基于自然风利用的建筑室内空间设计策略初探

杨慧娟

(华侨大学建筑设计院 福建泉州 362000)

引 言

建筑的发展一方面要求建筑本身具有更完备的性能，以抵御恶劣的自然环境，为人类提供更加稳定恒常的建筑空间，促进人类的社会交往和繁衍发展;另一方面，人类自然属性的本性需求，又要求建筑能够向自然开放，增强人类与自然的联系，促进人类与自然的沟通，使我们的身心得到放松，从而激发出更多的求知欲和好奇心。利用自然现象的风、光、水设计的建筑空间符合人类在建筑中也能无时无刻地保持与自然沟通的需求，能够营造出更和谐、更自然、耗材更少、可持续的建筑空间，具有重要的探索意义。本文拟通过研究自然规律、人和自然的关系，就自然风利用这一方面作出初步的探索和总结。

1 自然通风

自然风在气候舒适的季节可以给室内带来吹风感，可以带走室内污浊的空气，有利于人体的健康和身心放松。在气候湿热的季节，利用自然通风可以实现室内的除湿和散热，提高室内气候环境的舒适度。在气候温和地区，通过自然通风设计，完全可以替代人类对空调系统的依赖;在气候恶劣地区，通过自然通风设计，可以减少空调系统的使用时间，减少能耗，同时可以避免空调系统排出物对大气的污染。

1.1 自然通风的原理

自然通风的原理是利用室外风力造成的风压和室内外温度差造成的热压来驱动空气流动，达到自然通风的目的。

当风吹向建筑时，在建筑的迎风面和背风面之间形成压力差，利用两者的压力差，可以实现空气的对流，即风压通风。因此，如果在建筑表面设置合理的进风口和出风口，可以形成气流通畅的风道。同时，在同一流线，流体的速度增大时，其压力越小。前述风道中因为风的快速流动，风道较两侧的房间产生负压力，对两侧的房间产生拔风作用，实现建筑内部的空气对流，可以用来解决大尺度建筑的室内通风问题。

空气温度的差异导致空气密度产生差异，引起高温空气向上流动，低温空气向下流动，利用空气的热压差来进行自然通风即热压通风。因此，通常在建筑上部设排风口，将室内污浊的热空气从上部排出，而在建筑底部设进风口，吸入室外新鲜的冷空气。热压作用的效果与进、出风口的高差和室内外的温差有关，室内外温差和进、出风口的高差越大，则热压作用越好。实际设计中，往往采用一些利用太阳能热作用的措施来增强热压的作用。

1.2 自然通风的实践

1.2.1 管式住宅

管式住宅(图1)是印度著名建筑师柯里亚在满足高密度开发建设条件下，结合当地气候特点，创造的多层贯通流动空间，解决了大进深建筑的自然通风。管式住宅是一种狭长型平面的住宅模式，宽3.6m进深18.2m，侧墙封闭，前后有开口，内部空间是前后贯通的腔体，如同整个建筑是一个大通风弄。当前方来风时，室内贯通度极高的空间产生的阻抗很小，能有效加强自然通风。并且其内部多有跃层出现，因高差产生热压通风的拔风效应加速室内空气流动，可以起到一定的降低室温的作用。

在后来的发展过程中，柯里亚将其引入了点式高层住宅中，既印度孟买的干城章嘉公寓(图2)。建筑内部空间同样是前后贯通的腔体，通过错层的方式产生拔风效应，以此加强自然通风带走室内潮湿高温的空气，在节约能源的前提下提高了居住的的舒适性。

图1 管式住宅

图2 干城章嘉公寓

1.2.2 单层高大空间

体育馆和大礼堂等单层高大空间建筑往往在屋脊处开设天窗，使下层湿热的气体在热压作用下从屋脊天窗处排出;低处设进风口补充新鲜干燥的空气。如中国农业大学体育馆，其结构形式是门式钢架结构，形成高度错落的条形屋顶，之间以竖向可开启高侧窗相连。在通风季，高侧窗打开后馆内的空气和馆外的空气形成自然的对流，使在热压作用下聚集在屋顶下方的热空气被驱散一空。通过自然通风使得体育馆内的温度和馆外的温度基本一致。斯特拉特福德车站(图3)屋顶是一个弧形的南高北低的双层大屋顶。新鲜空气从建筑南面下部和北面的地下通道被引入。污浊的热空气则从南面的高侧窗排出，或者通过北面被太阳加热的双层屋面的空腔而后从南部最高处的缝隙中排出。

图3 斯特拉特福德车站

1.2.3 中庭空间

中庭空间通常是指建筑内部的庭院空间，其最大的特点是形成具有位于建筑内部的“室外空间”，具有人流聚散、休憩交流、通风和采光等多种功能，是现代建筑常用的组织空间的手法之一。中庭按其在建筑平面中的位置，可分为核心式中庭和边庭，其通风原理也不尽相同。

核心式中庭一般用于体量较大的建筑，中庭被其他用房四面围合，利用其空间高度以形成温 度分层，产生自下至上的气流，带走室内产生的热量;进风口通常为每层的窗户，也有利用空气净化装置从地下室引入清洁而凉爽的空气。

图4 日本MATSUSHITA电子公司大厦

日本MATSUSHITA电子公司大厦(图4)希望强化自然通风以达到能源控制。采用热压通风的策略，通过太阳能加热屋顶天窗处的空气，驱动中庭内部空气自下而上流动，加上人字形中庭具有的烟囱效应，从中庭下部的窗户进入的新鲜空气经过滤器过滤后散发到室内，在热压作用下沿着中庭上升，使建筑内部获得良好的自然通风。

高层建筑室外风速随高度的增加而增加，这一特性使得高层建筑比较容易实现自然通风，但是高层中过强的风速在中庭内部和建筑外围形成紊乱的气流。法兰克福商业银行(图5)是世界上第一座高层生态建筑，也是全球最高的生态建筑。整座大厦除非在极少数的严寒或酷暑天气中，全部采用自然通风。为了避免过强的风压和热压形成紊乱的气流，将12层作为一个单元，在每个单元内部房间利用热压来进行自然通风，各个单元之间通过透明玻璃来分隔。而针对高层建筑无法直接开窗进行自然通风的问题，法兰克福商业银行通过双层玻璃幕墙的空气腔作为风速缓冲，将外界的风速调整合适后再引入室内。双层玻璃幕墙已经在现代建筑设计中得以广泛应用。

边庭的通风原理与核心式中庭类似。但考虑到我国冬季阳光几乎全集中于南面，南面采光的边庭是冬暖夏凉的最佳选择。南面的边庭夏季可以起到热缓冲的作用，边庭底层的绿化和水体可以冷却从室外进入的热空气，再从顶部的通风口出，其间流经工作室，给人们带来习习凉风。冬季南面的边庭可以起到暖房的作用，夜晚作为一个蓄热体为北面的工作室提供热量来源。

1.2.4 内部冷巷和天井

在中国南方的许多传统建筑中都有这种内部冷巷，在泉州叫做“手巾寮”(图6)，在福建一些地方叫护厝弄，其主要功能是交通和通风。内部冷巷由于遮阳充分，又有楼板或屋面作为热缓冲层，温度及其波幅明显低于室外。只要在自然风能够到达的深度内使得内部冷巷拥有足够的进出风口面积，并保持冷巷内部界面的通畅，将冷巷的低温空气引入室内，能够更有效地解决室内过热问题，能够实现大进深建筑的自然通风。

图5 法兰克福商业银行

图6 泉州手巾寮

当进一步将这种冷巷模式与天井结合，冷巷作为通风道，天井作为冷巷的进出风口，可以解决巷廊更长，进深更大的建筑通风问题 ，同时使建筑在进深方向的各个部分都获得通风的均好性。天井式冷巷，在室外自然风风速较小的情况下也能有效地组织通风。

图7 深圳大运村公寓

深圳大运村公寓(图7)的设计就运用了冷巷原理组织建筑的自然通风，达到了理想的效果。在南方炎热地区，以往学校宿舍多是南向外廊式，有利于自然通风，但外廊因为受到太阳的直接辐射，空气温度较高。而在北方寒冷地区以往学校宿舍多是内廊式，廊道较为阴凉却不利于自然通风。大运村公寓创造性的设计了相对的南向和北向外廊，在外廊之间形成较窄的室外空间，类似“冷巷”。在太阳辐射下建筑外围气温升高，因为热压作用冷巷中的低温空气就自然流入两侧宿舍，实践证明取得了很好的通风效果。

1.2.5 架空式院落

有别于底层架空，架空式院落可以是建筑的任意一层或几层。因为上部建筑的遮挡形成架空式院落较低的空气温度，从而产生自下而上的气流，带走建筑内部人群活动产生的热量。结合水体和绿化等自然元素的营造，往往使架空式院落形成舒适的半室外活动空间，是现代建筑常用的设计手法之一。由理查德·罗杰斯设计的戴姆勒·奔驰公司大楼就利用这一手法创造了一种舒适且低能耗的办公环境。大楼底层商业和上层办公之间形成架空式院落作为进风口引入新鲜空气，利用中庭的拔风作用，加速空气流动，取得比较好的自然通风效果。中庭配植了多种植物，在室内营造了一种轻风徐徐，绿意盎然的类室外环境。

1.2.6 缝隙空间

缝隙空间往往位于建筑的公共空间中，有利于空气在缝隙间的流动。其作用是通过拔风在水平方向将空气引入。缝隙空间可以是两个主体部分的连接体，也可以是某个局部与室外相通的缝隙。在住宅中，缝隙空间被作为交通体使用，厨房和卫生间朝向它，以获得良好的自然通风条件。

图8 MBF大厦

在MBF大厦(图8)设计中，杨经文将整个大厦分裂为两栋独立的塔楼，之间以一个开敞的中心交通核连接，它不仅有利于通风和散热，而且从这个缝隙中渗透的景色，将长时间地停留在人们的记忆中。此外，塔楼每隔三层设一个两层高的空间院落贯穿其中，使得冷空气可以在这许多的空隙中流动，带走热空气，降低温度。

1.2.7 合理设置房间的进出风口

在房间适当位置开口，合理设置进出风口大小之比，可以引导自然风流经房间的路径、风速、流经的面积等(图9)。

1.2.8 合理设置室内导风构件

在室内公共区域设置的导风构件可以改变风的路径和气流压力，从而引导自然风流经需要进行自然通风的房间(图10)。

图9

2 风的文化意蕴

图10

“风”在中国古典文化中有着特殊的意蕴。古代文人借对风的描绘寄托对社会、人生和自然的理想。如司马光的《独乐园记》有“明月时至，清风自来，行无所牵，止无所柅，耳目肺肠，悉为己有，踽踽焉、洋洋焉，不知天壤之间复有何乐可以代此也。”表达了其对天人合一，对心灵与自然界合一的无限向往和追求。在宗教里，风呼啸而过，可以荡涤一切污秽，给我们一个干干净净的世界。在政治上，儒教经义提倡“仁风”。因此，在中国古典园林中，常借“风”来丰富园林的空间意境，如杭州西湖的曲院风荷、扬州个园的透风漏月厅、苏州留园的清风池馆等等。古典园林中这方面的景观、建筑极多，极常有。现代建筑空间借“风”来丰富空间内涵的实践中，“风的教堂”是其中最为人称道的一个。安藤忠雄让风在教堂入口长廊中荡涤，以此来净化人的灵魂，作为进入圣洁的宗教殿堂的必要前奏。这一设计手法可以说是神来之笔，令人叹为观止。

3 结语

从以上对过往实践的总结，我们不难发现对自然通风的利用其基本原理无非是热压通风和风压通风，而用来实现此目标的策略则是多种多样的。各种策略的关系之间往往是相辅相成，融为一体。在此基础上，如果能进一步将风的文化意蕴赋予建筑空间，让风的灵性在建筑中荡涤，将使建筑散发出更加迷人的光芒。

图注:

图1、2图片来源 :摩自www.baidu.com

图3图片来源 :摩自世界建筑，World Architecture，2006年06

期，《斯特拉特福德地方车站，伦敦，英国》，《STRATFORD REGIONAL STATION，LONDON，UK，1999》【Author】Wilkinson Eyre Architects Ltd【机构】威尔金森·艾尔建筑有限公司;

图4、5图片来源 :摩自 高技术生态建筑，李东华主编，鲁英男陈慧 鲁英灿 编著，天津大学出版社，2002

图6图片来源 :摩自 泉州手巾寮适应地域气候的方法与理念研究，薛佳薇，华侨大学硕士学位论文，2003

图7图片来源:自绘

图8图片来源:摩自 杨经文，吴向阳编著，中国建筑工业出版社，2007

图9图片来源:摩自 光、水、风的建筑 ，蒋珂，重庆大学硕士学位论文，2001

图10图片来源:摩自 景观生态学，余新晓等编，高等教育出版社，2006

[1]薛佳薇.泉州手巾寮适应地域气候的方法与理念研究[J].华侨大学硕士学位论文，2003.

[2]王珣.基于自然风利用的建筑设计研究[J].天津大学硕士学位论文，2012.

[3]蒋珂.光、水、风的建筑[J].重庆大学硕士学位论文，2001.