近几十年来，许多国家制定了旨在实现可持续发展和大幅减少能源消耗的雄心勃勃的目标。在这一背景下，建筑行业发挥着至关重要的作用，约占全球能源消耗的33%和温室气体（GHG）排放量的36%[1],[2]。因此，大量的研究和政策努力都集中在寻找有效策略以实现这些目标上。
其中一个关键方法是优化建筑设计特征，如建筑几何形状和立面朝向。在不同的气候区域，建筑的配置（包括其形式、布局和相对于主要方向的朝向）对能源使用和环境性能有显著影响。
在多种建筑形式中，中庭住宅因其空间和美学优势而在许多国家得到广泛应用。正如马蒂斯（Matys）[3]所指出的，中庭住宅是低层高密度开发的一种有前景的替代方案，能够更好地融入城市环境。霍米尼斯基（Homiński）[4]也提出了类似的观点，并进一步指出了影响独栋庭院住宅普及度的因素。为了全面探讨这一主题，有必要明确用于描述这种建筑类型的术语。在包括波兰在内的多个国家，采用了“中庭住宅”这一术语，该术语定义见于1962年12月3日的法案[5]。在德语文献中，使用“Atriumh?user”这一类似术语[6]。而在英语文献中，通常使用“courtyard house”一词，根据词典定义，“courtyard”是指“被建筑物或墙壁环绕的开放空间”[7]。这一术语最准确地反映了本研究分析的空间配置。在西班牙，“patio”一词用于指代建筑物内的开放空间，因此称为“casa patio”（庭院住宅）。根据西班牙词典，“patio”与“atrium”是同义词[8]。尽管存在这些语言差异，所有这些术语都指的是一种类似的建筑概念：围绕内部开放庭院组织的住宅建筑。
阿拉姆（Aram）和阿里巴巴（Alibaba）[9]研究了地中海气候下的单层办公建筑中的角形中庭，发现中庭的设计参数（如空间布局和规模）会影响能源消耗和热舒适度。他们特别指出，在东北或东南朝向的建筑中，当窗墙比为25-50%时，可以在寒冷季节实现可接受的热舒适度。
许多研究强调了中庭结构在不同气候条件下的局限性和优势。裴浩（Peihao）等人[10]报告了中国炎热夏季气候下中庭的高制冷能耗。阿斯福尔（Asfour）[11]分析了沙特阿拉伯中庭和庭院建筑的能源性能，得出结论认为，30%的适度窗墙比（WWR）结合遮阳装置可以取得平衡的结果。同样，李（Li）等人[12]提出了一种不对称的伞形屋顶结构，减少了22.4%的材料使用量，同时保持了结构完整性。
沙埃里（Shaeri）等人[13]评估了伊朗沿海气候下的十二种中庭天花板配置，发现立方体形状的屋顶和战略性布置的遮阳板可以改善自然通风效果。徐（Xu）等人[14]引入了“块模型”来预测基于太阳辐射和空气渗透的室内温度分层。阿科斯塔（Acosta）等人[15]强调了设计良好的中庭在提高日光利用和减少对电灯依赖方面的作用。葛（Ge）等人[16]研究了购物中心中非封闭式中庭的情况，发现热分层受到太阳得热和空气渗透的显著影响。
还有其他研究关注了不同气候区教育建筑和酒店建筑中中庭的声学、结构和能源性能[17],[18]。例如，庞（Pang）等人[19]探讨了天窗面积比、建筑高度和中庭形状对中国北方酒店供暖和制冷负荷的影响。关于中庭冬季热特性的研究也有不少[20],[21],[22]。
相比之下，许多研究关注非中庭建筑类型，分析建筑设计特征如何影响能源性能和居住者的舒适度。在这些研究中，经常应用多目标优化方法来平衡各种性能指标[23]。
例如，莱蒂安（Letiane）等人[24]评估了巴西低收入住宅的建筑形式和朝向，发现线性、孤立的建筑在热性能上优于紧凑型集群建筑。阿西奥内（Ascione）[25]开发了一种适用于不同意大利气候区的围护结构优化方法，考虑了能源和成本性能。恰尔迪埃洛（Ciardiello）[26]证明优化建筑几何形状可以降低能源需求，而巴格里沃（Baglivo）[27]强调了表面积与体积比（S/V）作为缓解意大利各气候区气候变化影响的关键参数的重要性。
综述文献中关于不同建筑布局性能的主要贡献见表1。
尽管关于住宅建筑能源性能的研究很多，但大多数现有研究都集中在单独的建筑上，分析中庭几何形状、玻璃比例和朝向对独立住宅内部能源需求和条件的影响[28]。阿尔达乌德（Aldawoud）和克拉克（Clark）[29]研究了中央中庭的能源性能，并将其与具有相同几何比例的庭院建筑的能源性能进行了比较，测试了寒冷、温带、炎热潮湿和炎热干燥气候条件。用于分析的中庭和庭院建筑在平面图上都是方形的，四周被建筑物包围。两种模型的能源性能受多种变量影响（例如庭院墙壁和中庭天窗的玻璃类型和比例）。结果表明，庭院建筑在所有气候条件下都较为节能；作为低层建筑的一部分，其能源效率优于中庭建筑，而随着建筑高度（层数）的增加，中庭建筑的性能也有所提升。
对于由相互连接的住宅单元组成的低层高密度住宅综合体，现有研究关注较少。这些综合体的共享边界和相互邻近性会显著影响热量传递、太阳能得热和整体能源行为。这一研究空白在多单元集群规模的中庭住宅和紧凑型住宅类型的比较分析中尤为明显，而不是在独立住宅层面。本研究对两个小型住宅建筑综合体的能源性能和基本热舒适参数进行了比较评估，每个综合体包含四个家庭单元。比较的重点是两种高密度低层住宅类型：中庭住宅和紧凑型两层住宅单元。主要目的是研究建筑形式（特别是中庭的引入）如何影响年度供暖和制冷需求、基本热舒适参数和日光性能，在相似的气候、几何和运行条件下。本研究评估了这两种住宅类型的能源需求，以确定它们的空间形式如何影响能源效率，并识别出两种形式在哪些设计条件下可以达到相似的能源效率水平。此外，还对选定的热舒适度和日光指标进行了初步的比较分析。
与以往的研究不同，本研究通过同时考虑建筑形式（中庭与紧凑型）、朝向和玻璃面积（三种窗墙比WWR）来扩展了关于住宅建筑类型的现有研究。此外，分析涵盖了两种新的气候条件：温带大陆性气候Dfb（波兰比亚韦斯托克）和温暖夏季大陆性气候Csb（西班牙巴利亚多利德）。最后，本研究提供了建筑性能的全面分析，整合了能源性能（可用能源和最终能源需求）、热舒适度指标（操作温度、相对湿度、PMV和PPD）以及日光指标（日光系数DF和日光自主性DA）。通过在一个统一的方法框架内结合这些方面，本文提供了关于中庭和紧凑型住宅形式适用性和局限性的具体设计见解，为节能住宅设计提供了实用指导。
结论
本研究在代表中东欧（比亚韦斯托克）和南欧（巴利亚多利德）的对比气候条件下，比较了两种不同的独栋住宅类型——中庭住宅和紧凑型住宅。比较分析揭示了几项关键发现，强调了建筑形式、朝向、玻璃配置和当地气候条件之间的强烈相互依赖性。
在寒冷温带-大陆性气候（比亚韦斯托克）中，供暖需求占主导地位
