淺議中庭小氣候對室內環(huán)境的影響及改進措施

李國寧 苑 娜

（天津國土資源和房屋職業(yè)學院，中國 天津 300000）

0 前言

建筑中庭早在兩千多年前就已產生，隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，特別是20世紀60年代后，得到了快速的推廣和發(fā)展，成為20世紀后半期具有代表性的建筑形式之一。

1 中庭小氣候對室內環(huán)境的影響

建筑中庭早在兩千多年之前就已產生，在20世紀60年代后，得到快速的發(fā)展，成為20世紀后半期具有代表性的建筑形式之一。中庭空間提供給建筑新的意義，并能較好地滿足現(xiàn)代建筑的生活、工作、經(jīng)濟以及文化需求，甚能夠至兼顧傳統(tǒng)街區(qū)產生的生活方式。

在現(xiàn)代建筑中，中庭通常以貫通建筑中部的多層、完整大空間的形式出現(xiàn)。中庭獨特的空間造型對是小氣候的產生必要條件，隨著人們對建筑環(huán)境的日益關注，中庭所產生的小氣候、小氣候對于室內環(huán)境的調節(jié)作用亦逐漸為人們重視：中庭作為室內、外空間的過渡，對環(huán)境祈禱緩沖與補充作用，能夠整體調節(jié)對建筑空間的節(jié)能、氣候、采光、凈化等方面；并通室內氣候的調節(jié)、組織，營造宜人的室內環(huán)境，利用這些達到降低建筑能耗。

1.1 對室內熱環(huán)境的影響

中庭對室內熱環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為室內空氣的“溫度層化”：由于空氣流動、重力與浮力的作用，導致熱空氣上升而冷空氣下降，并且在中庭上、下部分別形成“熱的區(qū)域”及“冷的區(qū)域”兩個溫度異常區(qū)?！盁岬膮^(qū)域”會導致上層與之相連的空間溫度上升而增加這些樓層的制冷負荷；“冷的區(qū)域”則會將冷氣傳遞給與其連接的部分，增大采暖的難度。

中庭可以用最小的外表面來緩沖最多的環(huán)境溫度變化；它還能以庭院的形式減少夏季里的降溫負荷；收集、儲存冬日熱能，也就是將中庭設置為有效的太陽能采集器，轉換為日用能源。同時，中庭帶來的開敞式平面合大進深和，亦使得綜合運用貯能技術在建筑設計中靈活應用，對節(jié)能作出新的思路。

1.2 對室內通風的影響

與機械通風相比，自然通風不僅可以降低能耗，而且能夠提高人體舒適度，更有利于人體健康。中庭的通風主要有熱壓通風、風壓通風兩種形式。

1.2.1 熱壓通風

由于中庭空間存在一定的高度，上下高度之間會存在一定的溫差，導致熱壓通風的產生，即“煙囪效應”。熱壓差只與室內外溫差和開口的高度差有關，室內外溫差越大，進出風口高度差越大，熱壓作用越強。而熱壓差和開口面積又共同決定了單位時間氣流量的大小。對于室外環(huán)境風速不大的地區(qū)，熱壓通風是改善環(huán)境熱舒適性的良好手段。當頂棚傾斜60°時，“煙囪效應”最為明顯。[6]

1.2.2 風壓通風

在熱壓作用下，不同形式的中庭空間，夏季室內熱環(huán)境大同小異，但在利用風壓上，因建筑形式的不同而差異明顯：線型式中庭，中庭空間貫通主體建筑，易于形成穿堂風，室內氣流速度較快，多余熱量排出較容易；接觸式與嵌入式中庭，主要采光面與室外相鄰，適當開窗也可將室外風引入；核心式中庭，四面均為主體建筑房間環(huán)繞，很難利用室外風壓。

風壓通風由于外界條件的不確定性，不如熱壓通風穩(wěn)定。但是室外風速較大的地區(qū)，在風壓作用下，接觸式（嵌入式）和線型式中庭通風效率高于熱壓通風,室內氣流速度也較大。

1.3 對室內濕度的影響

中庭對建筑濕度的影響主要表現(xiàn)在景觀處理方面，特別是水體的處理。水不僅帶給人們美好的視覺享受，更為人們調節(jié)生活環(huán)境。各種景觀植物亦對建筑的濕度穩(wěn)定性發(fā)揮著不可替代的作用。

中庭景觀水體更在室內環(huán)境的整體濕度方面發(fā)揮著巨大的作用：水的比熱大，升溫不易同時降溫也難。在中庭設置水體諸如水池、瀑布和噴泉等建筑小品，對室內環(huán)境有很大的調節(jié)作用：1）水分的蒸發(fā)能維持中庭內濕度的平衡，帶走熱量；2）水的熱容量較大，能儲存大量的熱量。在冬季，白天將吸收的太陽輻射熱儲存起來，晚上將熱量釋放出來以提高中庭的溫度；在夏季，水吸熱升溫和中庭的氣溫升高之間存在一個時間差。[7]

中庭中的植物能夠通過它們寬大的葉子散發(fā)水分，以調節(jié)室內的濕度的適宜性。同時，植物更為巨大的作用表現(xiàn)在對空氣的凈化上：它們一邊吸入有害物質的一邊呼出新鮮空氣，這使得室內空氣的含氧度維持穩(wěn)定。

總而言之，在不同類型及不同地區(qū)的建筑中，中庭可以具備不同的氣候調節(jié)特性，使建筑所在地的氣候影響與中庭的調節(jié)作用結合使用，為人們提供更好的建筑室內環(huán)境。

2 改進措施

中庭空間是建筑和周圍環(huán)境之間的過渡空間，在其中建立生態(tài)小氣候交換，即最少的采用機械手段將中庭小氣候調節(jié)到接近或滿足人體生理舒適感受的程度，不僅可以改善建筑的室內環(huán)境，還可以有效地保護環(huán)境、節(jié)約能耗，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

2.1 改進中庭的維護結構及材料

在中庭的構造及材料技術中，處理的重點一般為結構頂部，特別是玻璃的熱工效能。當前，經(jīng)過設計的中空玻璃已經(jīng)有令人滿意的保溫及隔熱效果。例如在哈爾濱夢幻樂園戲水大廳的玻璃屋頂上采用的構造中，內外兩層為透明玻璃，中間以鍍有金屬膜的PvB膜分割成雙中空層，經(jīng)測試，它的保溫效果甚至超過雙面抹灰的370磚墻，同時，金屬構件也采用了斷冷橋技術。為改善玻璃屋頂?shù)臒峁ば?，往往采用加設遮陽的方式，在遮陽處理中，還可以結合太陽能的利用，例如將真空玻璃管熱水器布置于屋面，既能遮陽，又能集熱。[8]

2.2 優(yōu)化植物水體

在建筑的中庭引入綠化、水體等自然要素可以為工作人員提供良好的交流、休息的環(huán)境，緩解工作的緊張壓力；此外還具有調節(jié)室內微氣候的功能。

水在靜態(tài)的時候寧靜、澄澈，倒映著室內的景物，使室內空間感覺進深加大；水在動態(tài)的時候活潑、靈秀，形態(tài)變化多端，并伴隨有響聲。疊水是中庭大型水景的常見形式，但在設計中要注意控制好水流落差的高度與水流量，避免疊水聲音過大成為噪音。

在選擇中庭觀賞植物時要注意具備較強的觀賞性：植物形態(tài)優(yōu)美或者奇特，整體觀賞效果好；葉型或葉色漂亮，能開出美麗鮮艷的花朵；或結出豐碩、美麗誘人的果實。室內觀賞植物最好無毒、無不良氣味、無花粉飛揚、無毛刺，以免對室內人員有不良的影響。同時，這些植物還要易于管理，病蟲害少。

2.3 優(yōu)化空間結構

建筑中庭一般體型巨大，建立清晰的內部空間一方面是建筑中庭作為過渡空間維持建筑秩序及正常運轉的必然要求；也是優(yōu)化中庭小氣候的必要條件。

中庭的空間結構有線型結構、放射型結構、網(wǎng)格型結構等幾種布置類型。在設計中我們要注意，建筑中庭所承擔的功能構成復雜，這也造成其中空間種類繁多，只用一種的空間布局模式遠遠不能滿足的使用要求，這就要求我們在設計中靈活處理，綜合運用。

在進行中庭空間結構的設計中：1）要注意整合周邊環(huán)境資源，回應環(huán)境提出的制約因素；2）要考慮有充足、靈活的空間實現(xiàn)各子系統(tǒng)的功能要求；3）注重空間質量的設計，獲得良好的采光、通風、景觀與交通，創(chuàng)造積極的氣氛等；4）體現(xiàn)生態(tài)化設計主旨，注意生態(tài)環(huán)境與人工構筑要素的完美結合。

2.4 先進設備的應用

在科學技術發(fā)達的今天，中庭的設計不僅是建筑層面的設計，還有很多是技術層面上的問題。利用各種先進的設備，特別是現(xiàn)代的數(shù)字化設計平臺，不僅催生了世界范圍的設計觀念的變革，更為建筑中各種各樣問題特別是物理的解決提供了便以方法：

1）在中庭的采光技術中，現(xiàn)實比較流行的是利用反射原理制作的日光追蹤反射器或是棱鏡系統(tǒng)將更多的光線反射至中庭內部以增加建筑內部的光照；

2）在中庭的通風技術中，我們可以利用大型的空調設備進行進風、排風，一則作為自然通風的補充，不斷的為建筑輸送新鮮的空氣，其二也可以當做火災時的應急排風口；

3）中庭的熱工效果主要與中庭的結構與材料有關，在前文中已經(jīng)討論。

3 結語

當前建筑中庭的能耗仍然能較大，但這也意味著巨大的節(jié)能潛力。高科技的設備在為我們提供舒適的生活、工作、休閑室內環(huán)境的同時也在消耗著驚人的資源，同時排放難以計數(shù)的污染物。這顯然與當今建設節(jié)能型社會的目標不合拍，也是對自然、后代的不負責任。因此，作為建筑師我們要努力地提高設計水平，將自然的理念融入建筑中，充分利用中庭空間建設小氣候，爭取建筑、環(huán)境雙贏。

［1］王彥.對中庭的空間與環(huán)境的思考[J].山西建筑，2009，08.

［2］覃琳.建筑“中庭”空間節(jié)能模式初探設計研究[J].

［3］蔡余萍,黃曉燕.建筑中庭的生態(tài)設計策略探討[J].山西建筑，2009，02.

［4］王霜.建筑中庭空間景觀處理手法探討[J].中國新技術新產品，2009，16.

［5］唐林.淺談現(xiàn)代公共建筑的中庭[J].華中建筑，1991，04.

［6］張京奉.公共建筑高大中庭供暖頂部過熱底部過冷對策 [J].煤氣與熱力，2008，08.

［7］蘇巖芃.辦公樓中庭節(jié)能技術設計探討[J].建筑節(jié)能，2009，08.

［8］蔡余萍,黃曉燕.建筑中庭的夏季防熱[J].科技信息，2009，15.