傳統(tǒng)皖南民居“夏涼”分析與生態(tài)啟示

張 坤， 賈硯琦， 賈尚宏

（安徽建筑大學 建筑與規(guī)劃學院，安徽 合肥 230022）

傳統(tǒng)民居是一種分布最廣、形式最多樣、適應(yīng)性最強的建筑類型。傳統(tǒng)民居形式的形成、演變、定型深受其所在地域的氣候、人文因素的影響，在如此多的限制條件的“引導”下，呈現(xiàn)出各具特色的民居形式。其中傳統(tǒng)皖南民居是在皖南這邊靈山秀水、書卷之鄉(xiāng)中經(jīng)歷千年形成、發(fā)展并最終定型的。提到傳統(tǒng)皖南民居，遠山近水、粉墻黛瓦、四水歸堂、木雕鎏金的印象不由浮現(xiàn)腦海。長期以來，對于傳統(tǒng)皖南民居的研究多集中于村落選址、建筑風貌、天井空間以及徽州傳統(tǒng)三雕裝飾上的研究［1］。而對于傳統(tǒng)皖南民居生態(tài)技術(shù)方面的研究卻是鳳毛麟角，只散見于各處，并且多為定性分析，缺乏科學測試的支持。皖南民居在長期的發(fā)展過程中對地域的適應(yīng)體現(xiàn)在村落選址、整體布局、單體設(shè)計、細部構(gòu)造等方方面面之中［2－4］。

1 傳統(tǒng)皖南民居的“夏涼”

1.1 傳統(tǒng)皖南民居的“防熱”形勢

皖南地區(qū)年平均氣溫15℃－16℃，年最高氣溫均值37℃－38.9℃，年最低溫均值－7.9℃－9.9℃。皖南地區(qū)夏季氣溫高濕度大，容易產(chǎn)生悶熱的感覺。由于冬季可以以火盆取暖，而古代對夏季降溫沒有太好辦法，所以在沒有現(xiàn)代機械技術(shù)的古代，夏季防熱的重要性是要明顯高于冬季保溫的。

1.2 傳統(tǒng)皖南民居夏季室內(nèi)熱環(huán)境問卷、測試

在2013年7月下旬－2013年8月上旬，皖南地區(qū)極暑天氣下對傳統(tǒng)皖南民居進行了室內(nèi)熱環(huán)境的問卷調(diào)查和儀器測試。（問卷引自民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標準GB／T50785－2012）

1.2.1 問卷調(diào)查

圖1 新民居問卷統(tǒng)計（作者自制）

圖2 傳統(tǒng)民居問卷統(tǒng)計（作者自制）

老民居44份，新民居51份，統(tǒng)計結(jié)果如圖1、2所示。通過回收問卷統(tǒng)計結(jié)果得出以下結(jié)論：

a、皖南傳統(tǒng)民居的室內(nèi)熱環(huán)境在夏季是明顯優(yōu)于新民居的。

b、當?shù)鼐用駥鹘y(tǒng)民居的熱環(huán)境狀況是基本滿意的。

1.2.2 儀器測試

為定量分析傳統(tǒng)皖南民居的夏季室內(nèi)溫度情況，選取了兩棟典型的“回”字形傳統(tǒng)民居——屏山舒宅、外邊溪4#進行了室內(nèi)熱環(huán)境的測試。圖3為黟縣屏山舒宅室內(nèi)溫度曲線，當天室外氣溫26～38℃。從圖中可以看出一層室內(nèi)空氣溫度明顯低于二層，并且一層空氣溫度一天中最高出現(xiàn)在15：00約31℃，最低出現(xiàn)在清晨6：30約25℃，在一天中絕大部分時間室內(nèi)氣溫低于30℃。在日間，相對于室外的酷熱，室內(nèi)較為涼爽；在夜間至次日凌晨室內(nèi)氣溫在28℃以下，完全可以在不需要任何制冷措施的情況下很好的滿足人休息的要求。圖4為屯溪外邊溪4#室內(nèi)溫度曲線，當天室外25～37℃。從圖中可以看出其室內(nèi)空氣溫度的分布情況與屏山舒宅一致，均為一層空氣溫度明顯低于二層且一層空氣溫度一天中絕大部分時間均保持在比較低的水平。

圖3 屏山舒宅一二層溫度曲線（作者自制）

圖4 外邊溪4#一二層溫度曲線（作者自制）

通過測試數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)皖南民居夏季防熱性能是極其優(yōu)秀的，在酷熱的夏季，幾乎不用人工制冷措施，就可以滿足人們的正常生活。

2 傳統(tǒng)皖南民居“夏涼”成因探索

皖南地區(qū)晝夜溫差較大，為了保持室內(nèi)的涼爽，就要在日間盡可能的防止室外熱量的傳入，而夜間盡可能的向外散熱。根據(jù)實地調(diào)研、測試、大量資料的翻閱以及自己的思考，認為傳統(tǒng)皖南民居“夏涼”可以總結(jié)為兩個最基本的原則：1、避免熱源，減少得熱2、尋找“冷源”，降低氣溫。

2.1 避免“熱源”、減少得熱

避免熱源，減少從室外得熱是“夏涼”的基礎(chǔ)。村落的選址和良好微環(huán)境的營造對村落整體的良好熱環(huán)境有重要作用，這從整體層面起到避免熱源的作用。對于建筑而言熱源無外乎室外高溫空氣、太陽輻射。其中高溫空氣主要以熱傳導和熱對流兩種方式將熱量傳入室內(nèi)，太陽則通過直接輻射入室內(nèi)和對維護結(jié)構(gòu)的輻射加溫的方式對室內(nèi)進行加熱。傳統(tǒng)皖南民居主要從以下兩個方面避免熱源。

2.1.1 村落選址與建筑布局

傳統(tǒng)皖南村落的選址深受堪輿之術(shù)影響，遵循背山面水，負陰抱陽的原則。村落中基本都有水圳穿村而過，并在村頭水口形成水口林［1］。這樣的村落選址使得夏季主導風可以穿過樹林吹過湖面降溫后順山勢而上吹向村落，達到對整個村落降溫的作用。

皖南古村落的建筑布局極為緊湊，民居之間相互遮擋陽光，形成一條條高墻窄巷，這種窄巷又被稱為“冷巷”［3］。經(jīng)過對外邊溪4#各圍護結(jié)構(gòu)表面溫度進行測量，發(fā)現(xiàn)在窄巷中的墻體表面溫度（南墻）溫度明顯低于東西墻，甚至低于幾乎不接受太陽輻射的北墻（圖5）。這就是因為在窄巷內(nèi)南墻不接受太陽輻射，并且冷巷內(nèi)氣溫明顯低于室外氣溫。經(jīng)過實地測試圖表（圖6）可以看出皖南民居的天井通風多集中在日間（9：00－18：00），這段時間是室外空氣溫度最高的時間段，冷巷的存在使得流入建筑內(nèi)的空氣溫度相對較低（經(jīng)測量基本與室內(nèi)空氣溫度相當）［3］。在空氣對流不至于提高室內(nèi)空氣溫度的前提下，通風對于提高室內(nèi)人的舒適度有非常有利的作用［8］。

圖5 外邊溪4#各墻外表面溫度（作者自制）

圖6 外邊溪4#室內(nèi)時間風速關(guān)系圖（作者自制）

2.1.2 建筑單體與構(gòu)造

傳統(tǒng)皖南民居平面一般方正規(guī)則，標準的“回”字形皖南民居整體更是接近正方體，體型系數(shù)較小。皖南人強烈的宗族觀念又造成了標準平面通過天井，院落呈橫向和縱向延伸，形成較大的一組建筑，進一步降低了體形系數(shù)，減少了與空氣的接觸面；建筑之間相互遮擋也降低了太陽輻射的影響。傳統(tǒng)皖南民居外觀上較為封閉，很少開窗。即使是現(xiàn)代建筑中，門窗也是建筑得失熱所占比例較高的位置，很小面積的開窗也起到了避免熱源、減少得熱的作用。

傳統(tǒng)皖南民居基本為兩層，并且人們的居住模式從明代至清代也發(fā)生了顛覆性的變化。在明代，基本為二層居住，一層儲物，二層層高高于一層，且屋面構(gòu)造較為考究；在清代，居住模式則變化為一層居住，二層儲物，一層層高高于二層，據(jù)現(xiàn)在大量現(xiàn)存清代民居也可以發(fā)現(xiàn)屋面構(gòu)造較為簡單，基本就是簡單的檁條掛瓦的形式。通過測試圖表（圖3、4）也可以看出，雖說傳統(tǒng)皖南民居“夏涼”，但是這種夏涼也僅僅是在一層。二層起到了隔熱層的作用，這和現(xiàn)代建筑設(shè)計中設(shè)置屋頂空氣間層原理類似。

圖7 墻體構(gòu)造（作者自繪）

圖8 外邊溪4#東墻內(nèi)外表面溫度（作者自制）

皖南民居在結(jié)構(gòu)上有個顯著的特點——“墻倒屋不塌”，這是因為皖南民居采用了木骨架承重，空斗墻填充的建造體系，在木骨架和墻體之間還有一層木板?？斩穳穸瓤蛇_300～350mm，離墻50mm處有20～30mm木板［4］（圖7）空斗墻以厚實的墻體和內(nèi)部的空腔形成了第一道隔熱層，木板與空斗墻直接空腔形成第二道隔熱層，木板本身作為第三道隔熱層，保證了皖南民居的墻體具有良好的保溫隔熱作用。從圖8可以看出，內(nèi)墻溫度一直和室內(nèi)空氣溫度接近，在11：00內(nèi)外表面的溫差達到10℃，外墻起到了良好的隔熱作用。

傳統(tǒng)皖南民居的天井狹小，天井深寬比約為1：2，尺度多為半丈深、一丈左右寬的扁長方形［6］。天井在起到采光、通風的作用同時，有效的避免了夏季太陽直接照射進室內(nèi)，防止輻射得熱。

2.2 尋找“冷源”，降低氣溫

此處提出的“冷源”是個相對的概念，其含義在于比室內(nèi)空氣溫度低，室內(nèi)空氣可以對其散熱以保持室內(nèi)空氣溫度或雖然對降低空氣溫度起不到作用，但是可以降低體感溫度，提高人的舒適度。通過分析總結(jié)，“冷源”主要有三種：1.接地的下墊面，2.合理的自然通風，3.夜間室外冷空氣。

2.2.1 接地的下墊面

傳統(tǒng)皖南民居四水歸堂，雨水直接落入天井，這就要求天井的青石板下有暗溝與地下水相通，在天井下形成空腔。地下土壤的溫度波動幅度很小，在盛夏季節(jié)是遠遠低于氣溫的，再加上地下暗溝中的清涼的流水，就在天井下形成了一個溫度較低的空腔。室內(nèi)空氣可以通過天井上的青石板把一部分熱量傳向地下，天井地面溫度一直處于較低水平（圖9）。在傳統(tǒng)皖南民居中還能看到一種“土空調(diào)”其原理與利用天井下墊面降溫類似，在室內(nèi)地下留有空腔，再設(shè)有通風口，利用地下較低的氣溫對室內(nèi)進行降溫。

2.2.2 合理的自然通風

科學研究表明，在室溫一定的情況下，加強通風可以增強人體周圍空氣流動，提高蒸發(fā)量，降低體感溫度，降低濕熱的感覺，有效的提高人的舒適度（表1）。通過實際測試的兩棟民居所得的風速分布圖（圖6、10）可以看出，傳統(tǒng)皖南民居室內(nèi)風速極值基本在0.2m／s－0.4m／s，且強度分布和時間有明顯關(guān)系。由于室內(nèi)風是由熱壓通風產(chǎn)生的，其強度直接受到天井空氣溫度垂直分布的影響（圖9），所以在太陽輻射比較強烈的日間，天井內(nèi)垂直溫度分布明顯，風速較大；在室外溫度較低的夜間，天井內(nèi)垂直溫度分布不明顯，風速較小。

表1 風速與人體舒適度關(guān)系表

圖9 屏山舒宅天井內(nèi)垂直溫度分布圖（作者自制）

圖10 屏山舒宅室內(nèi)時間風速關(guān)系圖（作者自制）

在通風中還存在一個流入空氣溫度的問題，在日間外界空氣溫度可以達到38℃甚至更高，如果這樣的高溫空氣直接流入室內(nèi)，不僅不能起到提高室內(nèi)人的舒適度的作用，還會直接導致室內(nèi)溫度升高。在實際測試中發(fā)現(xiàn)流入室內(nèi)的空氣大多是通過降溫后的（圖11），具體方式為：1.門窗洞口開在冷巷中（其實傳統(tǒng)皖南民居的門窗洞口大都朝向冷巷），2.利用地道通風的原理（圖12），由于通風口較小，其通風量不能滿足整個建筑的需要，只是作為補充。

圖11 日間通風模式圖（作者自繪）

圖12 地道通風口（作者自攝）

2.2.3 夜間室外冷空氣

皖南地區(qū)生態(tài)環(huán)境宜人，基本不存在溫室效應(yīng)。另就查閱氣象資料統(tǒng)計，黃山市夏季日最高氣溫和合肥市基本相當，但日最低氣溫普遍低于合肥2℃左右，在極暑情況下最低氣溫也保持在25～26℃，晝夜溫差較大，使得夜間建筑的對外散熱具備客觀條件。

通過實地測試（圖6、10）發(fā)現(xiàn)，由于缺乏熱壓通風所必備的垂直溫度分布，傳統(tǒng)皖南民居的夜間通風效果并不明顯，可見室內(nèi)氣溫降低的主因并非熱壓通風引起的室外空氣交換。實際上的降溫模式應(yīng)該為：夜間溫度分布呈現(xiàn)天井上空空氣低溫，民居二層高溫，一層中溫；二層和一層通過天井這一開敞空間與天井上空溫度較低空氣形成熱交換，達到室內(nèi)溫度降低的效果，由于一層空氣溫度相對并不高，所以其只需要有限的傳熱就可以達到或者接近夜間的室外溫度（在21：00～次日8：00一層溫度和室外空氣溫度相當）。對于二層由于基礎(chǔ)溫度較高，且通風對流換熱不利，其氣溫下降較為緩慢，散熱至太陽升起室外溫度升高和二層溫度相等，又開始從外界得熱開始上升，周而復(fù)始（圖13）。不可否認，如果夜間天井可以起到“拔風”的效果，室內(nèi)外空氣對流，室內(nèi)溫度的降低速度將會大大加快，夜間室內(nèi)空氣接近室外的時間也會大大提前。但是通過研究表明，皖南傳統(tǒng)民居夜間室內(nèi)溫度的下降的原理和傳統(tǒng)認為的天井的“拔風”作用并無太大關(guān)系。而是由于天井的存在，室內(nèi)外空氣有熱交換的通道，以及日間一層保持的相對較低的溫度。

圖13 屏山舒宅一二三層溫度變化圖（作者自制）

3 傳統(tǒng)皖南民居“夏涼”生態(tài)啟示

傳統(tǒng)皖南民居從村落的選址、建筑的布局、單體的設(shè)計到居住模式的改變無不體現(xiàn)著皖南人民優(yōu)秀的生態(tài)觀。傳統(tǒng)皖南民居有機的綜合運用了調(diào)節(jié)微環(huán)境，遮陽，通風，隔熱等常用的生態(tài)設(shè)計方法，達到了良好的“夏涼”的效果。這些生態(tài)經(jīng)驗對于現(xiàn)代建筑設(shè)計有良好的啟示作用，結(jié)合地形營造出適宜的建筑微環(huán)境、合理組織好建筑中的自然通風、綜合利用建筑遮陽、合理的布置功能空間都可以從建筑設(shè)計的層面降低建筑的能耗。

1 單德啟.安徽民居［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

2 陳曉揚.建筑設(shè)計中的自然通風［M］.北京：中國電力出版社，121－167.

3 林波榮，譚 剛，王 鵬，等.皖南民居夏季熱環(huán)境實測分析［J］.清華大學（自然科學版）2002（8）：1071－1074.

4 錢 進.皖南生態(tài)型民居適應(yīng)技術(shù)研究.［D］合肥：合肥工業(yè)大學碩士論文，2010：6－14.

5 王熙元.傳統(tǒng)民居建筑中天井研究［J］.南昌：南昌大學學報（人文科學版）2010.12：54－57.

6 季文媚.皖南民居的生態(tài)性［J］.住宅科技2007，27（3）36－39.

7 李百戰(zhàn)，鄭 潔，姚潤明，等.室內(nèi)熱環(huán)境與人體舒適度［M］.重慶：重慶大學出版社，2012.

8 賈尚宏.觸摸徽派建筑——測繪成果集［M］.合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2007.