住宅天井和走廊空間形態研究

盧海清

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

隨著我國社會的快速發展，各地建設了大量的高層住宅小區。高層住宅由于受到建筑高度、建筑密度、建筑排列組合形式和建筑朝向等不同因素影響[1]，住宅的室內風環境的舒適性差異較大。下文結合南方某市的氣候特點，對高層住宅的天井和走廊的形式進行模擬分析，發現可以利用住宅的天井和走廊的布置，創造良好的通風環境。這既可以有效降低建筑的能耗，又可以給室內營造舒適的居住環境，改善人們的健康狀況[2]。

1 天井和走廊空間

天井和走廊的布置得到廣泛應用是因為消防疏散的考慮。高層住宅快速建設的同時，火災事故也經常發生，于是消防部門便建議設置一條有疏散功能的走廊。在建筑高度54 m 以上的住宅常常可以看到這樣的走廊，這種走廊為避免遮擋南側的采光，常被設在北部，走廊兩側設置欄桿保護，走廊和主樓的距離不小于2.2 m，凈寬不小于1.2 m[3]，走廊的長度應在滿足疏散距離的要求上，按照建筑設計的情況進行靈活調整。如此，走廊和建筑主體之間就會形成一個內側天井，同時，在走廊外側和建筑主體之間也會形成一個外側天井，走廊和內外側天井則統稱為天井和走廊空間。定義走廊和天井的長寬比系數為α，系數α 可以更加直觀地表示天井和走廊空間的開敞比例，系數α 數值越小，就說明這個天井和走廊空間越狹窄封閉；系數α 數值越大，就說明這個天井和走廊空間越寬敞開放。α=β÷?，其中β 指走廊的長度，?指走廊和天井的寬度。

2 住宅室內風環境的相關指標規定

住宅室內的風環境需要結合相關的指標參數進行衡量，其中比較重要的一項是空氣流動速度，空氣流動起來就會把室內的廢氣和熱量排出室外，同時引進室外新鮮的空氣[4]。經研究表明，人們對于空氣流動速度的感受取決于溫度。南方某市夏季時，室內空氣流動速度小于0.25～1.0 m/s 時，人們會覺得悶熱難耐不舒適；室內空氣流動速度為1.0～2.0 m/s 時，人們會覺得很舒適清爽；室內空氣流動速度大于2.0 m/s時，風速太大，人們會普遍覺得不舒適。冬天的時候空氣流動速度對人們的影響和夏天截然不同。室內空氣流動速度小于0.25～1.0 m/s 時，給人們感覺很舒適；室內空氣流動速度大于1.0 m/s 時，室外的空氣可以直接降低室內溫度，帶給人們寒冷的非常不舒適的感覺。

3 CFD 軟件分析

3.1 軟件分析平面戶型選擇

通過CFD 的軟件分析，可以得出天井走廊空間和室內空氣流動速度的關系。軟件分析平面戶型選擇的是南方某市一棟住宅平面模型（圖1），在住宅戶型保持不變化的前提下，本研究項目對住宅核心筒的布置方式進行調整，形成模式一和模式三的布局，這樣更加方便研究。

圖1 住宅平面模型

3.2 軟件分析方法和參數

3.2.1 軟件分析方法

CFD 軟件的參數分析的精確度和風洞實驗已經被眾多研究專家廣泛驗證，下文將通過CFD 軟件進行參數分析。第一步，需要建造一個室內空氣環境的模擬空間，給定壓力數值從而導出一個室內空氣流動風速云圖，通過持續加大空氣壓力差值來記錄室內的空氣流動速度。第二步，以南方某市某小區的總體建筑空間布局為基本模型，已知小區的夏季和冬季主導風向為東南風和西北風，采用三種模式計算空氣流動速度，最終計算出研究樓棟不同樓層的空氣壓強。第三步，把第二步計算得出的空氣壓強和第一步得出的數據進行分析對比，就可以得到住宅室內的空氣流動速度特點[5]。第四步，經過以上的分析對比，可以在設計階段選擇使得室內居住最為舒適的天井走廊空間形態。

3.2.2 軟件分析參數

（1）住宅室外空氣流動速度的參數設定主要根據小區的占地大小、小區周邊建筑群的高度、空氣流動速度網格的模數、計算的邊界設定、分析模型的變換數量等[6]。在CFD 軟件中，對空氣流動區域的設置完全按照國家規范《綠色建筑評價標準》的具體細則設定，將空氣流動區域定義為建筑群密度較大且建筑高度較高的城市街區。

（2）空氣流動的參數按照《設計用室外氣象參數》中關于南方地區的相關數值設定。

3.3 軟件分析

3.3.1 軟件分析室內空氣流動速度

在CFD 軟件的協助分析下，本研究進行住宅室內空氣流動速度試驗。試驗數據顯示在夏天的時候，其主導風為東南風，住宅室內空氣流動速度為0.25 m/s 時，室內的空氣壓強為6.0 Pa；住宅室內空氣流動速度為1.5 m/s 時，室內的空氣壓強為22.0 Pa。在冬天的時候，其主導風向為西北風，住宅室內空氣流動速度為0.25 m/s 時，室內的空氣壓強為4.5 Pa；住宅室內空氣流動速度為1.5 m/s 時，室內的空氣壓強為15.5 Pa。

3.3.2 軟件分析室外空氣流動速度

以南方某市某小區作為分析研究的對象，把3 個模型分別放入CFD 設定的室外環境中進行分析，計算結果顯示出夏季和冬季的時候分別對應建筑外表面的壓強彩圖。通過計算統計出不同模式的條件下，夏季東南主導風的時候其空氣壓強差值小于6.0 Pa、大于25.0 Pa 的單元數量以及冬季西北主導風的時候其空氣壓強差值小于5.0 Pa、大于15.5 Pa 的單元數。

最后繪制成單元戶數比例圖（圖2）。從統計結果可以得出；模式一中，在夏天有30%左右的單元室內空氣流動速度小于0.25 m/s，冬天有10%的單元室內空氣流動速度大于1.0 m/s；模式三中，在夏天較少的單元室內空氣流動速度小于0.25 m/s，冬天有60%的單元室內空氣流動速度大于1.0 m/s；模式二卻和前兩者不同，統計結果在模式一和模式三中間，比較平均。

圖2 單元戶數比例

3.4 CFD 軟件分析結果

根據以上利用CFD 軟件進行的實驗，通過對3種天井和走廊空間的空氣流動速度進行分析，可以總結出以下要點。模式一，在夏天的時候9 層往下和在冬季的時候7 層往下的住宅室內空氣流動速度經常小于0.25 m/s。模式二，在夏天的時候25 層往上的住宅室內空氣流動速度經常大于1.5 m/s，在冬季的時候11 層往下的住宅室內空氣流動速度經常大于1.0 m/s。模式三，在夏天的時候21 層往上的住宅室內空氣流動速度經常大于1.5 m/s，人們會感到不舒適，在冬季的時候6 層往上的住宅室內空氣流動速度經常大于1.0 m/s，樓層越高空氣流動速度越快，顯然模式三的空氣流動性能要比模式一和模式二好。所以，在住宅建筑平面和建筑高度相同的情況下，走廊和天井的長寬比系數α 越大，則住宅南北空氣壓強差值越大，室內外空氣流動速度越快。但是，走廊和天井的長寬比系數α 增大到一定數值后，住宅室內外空氣流動速度過快的單元數量就會更多。

4 走廊和天井空間形態選擇

上文采用CFD 的軟件進行試驗，分析走廊和天井的空間形態對空氣流動速度的影響，二者的相互關系可以這樣理解：天井和走廊的長寬比系數α 影響著住宅南北兩側的空氣壓力差值，進而影響住宅室內空氣流動速度。在對住宅小區的室外空氣流動速度的模型分析中得到建筑外表面的空氣壓強彩圖，如圖3所示。

圖3 空氣壓強彩圖

研究得出，住宅小區的眾多樓棟中，第一排迎風面的室外空氣壓強是最大的，越往小區內部，空氣壓強逐漸變小。由于南方某市的夏季主導風為東南風，冬季主導風為西北風，北側的一排和南側的一排分別在冬季和夏季很容易形成較大的空氣壓強差。在設計階段，要先查找資料，嚴格按照規劃條件進行方案設計，再明確是設計為全部高層住宅還是高低搭配住宅方式。

（1）全部高層住宅：設計規劃時可以考慮將用地周邊劃分為綠地或者低矮的建筑群，由于南側一排建筑在夏天形成較大的空氣壓強差，可以采用走廊和天井空間形態的長寬比系數較小的數值，例如，α取值在0.6～1.2 之間。北側一排的建筑在冬天容易形成較大空氣壓強差，可以采用系數α 在0.5～0.8 之間的平面，這樣既可以降低南北外側的空氣壓強差，又可以解決頂部樓層空氣流動速度過快的難題。在住宅小區局部較為密集的位置，可以采用的長寬比系數α 大于1.3 的走廊和天井空間形態，這樣可以更有效地達到通風的目的。

（2）高低搭配住宅：較為常見的是高低層住宅搭配方式。考慮到日照等原因，高層的樓棟布置在北側以及東西兩側，低層住宅往往會布置在住宅小區的南側。如果低層住宅的北側剛好是高層住宅樓棟，那么應選擇長寬比系數α 為1.0 的平面。如果有兩排以上的高層，應該選擇系數α 為1.2～1.5 的平面。住宅小區樓棟都布置好后，要查找出當地的氣象數據，將其輸入CFD 軟件中進行分析計算，經過多次調整優化，最終得出住宅小區的最優布置方案。

5 結語

在天井和走廊的空間形態的選擇中，當住宅樓棟空氣流動速度較大為不利因素時，應采用長寬比系數小的天井和走廊空間，增加擋風；當空氣流動速度較小為不利因素時，應采用長寬比系數大的天井和走廊空間，促進通風；當住宅樓棟空氣流動速度影響不大時，應采用長寬比系數中等的天井和走廊空間。本文以南方某市某小區為研究分析對象，分析論證并總結住宅天井和走廊空間形態設計的原理和方法，從而得出最優的設計方案。