房屋建筑学：厂房自然通风的优势

厂房通风有机械通风和自然通风两种。机械通风依靠通风机来实现通风换气，耗费大量的电能，设备投资及维修费用高，但其通风稳定、可靠。自然通风是利用自然风力作为空气流动的动力来实现厂房的通风换气，这是一种既简单又经济的办法，但易受外界气象条件的限制，通风效果不够稳定。除个别的生产工艺有特殊要求的厂房和工段采用机械通风外，一般厂房主要采用自然通风或以自然通风为主，辅之以简单的机械通风。

图15-3 厂房高度的确定

1.自然通风的基本原理

自然通风是利用空气的热压和风压作用进行的。

（1）热压作用 厂房内部各种热源排放出大量热量，使厂房内部的气温比室外高。当空气温度升高时，体积膨胀，密度变小。由于室内外空气的温度、密度不同，于是室内外的空气形成了重力差。在建筑物的下部，室外空气所形成的压力要比室内空气所形成的压力大。这时，如果在厂房外墙下部开门窗，则室外的冷空气就会经由下部门窗进入室内，室内的热空气由厂房上部开的窗口（天窗或高侧窗）排至室外。进入室内的冷空气又被热源加热变轻，上升由厂房上部窗口排至室外，如此循环，就在厂房内部形成了空气流动，达到了通风换气的目的，热压通风原理如图15-4所示。

这种由于热源作用，造成室内外温度差而形成空气压力差进行通风的方式称为热压通风。热压越大，自然通风效果越好。

图15-4 热压通风原理

热压大小按下式计算：

ΔP=H（ρ_w-ρ_n） （15-2）

式中 ΔP——热压（Pa）；

H——上下进排风口的中心距离（m）；

ρ_w——室外空气密度（kg/m³）；

ρ_n——室内空气密度（kg/m³）。

式（15-2）表明，热压的大小与上下进排风口中心线的垂直距离以及室内外温度差成正比。因此，在无天窗的厂房中，应尽可能提高高侧窗的位置，降低低侧窗的位置，以增加进排风口的高差，进行热压通风，而中侧窗可采用固定窗或便于开关的中悬窗。

（2）风压作用下的通风 当风吹向房屋迎风面墙壁时，由于气流受阻，速度变慢，迎风面的空气压力增大，超过大气压力，此区域称为正风压。背风面的空气压力小于大气压力，称为负风压。所以，在厂房的正风压区设进风口，而负风压区设置排风口，使室内外空气进行交换。这种由于风压作用而产生的空气压力差进行通风的方式称为风压通风。

在剖面设计中，应根据自然通风的热压原理和风压原理，正确布置进风口和排风口的位置。

2.自然通风设计的原则

（1）合理选择建筑朝向 为充分利用自然通风，应限制厂房宽度并使其长轴垂直于当地夏季主导风向。从减少建筑物的太阳辐射和组织自然通风的综合角度来说，厂房南北朝向是最合理的。

（2）合理布置建筑群 选择了合理的建筑朝向，还必须布置好建筑群体，才能组织好室内通风。建筑群的平面布置有行列式、错列式、斜列式、周边式、自由式等，从自然通风的角度考虑，行列式和自由式均能争取到较好的朝向，自然通风效果良好。

（3）厂房开口与自然通风 一般来说，进风口正对着出风口，会使气流直通，风速较大，但风场影响范围小。人们把进风口正对着出风口的风称为穿堂风。为了获得舒适的通风，开口的高度应低些，使气流能够作用到人身上。高窗和天窗可以使顶部热空气更快散出。室内的平均气流速度取决于较小的开口尺寸，通常，取进出风口面积相等为宜。

（4）导风设计 中轴旋转窗扇、水平挑檐、挡风板、百叶板、外遮阳板及绿化均可起到挡风、导风的作用，可以用来组织室内通风。(www.xing528.com)

3.厂房的自然通风

（1）冷加工车间的自然通风 冷加工车间内无大的热源，室内余热量较小，一般按采光要求设置窗，其上有适当数量的开启扇和门就能满足车间的通风换气要求，故在剖面设计中，以天然采光为主。在自然通风设计方面，应使厂房纵向垂直于夏季主导风向，或不小于45°倾角，并限制厂房宽度。在侧墙上设窗，在纵横贯通的端部或在横向贯通的侧墙上设置大门，室内少设或不设隔墙，有利于穿堂风的组织。为避免气流分散，影响穿堂风的流速，冷加工车间不宜设置通风天窗，但为了排除积聚在屋盖下部的热空气，可设置通风屋脊。

（2）热加工车间的自然通风 热加工车间除有大量热量外，还可能有灰尘，甚至存在有害气体。因此热加工车间更要充分利用热压原理，合理设置进出风口，有效地组织自然通风。

我国南北方气候差异较大，建造地区不同，热加工车间进、出风口布置及构造形式也不同。南方地区夏季炎热，且延续时间长、雨水多，冬季短。南方地区散热量较大的车间，墙下部为开敞式，屋顶设通风天窗。为防止雨水溅入室内，窗口下沿应高出室内地面60～80cm。因冬季不冷，不需调节进出风口面积控制风量，故进出风口可不设窗扇，但为防止雨水飘入室内，必须设挡雨板。

4.通风天窗的类型

以通风为主要用途的天窗称为通风天窗。我国目前常用的通风天窗有矩形通风天窗和下沉式通风天窗两种。

（1）矩形通风天窗 当热压和风压共同作用时，厂房迎风面下部开口的热压和风压的作用方向是一致的，因此，从下部开口的进风量比热压单独作用时大。而此时厂房迎风面外墙上部开敞口，热压和风压方向相反，因此从上部开口的排风量，要比单独热压作用要小，当风压大于热压时，上部开口不能排风，从而形成所谓的“倒灌风”现象。为了避免这种情况，在天窗侧面设置挡风板，当风吹到挡风板时产生气流飞跃，在天窗口与挡风板之间形成负压区，保证天窗在任何风向的情况下都能稳定排风。这种带挡风板的矩形天窗称为矩形通风天窗或避风天窗。

挡风板与窗口的距离影响天窗的通风效果，通常挡风板距天窗的距离等于排风口高度h的1.1～1.5倍，如图15-5所示；当厂房的剖面形式为平行等高跨时，两矩形天窗排风口的水平距离L小于或等于天窗高度h的5倍时，两天窗互起挡风板的作用，可不设挡风板，该区域的风压始终为负压，如图15-6所示。

图15-5 矩形通风天窗

图15-6 天窗互起挡风作用

（2）下沉式通风天窗 下沉式通风天窗与矩形通风天窗相比，其优点有：可降低厂房高度4～5m，减少风荷载及屋架上的集中荷载，可相应减少柱、基础等结构构件的尺寸，节约建筑材料，降低造价；由于重心下降，抗震性能好；下沉式通风天窗的通风口处于负压区，通风稳定；布置灵活，热量排出路线短，采光均匀等。其缺点为：屋架上下弦受扭，屋面排水复杂，因屋面板下沉有时室内会产生压抑感。

下沉式通风天窗有纵向下沉式、横向下沉式以及井式下沉三种布置方式。纵向下沉式天窗是沿厂房的纵向将一定宽度的屋面板下沉（图15-7），根据需要可布置在屋脊处或屋脊两侧。横向下沉式天窗每隔一个柱距或几个柱距将整个跨度的屋面板下沉（图15-8）。井式下沉天窗是每隔一个柱距或几个柱距将一定范围的屋面板下沉，形成天井，可设在跨中（图15-9），也可设在跨边，形成中井式或边井式天窗。除矩形通风天窗、下沉式通风天窗外，还有通风屋脊、通风屋顶（图15-10）。我国南方地区及长江流域一带，夏季气候较为炎热，这些地区的热加工车间，除采用通风天窗外，也可采用开敞式外墙，即厂房的外墙不设窗扇而用挡雨板代替。

图15-7 纵向下沉式天窗

图15-8 横向下沉式天窗

图15-9 井式下沉天窗

图15-10 通风屋顶示意图