住宅天井和走廊空间形态研究

卢海清

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

随着我国社会的快速发展，各地建设了大量的高层住宅小区。高层住宅由于受到建筑高度、建筑密度、建筑排列组合形式和建筑朝向等不同因素影响[1]，住宅的室内风环境的舒适性差异较大。下文结合南方某市的气候特点，对高层住宅的天井和走廊的形式进行模拟分析，发现可以利用住宅的天井和走廊的布置，创造良好的通风环境。这既可以有效降低建筑的能耗，又可以给室内营造舒适的居住环境，改善人们的健康状况[2]。

1 天井和走廊空间

天井和走廊的布置得到广泛应用是因为消防疏散的考虑。高层住宅快速建设的同时，火灾事故也经常发生，于是消防部门便建议设置一条有疏散功能的走廊。在建筑高度54 m 以上的住宅常常可以看到这样的走廊，这种走廊为避免遮挡南侧的采光，常被设在北部，走廊两侧设置栏杆保护，走廊和主楼的距离不小于2.2 m，净宽不小于1.2 m[3]，走廊的长度应在满足疏散距离的要求上，按照建筑设计的情况进行灵活调整。如此，走廊和建筑主体之间就会形成一个内侧天井，同时，在走廊外侧和建筑主体之间也会形成一个外侧天井，走廊和内外侧天井则统称为天井和走廊空间。定义走廊和天井的长宽比系数为α，系数α 可以更加直观地表示天井和走廊空间的开敞比例，系数α 数值越小，就说明这个天井和走廊空间越狭窄封闭；系数α 数值越大，就说明这个天井和走廊空间越宽敞开放。α=β÷ϕ，其中β 指走廊的长度，ϕ指走廊和天井的宽度。

2 住宅室内风环境的相关指标规定

住宅室内的风环境需要结合相关的指标参数进行衡量，其中比较重要的一项是空气流动速度，空气流动起来就会把室内的废气和热量排出室外，同时引进室外新鲜的空气[4]。经研究表明，人们对于空气流动速度的感受取决于温度。南方某市夏季时，室内空气流动速度小于0.25～1.0 m/s 时，人们会觉得闷热难耐不舒适；室内空气流动速度为1.0～2.0 m/s 时，人们会觉得很舒适清爽；室内空气流动速度大于2.0 m/s时，风速太大，人们会普遍觉得不舒适。冬天的时候空气流动速度对人们的影响和夏天截然不同。室内空气流动速度小于0.25～1.0 m/s 时，给人们感觉很舒适；室内空气流动速度大于1.0 m/s 时，室外的空气可以直接降低室内温度，带给人们寒冷的非常不舒适的感觉。

3 CFD 软件分析

3.1 软件分析平面户型选择

通过CFD 的软件分析，可以得出天井走廊空间和室内空气流动速度的关系。软件分析平面户型选择的是南方某市一栋住宅平面模型（图1），在住宅户型保持不变化的前提下，本研究项目对住宅核心筒的布置方式进行调整，形成模式一和模式三的布局，这样更加方便研究。

图1 住宅平面模型

3.2 软件分析方法和参数

3.2.1 软件分析方法

CFD 软件的参数分析的精确度和风洞实验已经被众多研究专家广泛验证，下文将通过CFD 软件进行参数分析。第一步，需要建造一个室内空气环境的模拟空间，给定压力数值从而导出一个室内空气流动风速云图，通过持续加大空气压力差值来记录室内的空气流动速度。第二步，以南方某市某小区的总体建筑空间布局为基本模型，已知小区的夏季和冬季主导风向为东南风和西北风，采用三种模式计算空气流动速度，最终计算出研究楼栋不同楼层的空气压强。第三步，把第二步计算得出的空气压强和第一步得出的数据进行分析对比，就可以得到住宅室内的空气流动速度特点[5]。第四步，经过以上的分析对比，可以在设计阶段选择使得室内居住最为舒适的天井走廊空间形态。

3.2.2 软件分析参数

（1）住宅室外空气流动速度的参数设定主要根据小区的占地大小、小区周边建筑群的高度、空气流动速度网格的模数、计算的边界设定、分析模型的变换数量等[6]。在CFD 软件中，对空气流动区域的设置完全按照国家规范《绿色建筑评价标准》的具体细则设定，将空气流动区域定义为建筑群密度较大且建筑高度较高的城市街区。

（2）空气流动的参数按照《设计用室外气象参数》中关于南方地区的相关数值设定。

3.3 软件分析

3.3.1 软件分析室内空气流动速度

在CFD 软件的协助分析下，本研究进行住宅室内空气流动速度试验。试验数据显示在夏天的时候，其主导风为东南风，住宅室内空气流动速度为0.25 m/s 时，室内的空气压强为6.0 Pa；住宅室内空气流动速度为1.5 m/s 时，室内的空气压强为22.0 Pa。在冬天的时候，其主导风向为西北风，住宅室内空气流动速度为0.25 m/s 时，室内的空气压强为4.5 Pa；住宅室内空气流动速度为1.5 m/s 时，室内的空气压强为15.5 Pa。

3.3.2 软件分析室外空气流动速度

以南方某市某小区作为分析研究的对象，把3 个模型分别放入CFD 设定的室外环境中进行分析，计算结果显示出夏季和冬季的时候分别对应建筑外表面的压强彩图。通过计算统计出不同模式的条件下，夏季东南主导风的时候其空气压强差值小于6.0 Pa、大于25.0 Pa 的单元数量以及冬季西北主导风的时候其空气压强差值小于5.0 Pa、大于15.5 Pa 的单元数。

最后绘制成单元户数比例图（图2）。从统计结果可以得出；模式一中，在夏天有30%左右的单元室内空气流动速度小于0.25 m/s，冬天有10%的单元室内空气流动速度大于1.0 m/s；模式三中，在夏天较少的单元室内空气流动速度小于0.25 m/s，冬天有60%的单元室内空气流动速度大于1.0 m/s；模式二却和前两者不同，统计结果在模式一和模式三中间，比较平均。

图2 单元户数比例

3.4 CFD 软件分析结果

根据以上利用CFD 软件进行的实验，通过对3种天井和走廊空间的空气流动速度进行分析，可以总结出以下要点。模式一，在夏天的时候9 层往下和在冬季的时候7 层往下的住宅室内空气流动速度经常小于0.25 m/s。模式二，在夏天的时候25 层往上的住宅室内空气流动速度经常大于1.5 m/s，在冬季的时候11 层往下的住宅室内空气流动速度经常大于1.0 m/s。模式三，在夏天的时候21 层往上的住宅室内空气流动速度经常大于1.5 m/s，人们会感到不舒适，在冬季的时候6 层往上的住宅室内空气流动速度经常大于1.0 m/s，楼层越高空气流动速度越快，显然模式三的空气流动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况下，走廊和天井的长宽比系数α 越大，则住宅南北空气压强差值越大，室内外空气流动速度越快。但是，走廊和天井的长宽比系数α 增大到一定数值后，住宅室内外空气流动速度过快的单元数量就会更多。

4 走廊和天井空间形态选择

上文采用CFD 的软件进行试验，分析走廊和天井的空间形态对空气流动速度的影响，二者的相互关系可以这样理解：天井和走廊的长宽比系数α 影响着住宅南北两侧的空气压力差值，进而影响住宅室内空气流动速度。在对住宅小区的室外空气流动速度的模型分析中得到建筑外表面的空气压强彩图，如图3所示。

图3 空气压强彩图

研究得出，住宅小区的众多楼栋中，第一排迎风面的室外空气压强是最大的，越往小区内部，空气压强逐渐变小。由于南方某市的夏季主导风为东南风，冬季主导风为西北风，北侧的一排和南侧的一排分别在冬季和夏季很容易形成较大的空气压强差。在设计阶段，要先查找资料，严格按照规划条件进行方案设计，再明确是设计为全部高层住宅还是高低搭配住宅方式。

（1）全部高层住宅：设计规划时可以考虑将用地周边划分为绿地或者低矮的建筑群，由于南侧一排建筑在夏天形成较大的空气压强差，可以采用走廊和天井空间形态的长宽比系数较小的数值，例如，α取值在0.6～1.2 之间。北侧一排的建筑在冬天容易形成较大空气压强差，可以采用系数α 在0.5～0.8 之间的平面，这样既可以降低南北外侧的空气压强差，又可以解决顶部楼层空气流动速度过快的难题。在住宅小区局部较为密集的位置，可以采用的长宽比系数α 大于1.3 的走廊和天井空间形态，这样可以更有效地达到通风的目的。

（2）高低搭配住宅：较为常见的是高低层住宅搭配方式。考虑到日照等原因，高层的楼栋布置在北侧以及东西两侧，低层住宅往往会布置在住宅小区的南侧。如果低层住宅的北侧刚好是高层住宅楼栋，那么应选择长宽比系数α 为1.0 的平面。如果有两排以上的高层，应该选择系数α 为1.2～1.5 的平面。住宅小区楼栋都布置好后，要查找出当地的气象数据，将其输入CFD 软件中进行分析计算，经过多次调整优化，最终得出住宅小区的最优布置方案。

5 结语

在天井和走廊的空间形态的选择中，当住宅楼栋空气流动速度较大为不利因素时，应采用长宽比系数小的天井和走廊空间，增加挡风；当空气流动速度较小为不利因素时，应采用长宽比系数大的天井和走廊空间，促进通风；当住宅楼栋空气流动速度影响不大时，应采用长宽比系数中等的天井和走廊空间。本文以南方某市某小区为研究分析对象，分析论证并总结住宅天井和走廊空间形态设计的原理和方法，从而得出最优的设计方案。