机械通风实现，因此地下空间通风的能耗要高于地上建筑。另外，由于地下空间深埋于地下，主要靠机械通风，因此地下空间室内的光环境和空气环境也相对较差。

空气质量较差

由于地下空间新鲜空气不足，导致室内微生物污染，会引起呼吸道传染疾病的传播，影响着人体健康。同时，地下空间的热湿度环境也存在着较大的问题，尤其是在每年的雨季，容易造成地下空气的相对湿度过高，会使人体散热困难，使人感到闷热、不舒服，这还容易促使霉菌生长，从而增加过敏性反应。

在提倡可持续发展的今天,地下建筑如何通过自然通风的方式来满足节能和舒适的目的,已经是一个当务之急需要研究的问题。

传统地下建筑的对自然通风的利用

随着空调设备的普及以及地下建筑的规模不断增大，以致绝大多数地下建筑都是采用机械通风，使我们逐渐遗忘过去传统的地下建筑的自然通风方式。尽管两者之间有本质的差别，但是其仍然具有重要的启示意义。

事实上早在很早的时候，我国就有地下空间对传统自然通风利用先例。传统的下沉窑洞中就有通过一些简单的设计手段实现对自然风的利用。下沉窑洞由于位于地下，内部温度相对恒定，相对室外温度具有冬暖夏凉的天然优势，在夏季时候内部温度低于室外温度，室内外的温度差异就促使建筑内外产生热压，进而产生了空气的流动，即自然通风。此外，我们还可以通过一些设计手段，更好地引导自然风的流动，如可以在窑洞的窑洞后部开一个垂直的通风井，增加空气对流；顶土较深的靠山窑可以在窑洞前端作一个排风井，并在洞内加吊顶的通风方式；还可以可以采取窑洞之间相互贯通促进通风，形成循环风等^[2]。这几种方式都可以有效改善窑洞内部的通风状况和室内热环境。

覆土建筑中也有一些对自然通风利用的设计方式，相比于窑洞，覆土建筑中的方法更为成熟，在地下空间自然通风设计应用中具有更广阔的前景。覆土建筑对自然风的引入设计根据建筑设计方式不同可以分为直线式和天井式两种。直线式的覆土建筑开敞面背向冬季主导风，可以减少墙面的空气渗透，室内空气在负压的作用下可以排出^[2]。天井式的覆土建筑可以向任何方向形成气压差，进而产生自然风，但是在天井处容易形成乱流；设计时也可以将覆土建筑的开敞部分朝向主导风向，在建筑后面开通风井，以此来形成空气对流。

地下建筑的自然通风设计

对于大规模多层的地下建筑我们在自然通风的设计上遇见了许多问题, 首先因为其规模较大，埋深也较大, 所以单纯依靠的通风口通风无法满足地下建筑的需要，因此我们应该通过利用目前地下建筑通用的设计要素和先进理念来进行设计，主要可以从以下三面进行考虑:

合理设计风路，引导地下空间中自然风的流动

风路顾名思义就是风经过的道路，合理设计风路，从而引导风的流向，并将新风引入地下空间，有利于改善地下空间的空气质量和环境，实现节能的目的

^[3]。首先，风路的设计要能够引导风的流向，使风尽可能的通过地下空间的每一个位置；其次，在设计时要引导空气有规律的流动、汇合和排出，避免空气滞流、倒流等现象发生。最后地下空间自然通风设计时还要考虑进风口和排风口的设计，进风口和排风口在水平和垂直方向上都必须间隔一定距离，通常来讲在垂直设计上排风口要高于进风口，这样才有利于空气的流动并且可以预防回吸的产生。

通过设置中庭、风井等对地下建筑进行自然通风

首先我们需要充分利用天井、中庭在地下建筑中的作用来改善地下建筑的室内环境。但我们在中庭的设计中不仅仅有需要改善视觉环境的考虑，同时也要加入自然通风的因素，利用其上下贯通并与室外环境相联的特点形成烟囱效应，促进建筑的自然通风效能。但是在设计中应注意中庭在整个风路设计中须作为排风系统存在，因为作为进风口中庭不利于空气的进化，另外，由于地下建筑的中庭还作为采自然光的作用，中庭内部由于温室效应其温度较高，不利于新风的引入，因此其一般作为排风口。

通过设置导风板对地下建筑进行风压式自然通风

在地面处设置导风板可以加强地下建筑内部的通风效应，主要是利用挡风板调节风力的正负压。通过地面设置挡风板可以将入口处迎风向来的空气聚集，形成正压区，产生通风的动力，空气经由地面天窗进入到室内，提高室内的气流速度^[4]。在出风口设置挡板可以使出风口避免室外气流的影响，产生负压区，同时也由于挡板的作用，可以将出风口的中轴面提高，增加进风口和出风口的高差，以此来提高风速。