盧海清

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，各地建設(shè)了大量的高層住宅小區(qū)。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(nèi)風(fēng)環(huán)境的舒適性差異較大。下文結(jié)合南方某市的氣候特點(diǎn)，對(duì)高層住宅的天井和走廊的形式進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)可以利用住宅的天井和走廊的布置，創(chuàng)造良好的通風(fēng)環(huán)境。這既可以有效降低建筑的能耗，又可以給室內(nèi)營(yíng)造舒適的居住環(huán)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(yīng)用是因?yàn)橄朗枭⒌目紤]。高層住宅快速建設(shè)的同時(shí)，火災(zāi)事故也經(jīng)常發(fā)生，于是消防部門便建議設(shè)置一條有疏散功能的走廊。在建筑高度54 m 以上的住宅常?？梢钥吹竭@樣的走廊，這種走廊為避免遮擋南側(cè)的采光，常被設(shè)在北部，走廊兩側(cè)設(shè)置欄桿保護(hù)，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(zhǎng)度應(yīng)在滿足疏散距離的要求上，按照建筑設(shè)計(jì)的情況進(jìn)行靈活調(diào)整。如此，走廊和建筑主體之間就會(huì)形成一個(gè)內(nèi)側(cè)天井，同時(shí)，在走廊外側(cè)和建筑主體之間也會(huì)形成一個(gè)外側(cè)天井，走廊和內(nèi)外側(cè)天井則統(tǒng)稱為天井和走廊空間。定義走廊和天井的長(zhǎng)寬比系數(shù)為α，系數(shù)α 可以更加直觀地表示天井和走廊空間的開(kāi)敞比例，系數(shù)α 數(shù)值越小，就說(shuō)明這個(gè)天井和走廊空間越狹窄封閉；系數(shù)α 數(shù)值越大，就說(shuō)明這個(gè)天井和走廊空間越寬敞開(kāi)放。α=β÷?，其中β 指走廊的長(zhǎng)度，?指走廊和天井的寬度。

2 住宅室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的相關(guān)指標(biāo)規(guī)定

住宅室內(nèi)的風(fēng)環(huán)境需要結(jié)合相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行衡量，其中比較重要的一項(xiàng)是空氣流動(dòng)速度，空氣流動(dòng)起來(lái)就會(huì)把室內(nèi)的廢氣和熱量排出室外，同時(shí)引進(jìn)室外新鮮的空氣[4]。經(jīng)研究表明，人們對(duì)于空氣流動(dòng)速度的感受取決于溫度。南方某市夏季時(shí)，室內(nèi)空氣流動(dòng)速度小于0.25～1.0 m/s 時(shí)，人們會(huì)覺(jué)得悶熱難耐不舒適；室內(nèi)空氣流動(dòng)速度為1.0～2.0 m/s 時(shí)，人們會(huì)覺(jué)得很舒適清爽；室內(nèi)空氣流動(dòng)速度大于2.0 m/s時(shí)，風(fēng)速太大，人們會(huì)普遍覺(jué)得不舒適。冬天的時(shí)候空氣流動(dòng)速度對(duì)人們的影響和夏天截然不同。室內(nèi)空氣流動(dòng)速度小于0.25～1.0 m/s 時(shí)，給人們感覺(jué)很舒適；室內(nèi)空氣流動(dòng)速度大于1.0 m/s 時(shí)，室外的空氣可以直接降低室內(nèi)溫度，帶給人們寒冷的非常不舒適的感覺(jué)。

3 CFD 軟件分析

3.1 軟件分析平面戶型選擇

通過(guò)CFD 的軟件分析，可以得出天井走廊空間和室內(nèi)空氣流動(dòng)速度的關(guān)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(xiàng)目對(duì)住宅核心筒的布置方式進(jìn)行調(diào)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(shù)

3.2.1 軟件分析方法

CFD 軟件的參數(shù)分析的精確度和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)已經(jīng)被眾多研究專家廣泛驗(yàn)證，下文將通過(guò)CFD 軟件進(jìn)行參數(shù)分析。第一步，需要建造一個(gè)室內(nèi)空氣環(huán)境的模擬空間，給定壓力數(shù)值從而導(dǎo)出一個(gè)室內(nèi)空氣流動(dòng)風(fēng)速云圖，通過(guò)持續(xù)加大空氣壓力差值來(lái)記錄室內(nèi)的空氣流動(dòng)速度。第二步，以南方某市某小區(qū)的總體建筑空間布局為基本模型，已知小區(qū)的夏季和冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)和西北風(fēng)，采用三種模式計(jì)算空氣流動(dòng)速度，最終計(jì)算出研究樓棟不同樓層的空氣壓強(qiáng)。第三步，把第二步計(jì)算得出的空氣壓強(qiáng)和第一步得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，就可以得到住宅室內(nèi)的空氣流動(dòng)速度特點(diǎn)[5]。第四步，經(jīng)過(guò)以上的分析對(duì)比，可以在設(shè)計(jì)階段選擇使得室內(nèi)居住最為舒適的天井走廊空間形態(tài)。

3.2.2 軟件分析參數(shù)

（1）住宅室外空氣流動(dòng)速度的參數(shù)設(shè)定主要根據(jù)小區(qū)的占地大小、小區(qū)周邊建筑群的高度、空氣流動(dòng)速度網(wǎng)格的模數(shù)、計(jì)算的邊界設(shè)定、分析模型的變換數(shù)量等[6]。在CFD 軟件中，對(duì)空氣流動(dòng)區(qū)域的設(shè)置完全按照國(guó)家規(guī)范《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的具體細(xì)則設(shè)定，將空氣流動(dòng)區(qū)域定義為建筑群密度較大且建筑高度較高的城市街區(qū)。

（2）空氣流動(dòng)的參數(shù)按照《設(shè)計(jì)用室外氣象參數(shù)》中關(guān)于南方地區(qū)的相關(guān)數(shù)值設(shè)定。

3.3 軟件分析

3.3.1 軟件分析室內(nèi)空氣流動(dòng)速度

在CFD 軟件的協(xié)助分析下，本研究進(jìn)行住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在夏天的時(shí)候，其主導(dǎo)風(fēng)為東南風(fēng)，住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度為0.25 m/s 時(shí)，室內(nèi)的空氣壓強(qiáng)為6.0 Pa；住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度為1.5 m/s 時(shí)，室內(nèi)的空氣壓強(qiáng)為22.0 Pa。在冬天的時(shí)候，其主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度為0.25 m/s 時(shí)，室內(nèi)的空氣壓強(qiáng)為4.5 Pa；住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度為1.5 m/s 時(shí)，室內(nèi)的空氣壓強(qiáng)為15.5 Pa。

3.3.2 軟件分析室外空氣流動(dòng)速度

以南方某市某小區(qū)作為分析研究的對(duì)象，把3 個(gè)模型分別放入CFD 設(shè)定的室外環(huán)境中進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果顯示出夏季和冬季的時(shí)候分別對(duì)應(yīng)建筑外表面的壓強(qiáng)彩圖。通過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)出不同模式的條件下，夏季東南主導(dǎo)風(fēng)的時(shí)候其空氣壓強(qiáng)差值小于6.0 Pa、大于25.0 Pa 的單元數(shù)量以及冬季西北主導(dǎo)風(fēng)的時(shí)候其空氣壓強(qiáng)差值小于5.0 Pa、大于15.5 Pa 的單元數(shù)。

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

圖2 單元戶數(shù)比例

3.4 CFD 軟件分析結(jié)果

根據(jù)以上利用CFD 軟件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)3種天井和走廊空間的空氣流動(dòng)速度進(jìn)行分析，可以總結(jié)出以下要點(diǎn)。模式一，在夏天的時(shí)候9 層往下和在冬季的時(shí)候7 層往下的住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度經(jīng)常小于0.25 m/s。模式二，在夏天的時(shí)候25 層往上的住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度經(jīng)常大于1.5 m/s，在冬季的時(shí)候11 層往下的住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度經(jīng)常大于1.0 m/s。模式三，在夏天的時(shí)候21 層往上的住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度經(jīng)常大于1.5 m/s，人們會(huì)感到不舒適，在冬季的時(shí)候6 層往上的住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度經(jīng)常大于1.0 m/s，樓層越高空氣流動(dòng)速度越快，顯然模式三的空氣流動(dòng)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(zhǎng)寬比系數(shù)α 越大，則住宅南北空氣壓強(qiáng)差值越大，室內(nèi)外空氣流動(dòng)速度越快。但是，走廊和天井的長(zhǎng)寬比系數(shù)α 增大到一定數(shù)值后，住宅室內(nèi)外空氣流動(dòng)速度過(guò)快的單元數(shù)量就會(huì)更多。

4 走廊和天井空間形態(tài)選擇

上文采用CFD 的軟件進(jìn)行試驗(yàn)，分析走廊和天井的空間形態(tài)對(duì)空氣流動(dòng)速度的影響，二者的相互關(guān)系可以這樣理解：天井和走廊的長(zhǎng)寬比系數(shù)α 影響著住宅南北兩側(cè)的空氣壓力差值，進(jìn)而影響住宅室內(nèi)空氣流動(dòng)速度。在對(duì)住宅小區(qū)的室外空氣流動(dòng)速度的模型分析中得到建筑外表面的空氣壓強(qiáng)彩圖，如圖3所示。

圖3 空氣壓強(qiáng)彩圖

研究得出，住宅小區(qū)的眾多樓棟中，第一排迎風(fēng)面的室外空氣壓強(qiáng)是最大的，越往小區(qū)內(nèi)部，空氣壓強(qiáng)逐漸變小。由于南方某市的夏季主導(dǎo)風(fēng)為東南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)為西北風(fēng)，北側(cè)的一排和南側(cè)的一排分別在冬季和夏季很容易形成較大的空氣壓強(qiáng)差。在設(shè)計(jì)階段，要先查找資料，嚴(yán)格按照規(guī)劃條件進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，再明確是設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)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(cè)一排建筑在夏天形成較大的空氣壓強(qiáng)差，可以采用走廊和天井空間形態(tài)的長(zhǎng)寬比系數(shù)較小的數(shù)值，例如，α取值在0.6～1.2 之間。北側(cè)一排的建筑在冬天容易形成較大空氣壓強(qiáng)差，可以采用系數(shù)α 在0.5～0.8 之間的平面，這樣既可以降低南北外側(cè)的空氣壓強(qiáng)差，又可以解決頂部樓層空氣流動(dòng)速度過(guò)快的難題。在住宅小區(qū)局部較為密集的位置，可以采用的長(zhǎng)寬比系數(shù)α 大于1.3 的走廊和天井空間形態(tài)，這樣可以更有效地達(dá)到通風(fēng)的目的。

（2）高低搭配住宅：較為常見(jiàn)的是高低層住宅搭配方式?？紤]到日照等原因，高層的樓棟布置在北側(cè)以及東西兩側(cè)，低層住宅往往會(huì)布置在住宅小區(qū)的南側(cè)。如果低層住宅的北側(cè)剛好是高層住宅樓棟，那么應(yīng)選擇長(zhǎng)寬比系數(shù)α 為1.0 的平面。如果有兩排以上的高層，應(yīng)該選擇系數(shù)α 為1.2～1.5 的平面。住宅小區(qū)樓棟都布置好后，要查找出當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，將其輸入CFD 軟件中進(jìn)行分析計(jì)算，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整優(yōu)化，最終得出住宅小區(qū)的最優(yōu)布置方案。

5 結(jié)語(yǔ)

在天井和走廊的空間形態(tài)的選擇中，當(dāng)住宅樓棟空氣流動(dòng)速度較大為不利因素時(shí)，應(yīng)采用長(zhǎng)寬比系數(shù)小的天井和走廊空間，增加擋風(fēng)；當(dāng)空氣流動(dòng)速度較小為不利因素時(shí)，應(yīng)采用長(zhǎng)寬比系數(shù)大的天井和走廊空間，促進(jìn)通風(fēng)；當(dāng)住宅樓棟空氣流動(dòng)速度影響不大時(shí)，應(yīng)采用長(zhǎng)寬比系數(shù)中等的天井和走廊空間。本文以南方某市某小區(qū)為研究分析對(duì)象，分析論證并總結(jié)住宅天井和走廊空間形態(tài)設(shè)計(jì)的原理和方法，從而得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。