基于自然風利用的建筑室內空間設計策略初探

楊慧娟

(華僑大學建筑設計院 福建泉州 362000)

引 言

建筑的發展一方面要求建筑本身具有更完備的性能，以抵御惡劣的自然環境，為人類提供更加穩定恒常的建筑空間，促進人類的社會交往和繁衍發展;另一方面，人類自然屬性的本性需求，又要求建筑能夠向自然開放，增強人類與自然的聯系，促進人類與自然的溝通，使我們的身心得到放松，從而激發出更多的求知欲和好奇心。利用自然現象的風、光、水設計的建筑空間符合人類在建筑中也能無時無刻地保持與自然溝通的需求，能夠營造出更和諧、更自然、耗材更少、可持續的建筑空間，具有重要的探索意義。本文擬通過研究自然規律、人和自然的關系，就自然風利用這一方面作出初步的探索和總結。

1 自然通風

自然風在氣候舒適的季節可以給室內帶來吹風感，可以帶走室內污濁的空氣，有利于人體的健康和身心放松。在氣候濕熱的季節，利用自然通風可以實現室內的除濕和散熱，提高室內氣候環境的舒適度。在氣候溫和地區，通過自然通風設計，完全可以替代人類對空調系統的依賴;在氣候惡劣地區，通過自然通風設計，可以減少空調系統的使用時間，減少能耗，同時可以避免空調系統排出物對大氣的污染。

1.1 自然通風的原理

自然通風的原理是利用室外風力造成的風壓和室內外溫度差造成的熱壓來驅動空氣流動，達到自然通風的目的。

當風吹向建筑時，在建筑的迎風面和背風面之間形成壓力差，利用兩者的壓力差，可以實現空氣的對流，即風壓通風。因此，如果在建筑表面設置合理的進風口和出風口，可以形成氣流通暢的風道。同時，在同一流線，流體的速度增大時，其壓力越小。前述風道中因為風的快速流動，風道較兩側的房間產生負壓力，對兩側的房間產生拔風作用，實現建筑內部的空氣對流，可以用來解決大尺度建筑的室內通風問題。

空氣溫度的差異導致空氣密度產生差異，引起高溫空氣向上流動，低溫空氣向下流動，利用空氣的熱壓差來進行自然通風即熱壓通風。因此，通常在建筑上部設排風口，將室內污濁的熱空氣從上部排出，而在建筑底部設進風口，吸入室外新鮮的冷空氣。熱壓作用的效果與進、出風口的高差和室內外的溫差有關，室內外溫差和進、出風口的高差越大，則熱壓作用越好。實際設計中，往往采用一些利用太陽能熱作用的措施來增強熱壓的作用。

1.2 自然通風的實踐

1.2.1 管式住宅

管式住宅(圖1)是印度著名建筑師柯里亞在滿足高密度開發建設條件下，結合當地氣候特點，創造的多層貫通流動空間，解決了大進深建筑的自然通風。管式住宅是一種狹長型平面的住宅模式，寬3.6m進深18.2m，側墻封閉，前后有開口，內部空間是前后貫通的腔體，如同整個建筑是一個大通風弄。當前方來風時，室內貫通度極高的空間產生的阻抗很小，能有效加強自然通風。并且其內部多有躍層出現，因高差產生熱壓通風的拔風效應加速室內空氣流動，可以起到一定的降低室溫的作用。

在后來的發展過程中，柯里亞將其引入了點式高層住宅中，既印度孟買的干城章嘉公寓(圖2)。建筑內部空間同樣是前后貫通的腔體，通過錯層的方式產生拔風效應，以此加強自然通風帶走室內潮濕高溫的空氣，在節約能源的前提下提高了居住的的舒適性。

圖1 管式住宅

圖2 干城章嘉公寓

1.2.2 單層高大空間

體育館和大禮堂等單層高大空間建筑往往在屋脊處開設天窗，使下層濕熱的氣體在熱壓作用下從屋脊天窗處排出;低處設進風口補充新鮮干燥的空氣。如中國農業大學體育館，其結構形式是門式鋼架結構，形成高度錯落的條形屋頂，之間以豎向可開啟高側窗相連。在通風季，高側窗打開后館內的空氣和館外的空氣形成自然的對流，使在熱壓作用下聚集在屋頂下方的熱空氣被驅散一空。通過自然通風使得體育館內的溫度和館外的溫度基本一致。斯特拉特福德車站(圖3)屋頂是一個弧形的南高北低的雙層大屋頂。新鮮空氣從建筑南面下部和北面的地下通道被引入。污濁的熱空氣則從南面的高側窗排出，或者通過北面被太陽加熱的雙層屋面的空腔而后從南部最高處的縫隙中排出。

圖3 斯特拉特福德車站

1.2.3 中庭空間

中庭空間通常是指建筑內部的庭院空間，其最大的特點是形成具有位于建筑內部的“室外空間”，具有人流聚散、休憩交流、通風和采光等多種功能，是現代建筑常用的組織空間的手法之一。中庭按其在建筑平面中的位置，可分為核心式中庭和邊庭，其通風原理也不盡相同。

核心式中庭一般用于體量較大的建筑，中庭被其他用房四面圍合，利用其空間高度以形成溫 度分層，產生自下至上的氣流，帶走室內產生的熱量;進風口通常為每層的窗戶，也有利用空氣凈化裝置從地下室引入清潔而涼爽的空氣。

圖4 日本MATSUSHITA電子公司大廈

日本MATSUSHITA電子公司大廈(圖4)希望強化自然通風以達到能源控制。采用熱壓通風的策略，通過太陽能加熱屋頂天窗處的空氣，驅動中庭內部空氣自下而上流動，加上人字形中庭具有的煙囪效應，從中庭下部的窗戶進入的新鮮空氣經過濾器過濾后散發到室內，在熱壓作用下沿著中庭上升，使建筑內部獲得良好的自然通風。

高層建筑室外風速隨高度的增加而增加，這一特性使得高層建筑比較容易實現自然通風，但是高層中過強的風速在中庭內部和建筑外圍形成紊亂的氣流。法蘭克福商業銀行(圖5)是世界上第一座高層生態建筑，也是全球最高的生態建筑。整座大廈除非在極少數的嚴寒或酷暑天氣中，全部采用自然通風。為了避免過強的風壓和熱壓形成紊亂的氣流，將12層作為一個單元，在每個單元內部房間利用熱壓來進行自然通風，各個單元之間通過透明玻璃來分隔。而針對高層建筑無法直接開窗進行自然通風的問題，法蘭克福商業銀行通過雙層玻璃幕墻的空氣腔作為風速緩沖，將外界的風速調整合適后再引入室內。雙層玻璃幕墻已經在現代建筑設計中得以廣泛應用。

邊庭的通風原理與核心式中庭類似。但考慮到我國冬季陽光幾乎全集中于南面，南面采光的邊庭是冬暖夏涼的最佳選擇。南面的邊庭夏季可以起到熱緩沖的作用，邊庭底層的綠化和水體可以冷卻從室外進入的熱空氣，再從頂部的通風口出，其間流經工作室，給人們帶來習習涼風。冬季南面的邊庭可以起到暖房的作用，夜晚作為一個蓄熱體為北面的工作室提供熱量來源。

1.2.4 內部冷巷和天井

在中國南方的許多傳統建筑中都有這種內部冷巷，在泉州叫做“手巾寮”(圖6)，在福建一些地方叫護厝弄，其主要功能是交通和通風。內部冷巷由于遮陽充分，又有樓板或屋面作為熱緩沖層，溫度及其波幅明顯低于室外。只要在自然風能夠到達的深度內使得內部冷巷擁有足夠的進出風口面積，并保持冷巷內部界面的通暢，將冷巷的低溫空氣引入室內，能夠更有效地解決室內過熱問題，能夠實現大進深建筑的自然通風。

圖5 法蘭克福商業銀行

圖6 泉州手巾寮

當進一步將這種冷巷模式與天井結合，冷巷作為通風道，天井作為冷巷的進出風口，可以解決巷廊更長，進深更大的建筑通風問題 ，同時使建筑在進深方向的各個部分都獲得通風的均好性。天井式冷巷，在室外自然風風速較小的情況下也能有效地組織通風。

圖7 深圳大運村公寓

深圳大運村公寓(圖7)的設計就運用了冷巷原理組織建筑的自然通風，達到了理想的效果。在南方炎熱地區，以往學校宿舍多是南向外廊式，有利于自然通風，但外廊因為受到太陽的直接輻射，空氣溫度較高。而在北方寒冷地區以往學校宿舍多是內廊式，廊道較為陰涼卻不利于自然通風。大運村公寓創造性的設計了相對的南向和北向外廊，在外廊之間形成較窄的室外空間，類似“冷巷”。在太陽輻射下建筑外圍氣溫升高，因為熱壓作用冷巷中的低溫空氣就自然流入兩側宿舍，實踐證明取得了很好的通風效果。

1.2.5 架空式院落

有別于底層架空，架空式院落可以是建筑的任意一層或幾層。因為上部建筑的遮擋形成架空式院落較低的空氣溫度，從而產生自下而上的氣流，帶走建筑內部人群活動產生的熱量。結合水體和綠化等自然元素的營造，往往使架空式院落形成舒適的半室外活動空間，是現代建筑常用的設計手法之一。由理查德·羅杰斯設計的戴姆勒·奔馳公司大樓就利用這一手法創造了一種舒適且低能耗的辦公環境。大樓底層商業和上層辦公之間形成架空式院落作為進風口引入新鮮空氣，利用中庭的拔風作用，加速空氣流動，取得比較好的自然通風效果。中庭配植了多種植物，在室內營造了一種輕風徐徐，綠意盎然的類室外環境。

1.2.6 縫隙空間

縫隙空間往往位于建筑的公共空間中，有利于空氣在縫隙間的流動。其作用是通過拔風在水平方向將空氣引入。縫隙空間可以是兩個主體部分的連接體，也可以是某個局部與室外相通的縫隙。在住宅中，縫隙空間被作為交通體使用，廚房和衛生間朝向它，以獲得良好的自然通風條件。

圖8 MBF大廈

在MBF大廈(圖8)設計中，楊經文將整個大廈分裂為兩棟獨立的塔樓，之間以一個開敞的中心交通核連接，它不僅有利于通風和散熱，而且從這個縫隙中滲透的景色，將長時間地停留在人們的記憶中。此外，塔樓每隔三層設一個兩層高的空間院落貫穿其中，使得冷空氣可以在這許多的空隙中流動，帶走熱空氣，降低溫度。

1.2.7 合理設置房間的進出風口

在房間適當位置開口，合理設置進出風口大小之比，可以引導自然風流經房間的路徑、風速、流經的面積等(圖9)。

1.2.8 合理設置室內導風構件

在室內公共區域設置的導風構件可以改變風的路徑和氣流壓力，從而引導自然風流經需要進行自然通風的房間(圖10)。

圖9

2 風的文化意蘊

圖10

“風”在中國古典文化中有著特殊的意蘊。古代文人借對風的描繪寄托對社會、人生和自然的理想。如司馬光的《獨樂園記》有“明月時至，清風自來，行無所牽，止無所柅，耳目肺腸，悉為己有，踽踽焉、洋洋焉，不知天壤之間復有何樂可以代此也。”表達了其對天人合一，對心靈與自然界合一的無限向往和追求。在宗教里，風呼嘯而過，可以蕩滌一切污穢，給我們一個干干凈凈的世界。在政治上，儒教經義提倡“仁風”。因此，在中國古典園林中，常借“風”來豐富園林的空間意境，如杭州西湖的曲院風荷、揚州個園的透風漏月廳、蘇州留園的清風池館等等。古典園林中這方面的景觀、建筑極多，極常有。現代建筑空間借“風”來豐富空間內涵的實踐中，“風的教堂”是其中最為人稱道的一個。安藤忠雄讓風在教堂入口長廊中蕩滌，以此來凈化人的靈魂，作為進入圣潔的宗教殿堂的必要前奏。這一設計手法可以說是神來之筆，令人嘆為觀止。

3 結語

從以上對過往實踐的總結，我們不難發現對自然通風的利用其基本原理無非是熱壓通風和風壓通風，而用來實現此目標的策略則是多種多樣的。各種策略的關系之間往往是相輔相成，融為一體。在此基礎上，如果能進一步將風的文化意蘊賦予建筑空間，讓風的靈性在建筑中蕩滌，將使建筑散發出更加迷人的光芒。

圖注:

圖1、2圖片來源 :摩自www.baidu.com

圖3圖片來源 :摩自世界建筑，World Architecture，2006年06

期，《斯特拉特福德地方車站，倫敦，英國》，《STRATFORD REGIONAL STATION，LONDON，UK，1999》【Author】Wilkinson Eyre Architects Ltd【機構】威爾金森·艾爾建筑有限公司;

圖4、5圖片來源 :摩自 高技術生態建筑，李東華主編，魯英男陳慧 魯英燦 編著，天津大學出版社，2002

圖6圖片來源 :摩自 泉州手巾寮適應地域氣候的方法與理念研究，薛佳薇，華僑大學碩士學位論文，2003

圖7圖片來源:自繪

圖8圖片來源:摩自 楊經文，吳向陽編著，中國建筑工業出版社，2007

圖9圖片來源:摩自 光、水、風的建筑 ，蔣珂，重慶大學碩士學位論文，2001

圖10圖片來源:摩自 景觀生態學，余新曉等編，高等教育出版社，2006

[1]薛佳薇.泉州手巾寮適應地域氣候的方法與理念研究[J].華僑大學碩士學位論文，2003.

[2]王珣.基于自然風利用的建筑設計研究[J].天津大學碩士學位論文，2012.

[3]蔣珂.光、水、風的建筑[J].重慶大學碩士學位論文，2001.