嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的熱力學功能探析

熊志嘉 麥 恒

(1.大連理工大學，遼寧 大連 116086； 2.華南理工大學建筑設計研究院，廣東 廣州 510641)

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的熱力學功能探析

熊志嘉1麥 恒2*

(1.大連理工大學，遼寧 大連 116086； 2.華南理工大學建筑設計研究院，廣東 廣州 510641)

對嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的熱力學功能進行了分析，并對嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑采用的室外、室內(nèi)窗、高側窗、中側窗結合的方式與天井構成立體化的自然通風體系和自然采光體系進行了研究，指出多種形制的窗戶加強了自然通風效果，提高了自然采光效率，同時也起到了遮陽和避雨的功能。

窗戶，通風，采光

0 引言

自古以來，嶺南地區(qū)氣候炎熱，終年高溫，太陽輻射量較大，平均日照時間長，受濕潤的夏季風影響，全年雨水充沛，獨特的氣候條件造就了嶺南地區(qū)獨特的建筑文化。針對當?shù)匮谉?、潮濕、多雨和強輻射的特點，嶺南地區(qū)的傳統(tǒng)建筑提出了具有針對性的措施，適應了當?shù)氐臍夂颦h(huán)境，符合綠色節(jié)能的要求。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑中這些針對性的措施，特別是其中千變?nèi)f化的窗戶形制，在通風透氣、采光遮陽等方面起著至關重要的作用，特別值得運用于當代建筑設計與實踐中。

在中國傳統(tǒng)建筑中，窗戶的形制多種多樣，既有安裝在上下檻之間的長窗，又有在墻體上部用來通風換氣的小窗。而嶺南地區(qū)的建筑文化在近代同時受到中外文化的影響，形成了相對完整的二元化建筑文化體系。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶形制類型非常豐富，風格多樣，如起源于滿洲的滿洲窗，就采用冰裂紋狀的木條為窗骨，用紙片蒙窗，圖案豐富多彩，做工精致；而彩玻窗則源自于嶺南地區(qū)對外來西方哥特式建筑文化的學習和利用，雖然受到當時工藝的制約未能生產(chǎn)出純凈的透明玻璃，但是摻雜的彩色玻璃卻能夠適當?shù)販p弱當?shù)氐奶栞椛洹?/p>

嶺南地區(qū)多種多樣的窗戶形制，其目的均是為了能夠滿足當?shù)赝L透氣和采光遮陽等需求，其中窗戶的開啟方式則起到了決定性的作用。按照開啟方式劃分[1]，嶺南地區(qū)的窗戶主要包括平開窗，推拉窗，懸窗，立旋窗，固定窗和折疊窗。平開窗完全打開時通風率能達到100%；而推拉窗則分為水平推拉窗和垂直推拉窗，其通風率僅有50%；常見的懸窗主要是上懸窗，雖然其通風率也較低，但是兼顧防雨功能；立旋窗通風率能達到100%，但是其開啟不方便，額外占用室內(nèi)外空間；傳統(tǒng)的固定窗往往是漏窗或空窗，通風效果也非常好；而折疊窗則能選擇是否全部開啟，從而按需調(diào)整通風效果，但是其工藝復雜，彎折處容易損毀。多種多樣的窗戶形制從不同功能需求出發(fā)，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑對這些窗戶形制的綜合運用，共同營造了其獨特的熱力學功能。

1 嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的自然通風功能

由于嶺南地區(qū)春季氣候潮濕，而夏季則較為悶熱，所以嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑首先需要解決的是自然通風的問題，通風能保持室內(nèi)干燥、涼爽，有利于居住者的身體健康[2，3]。利用窗戶進行自然通風是一種簡便有效的方法，窗戶的位置、面積和開啟形式?jīng)Q定了自然通風的效率。

從窗戶的位置來看，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶可以被劃分為室外窗、室內(nèi)窗和廊道窗。室外窗是建筑與外界氣流直接溝通的通道，氣流從外界正壓區(qū)域流向內(nèi)部負壓區(qū)。由于嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的進深較大，建筑內(nèi)部空間往往無法直接設置雙向通風窗口，而單一的室外窗通風渠道無法產(chǎn)生氣流導向現(xiàn)象，形成定向的氣流通道。因此嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往還設置室內(nèi)窗，與室外窗構成完整的定向氣流通道。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往設計狹窄的冷巷作為室內(nèi)主要通風道和狹小的天井進行室內(nèi)的熱壓通風，因此室內(nèi)窗則往往設置在冷巷或天井中。一對對的室內(nèi)、外窗能夠在保障風速的前提下，提高風所掃及的面，從而提高通風效率，圖1顯示了室內(nèi)、外窗共同作用時的通風效果。而廊道窗則多數(shù)為固定空窗或漏窗，或者采用通花隔斷的形式，從而保證空氣流動的連續(xù)性(見圖2)。

窗戶的面積和開啟形式?jīng)Q定了窗戶的開啟寬度。研究表明，窗戶的開啟寬度越大時，氣流場的分布范圍就會越大，同時分布地越均勻，從而有效改善室內(nèi)的通風狀況[4]。為了提高窗戶的開啟寬度，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往會在需要通風的墻面上全部開窗，這種開窗方式稱為滿周窗(見圖3)。就窗戶本身的開啟方式而言，大多數(shù)嶺南傳統(tǒng)建筑往往采用多樣化的窗戶形制進行立體通風：在低處常常采用固定的漏窗，在高處則采用上懸窗或立旋窗形式的氣窗(見圖4)，在墻面中間區(qū)域則采用平開窗或推拉窗。綜合運用多樣化的窗戶形制，能夠有效加強嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的自然通風效果。

為了加強通風效果，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑采用了室外、室內(nèi)窗結合的方式實現(xiàn)氣流導向；采用多種形制的窗戶進行立體化通風。

2 嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的自然采光功能

傳統(tǒng)自然采光方式往往不依賴輔助照明設備，受建筑的形式、高度、窗戶的形制和材料影響。太陽光通過窗戶照射到室內(nèi)的日照面積和日照時間共同影響建筑物的自然采光功能。

窗戶位置會影響室內(nèi)的日照面積[1]。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶往往是側窗的形式，側窗設置在墻面的中間位置時，靠近窗的上部和下部室內(nèi)空間均會出現(xiàn)暗角，但是比設置在低處和高處的側窗能產(chǎn)生更大的日照面積，高側窗、中側窗和低側窗的采光對比效果如圖5所示。同時，在前文中的分析我們發(fā)現(xiàn)嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的立體化窗戶形制改善了通風效果，其實這樣的立體化設計也能夠通過高側窗和中側窗結合的方式增加室內(nèi)的日照面積；開在天井一側的室內(nèi)窗還能充分利用天井進行天窗采光，這樣以室外窗、室內(nèi)窗、高側窗、中側窗、天井結合的方式形成了立體采光的效果，形成了良好的自然采光環(huán)境。

窗戶的形狀會影響室內(nèi)的日照時間。嶺南地區(qū)位于赤道和北回歸線之間，屬于北半球，太陽東升西降。嶺南地區(qū)的傳統(tǒng)建筑一般為南北朝向，窗戶的東西向尺寸越大，一天所能獲得的日照時間越長。盡管嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶從單扇的角度來看，東西向尺寸一般較窄，但是從整體的角度來看，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶采用多面的方式，增加了窗戶東西向的整體尺寸，當窗戶占滿整塊墻面時即形成滿周窗。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑通過室外、室內(nèi)窗、高側窗、中側窗結合的方式與室內(nèi)天井共同構成了立體化的采光體系，提高了日照面積；通過整體化的窗戶設計方式增加日照時間。

3 嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的遮陽避雨功能

嶺南地區(qū)氣候的另一特點是終年炎熱多雨，因此窗戶設計時還必須考慮其遮陽和避雨功能，既不能讓室內(nèi)溫度過高，也不能讓室內(nèi)環(huán)境潮濕。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶從窗楣、窗框、窗格和窗心的完整結構出發(fā)，多樣化地實現(xiàn)了遮陽、避雨功能。

窗楣指的是窗戶上方的橫木或橫梁，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往制成木雕或石雕等樣式，除了起到裝飾美化效果的同時，也能阻擋一部分太陽直射，降低室內(nèi)溫度；在下雨天則能防止雨水直接通過窗戶進入室內(nèi)，起到避雨的功能(如圖6所示),與現(xiàn)代建筑設計中遮陽板、遮陽棚起到了異曲同工之妙[5]。嶺南地區(qū)部分地區(qū)傳統(tǒng)建筑雖未設置窗楣，但是在其立體化的窗戶形制中，通過將高側窗設置成上懸式的木窗，也能夠起到類似的效果。

嶺南地區(qū)外遮陽的窗戶技術還體現(xiàn)在百葉窗上，傳統(tǒng)的百葉窗為固定式，由一排傾斜的木質葉片組成，百葉窗能根據(jù)需要設置成平開窗、推拉窗等多種形式，既不影響室內(nèi)的通風效果，又能有效遮陽(見圖7)。

受西方文化的影響，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑很早開始使用玻璃作為窗心。雖然受到當時制造工藝的限制，無法制造出透明玻璃，所以當時的玻璃多為彩色玻璃，但是摻雜的金屬離子對太陽輻射的紫外光有明顯吸收作用，使傳統(tǒng)的嶺南建筑室內(nèi)往往較為涼爽、陰暗(見圖8)。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗楣的設計方式，以及多樣化的窗戶形制——如木質上懸窗、百葉窗和彩色玻璃窗，十分適宜嶺南地區(qū)高強度的太陽輻射和濕潤多雨的氣候條件。

4 結語

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑文化博大精深，尤其是窗戶的設計方式， 演變出各種各樣的窗戶形制，這些窗戶的熱力學功能表現(xiàn)為自然通風功能、自然采光功能以及遮陽和避雨功能。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑采用的室外、室內(nèi)窗、高側窗、中側窗結合的方式與天井構成了立體化的自然通風體系和自然采光體系；多種形制的窗戶加強了自然通風效果，整體化的窗戶設計方式提高了自然采光效率。這種多樣化的窗戶形制也起到了阻礙太陽輻射和雨水的效果。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的設計意義不僅在于節(jié)能技術上，更指出了現(xiàn)代建筑窗戶設計乃至未來建筑發(fā)展的思路。我們應當因地制宜地選用適當?shù)慕ㄖ夹g，博古通今，響應綠色建筑的號召，在實踐中加以運用。

[1] 黃湘菡.嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑中窗戶的研究[D].廣州：華南理工大學，2013：136-138.

[2] 王 鵬,譚 剛.生態(tài)建筑中的自然通風[J].世界建筑,2000(4):62-65.

[3] 劉志永.淺談自然通風原理與建筑設計[J].山西建筑,2008,34(32):69-70.

[4] 林 川.小城鎮(zhèn)住宅建筑節(jié)能設計與施工[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2004:36.

[5] 王 玥.遮陽技術在建筑節(jié)能設計中的應用[J].華中建筑,2008,26(3):41-44.

Analysis on thermodynamic functions analysis on traditional architecture windows in Lingnan area

Xiong Zhijia1Mai Heng2*

(1.DalianUniversityofTechnology,Dalian116086,China；2.ArchitecturalDesignResearchInstitute,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641，China)

This paper analyzed the thermodynamic function of traditional architecture windows in Lingnan area, and researched the outdoor window, indoor window, high side window, mid side window combining ways and the natural ventilation and natural lighting system of courtyard constitution stereoscopic used in traditional architecture in Lingnan area, pointed out that the different forms window strengthened the natural ventilation effect, improved the efficiency of natural lighting, and also played the sunshade and shelter function.

window, ventilation, lighting

2015-01-23

熊志嘉(1995- )，女，在讀本科生

麥 恒(1986- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0187-03

TU111

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