蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居“開(kāi)啟”要素的氣候適應(yīng)性淺析*

閔天怡 張 彤 MIN Tianyi, ZHANG Tong

蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居“開(kāi)啟”要素的氣候適應(yīng)性淺析*

閔天怡 張 彤 MIN Tianyi, ZHANG Tong

文章以建筑“開(kāi)啟”（opening）要素為切入點(diǎn)，以蘇州地區(qū)原生的鄉(xiāng)土民居為依托，對(duì)鄉(xiāng)土民居中的“開(kāi)啟”要素在長(zhǎng)期適應(yīng)氣候與自然的過(guò)程中所形成的應(yīng)變模式，及其調(diào)節(jié)微氣候環(huán)境的被動(dòng)式策略進(jìn)行較為全面的解讀，并借助生物氣候?qū)W的研究方法，將各氣候因素分解，研究“開(kāi)啟”所特有的地域性氣候應(yīng)變模式、技術(shù)策略及現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

“開(kāi)啟”；氣候適應(yīng)性；被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略；鄉(xiāng)土民居；蘇州地區(qū)

1 “開(kāi)啟”的概念

人類建筑成因于“圍合”（enclosing）和“遮蔽”（roofing）①，目的是在廣袤的大地上圍合起一小片空間以供居住[1]。圍合與遮蔽的意義是在自然中劃分出了新的空間，并且形成明確的氣候邊界，而被界定的新空間在使用屬性的驅(qū)使下，必然在其氣候邊界閉合的同時(shí)產(chǎn)生“開(kāi)啟”（opening）。作為內(nèi)、外環(huán)境的過(guò)渡或是聯(lián)接方式，“開(kāi)啟”提供了生活所需的路徑、光、風(fēng)、熱等等，新的空間才能相應(yīng)地被稱作居所?？梢哉f(shuō)，“圍合”、“遮蔽”與“開(kāi)啟”共同構(gòu)成了建筑生成的原始動(dòng)機(jī)。

在內(nèi)外空間的關(guān)系中，“開(kāi)啟”是二者之間可以交互的介質(zhì)（界面意義的“開(kāi)啟”），這就意味著它打破了內(nèi)外之間、自然與建筑之間的領(lǐng)域約束，促使二者間的相互滲透，產(chǎn)生一種新的關(guān)系；同時(shí)，“開(kāi)啟”也是一種具有厚度的復(fù)合空間（空間意義的“開(kāi)啟”），“開(kāi)啟”作為被置于內(nèi)外之間的第三空間，具有多重性的意義，在其漫長(zhǎng)的發(fā)展進(jìn)程中融合了氣候因素、生活形態(tài)、文化習(xí)俗等多重價(jià)值。所以，“開(kāi)啟”更多體現(xiàn)的是一種共生的思想，在包容異質(zhì)元素的同時(shí)，演繹內(nèi)部與外部、建筑與氣候、人與自然的共生。

無(wú)論界面意義的“開(kāi)啟”還是空間意義的“開(kāi)啟”，其形態(tài)既受到氣候、地域等自然因素的影響，同時(shí)也載有文化、技術(shù)等人文信息，集聚營(yíng)建者的智慧，在歷史實(shí)踐中進(jìn)化而成，其形態(tài)表征與內(nèi)在機(jī)制的比對(duì)解析，可概括為表1。

2 鄉(xiāng)土民居與氣候

從自然界的巢穴居住方式開(kāi)始，人類在歷史長(zhǎng)河中所建造的各類鄉(xiāng)土建筑，無(wú)一不真實(shí)地反映了地方氣候與環(huán)境，正所謂氣候的多樣性造就了建筑形態(tài)的多樣性。鄉(xiāng)土民居的物質(zhì)形態(tài)構(gòu)成不僅僅反映了恬淡自守、炊煙依舊的農(nóng)耕時(shí)代對(duì)生活方式、制度習(xí)俗與社會(huì)文化的需求，更是長(zhǎng)期以來(lái)適應(yīng)氣候[2]、不斷進(jìn)化的結(jié)果。它的生成和發(fā)展，是對(duì)外界環(huán)境最樸素的反映，氣候因素在建筑形態(tài)中所投射出的，實(shí)質(zhì)是外部條件與內(nèi)部應(yīng)答的對(duì)話關(guān)系[3]。

維克多·奧戈雅（Victor Olgyay）在提出“氣候平衡理論”[4]（Climate Balanced）時(shí)指出，建筑在產(chǎn)生時(shí)應(yīng)結(jié)合自然環(huán)境，既避免對(duì)環(huán)境的不利行為又能充分利用自然資源，并盡可能地達(dá)到平衡②。當(dāng)然，完美的氣候平衡并不存在，但是鄉(xiāng)土建筑中所體現(xiàn)出的地域技術(shù)，簡(jiǎn)單有效、對(duì)環(huán)境負(fù)面影響小，并且被動(dòng)地利用了自然力，如陽(yáng)光、風(fēng)力、溫度、濕度等氣候要素，體現(xiàn)獨(dú)特的地域性氣候應(yīng)對(duì)策略，其理念與方法對(duì)于重新審視當(dāng)今建筑的發(fā)展也具有相當(dāng)重要的價(jià)值。

3 氣候適應(yīng)性的研究方法

3.1 生物氣候設(shè)計(jì)法

“生物氣候設(shè)計(jì)法”[4]14（Bioclimatic Design Method），從簡(jiǎn)單定性到復(fù)雜定量分析了建筑各要素與建筑熱環(huán)境、熱舒適性之間的關(guān)系，是一種從人體熱舒適的角度分析地區(qū)氣候要素的變化特征的分析方法。這種方法通過(guò)被動(dòng)式的建筑技術(shù)，以當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳛橐罁?jù)，以“生物氣候圖”（Building Bioclimatic Chart）為核心工具，根據(jù)圖表得出一個(gè)與周圍的空氣溫度、濕度、平均輻射溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度及蒸發(fā)散熱等自然因素有關(guān)的人體舒適區(qū)[5]，以及有針對(duì)性的適當(dāng)?shù)闹鳌⒈粍?dòng)式補(bǔ)償策略。

以地方氣候與生物舒適感覺(jué)作為建筑存續(xù)的起點(diǎn)，可以從一味孤立地以人工氣候與自然氣候抗衡，轉(zhuǎn)向追求二者的和諧共生。將建筑對(duì)氣候的利用與科學(xué)定量的分析方法統(tǒng)籌考慮，進(jìn)而可制定策略性的應(yīng)用模式。

3.2 蘇州地區(qū)區(qū)域性生物氣候?qū)W需求

蘇州地區(qū)位于31°3′N，120°6′E，屬于北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖潮濕多雨，季風(fēng)明顯，四季分明。年均溫度15.7℃，1月平均溫度2.5℃，7月平均溫度28℃，氣溫的平均年較差為25.5℃。根據(jù)典型氣象年的氣象參數(shù)，包括每月平均最高、最低溫度，平均最高、最低濕度，太陽(yáng)輻射、風(fēng)速和風(fēng)向等數(shù)據(jù)所繪制的蘇州地區(qū)生物氣候圖[6]（圖1）可以了解到自然年中每個(gè)月的相對(duì)舒適時(shí)間比，以及通過(guò)被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)手段能夠增補(bǔ)的時(shí)間比[7]，其結(jié)果表明：全年無(wú)需任何調(diào)節(jié)措施的舒適時(shí)間比為20.5%，共75天，主要集中在4至6月與9至11月間；夏季熱、濕共存，引導(dǎo)自然通風(fēng)是有效對(duì)策，5至10月間通過(guò)加強(qiáng)通風(fēng)策略可以使全年的舒適時(shí)間比增加18.9%（尤其是7月和8月，在采取適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)策略并能夠獲得4～6m/s的通風(fēng)時(shí)，可以使90%的天數(shù)達(dá)到熱舒適性）；7、8月份通過(guò)直接與間接的蒸發(fā)冷卻措施可以增補(bǔ)4.1%；11月至次年4月借助于完全被動(dòng)式的太陽(yáng)能采暖措施可以增補(bǔ)15.1%。因此，通過(guò)被動(dòng)式調(diào)節(jié)策略全年可共計(jì)增補(bǔ)139天，為全年時(shí)間比的38.1%（表2）。

3.3 “開(kāi)啟”要素的氣候適應(yīng)性應(yīng)變分析研究

氣候適應(yīng)性主要是研究建筑要素與建筑熱舒適環(huán)境（太陽(yáng)輻射、空氣溫度、空氣流動(dòng)、相對(duì)濕度）、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境之間的關(guān)系[8]，“開(kāi)啟”要素構(gòu)建了人與自然間的氣候梯度，在應(yīng)氣候而變[9]的過(guò)程中對(duì)自然氣候與人工氣候之間的動(dòng)態(tài)物質(zhì)與能量進(jìn)行了調(diào)節(jié)與控制。筆者以建筑“開(kāi)啟”為研究切入點(diǎn)，以蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居為依托，對(duì)“開(kāi)啟”要素的氣候應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行較為詳盡的探討?！伴_(kāi)啟”不是單一個(gè)體的提取，而是存在于以氣候條件為主導(dǎo)、有著多重內(nèi)在關(guān)聯(lián)的地區(qū)建筑營(yíng)建體系之下。同時(shí)，“開(kāi)啟”并非形式本身，而是產(chǎn)生形式的原型，與“圍合”、“遮蔽”等要素相比較，“開(kāi)啟”的形式更多受制于特定的地區(qū)環(huán)境、氣候條件以及人的活動(dòng)，是特定條件下發(fā)展出的一套應(yīng)變、調(diào)節(jié)微氣候環(huán)境的被動(dòng)式策略，是以應(yīng)變的原則最大限度地獲取室內(nèi)舒適環(huán)境。

表1 兩種“開(kāi)啟”的概念表述Tab.1 two concepts of architectural “opening”

表2 蘇州地區(qū)氣候調(diào)節(jié)策略各月有效時(shí)間比Tab.2 each month’s effective time proportion of climate regulation strategies in Suzhou

圖1 蘇州地區(qū)生物氣候圖Fig.1 building bioclimatic chart of Suzhou

本文的案例調(diào)研范圍為蘇州地區(qū)的陸巷村、楊灣村、三山村、明月灣村和東村（圖2），五個(gè)村莊均建村較早，經(jīng)歷了明清時(shí)期香山幫建筑的高水準(zhǔn)發(fā)展，留存有大量形態(tài)完整、質(zhì)量較高的鄉(xiāng)土民居建筑。并且，五個(gè)村莊均未受到旅游業(yè)的侵?jǐn)_，身處太湖腹地，風(fēng)貌古樸，村落與建筑形態(tài)保持著蘇南湖網(wǎng)地帶鄉(xiāng)土聚落的原生狀態(tài)。調(diào)研過(guò)程針對(duì)鄉(xiāng)土民居中的“開(kāi)啟”要素（諸如門(mén)、窗、蟹眼天井、騎廊、雀宿檐、挑層、透風(fēng)、拔風(fēng)、天眼、地漏等等），展開(kāi)全面充分的田野調(diào)查與圖紙測(cè)繪（表3-4）。根據(jù)調(diào)研的結(jié)果，首先從功能意義與空間意義的層面入手，進(jìn)行“開(kāi)啟”要素的類型歸納，再以性能意義為側(cè)重點(diǎn)，針對(duì)此地區(qū)高溫、潮濕、多雨、靜風(fēng)天氣較多的氣候特點(diǎn)，通過(guò)將各氣候因素的分解，多維度地剖析“開(kāi)啟”要素的熱應(yīng)變、光應(yīng)變、風(fēng)應(yīng)變、濕應(yīng)變性能與策略。

圖2 調(diào)研村落區(qū)位示意Fig.2 locations of surveyed villages

表3 蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居“開(kāi)啟”要素特性因子類型歸納Tab.3 characteristic factor types of “opening” elements in Suzhou’s vernacular dwellings

表4 蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居“開(kāi)啟”要素圖示Tab.4 images of “opening” elements in Suzhou’s vernacular dwellings

4 熱應(yīng)變性能分析

蘇州地區(qū)年太陽(yáng)輻射總量為4651.1MJ/m2，夏季輻射總量為1580.8 MJ/m2，7月份溫度到達(dá)峰值后逐漸遞減。開(kāi)啟要素的熱應(yīng)變模式主要應(yīng)用為界面意義開(kāi)啟的隔熱、散熱措施，和空間意義的開(kāi)啟以自身形態(tài)構(gòu)建氣候梯度及構(gòu)造方式的應(yīng)變遮陽(yáng)策略。

4.1 界面意義的“開(kāi)啟”

墻體和屋頂是隔離室外熱輻射的重要?dú)夂蜻吔纾谔K州地區(qū)的鄉(xiāng)土民居中，外墻基本都采用吸熱少、熱惰性好的磚、石等重質(zhì)材料，封閉高聳，有著很好的隔熱性能。因此，在民居對(duì)外的氣候界面上，是以不開(kāi)啟、少開(kāi)啟為原則。傳統(tǒng)村落中常見(jiàn)的高墻小窗式的設(shè)計(jì)，除了防御、內(nèi)向的功能與形態(tài)要求之外，對(duì)溫度調(diào)節(jié)也起到了室內(nèi)防曬、疏導(dǎo)散熱的重要作用（圖3）。

圖3 外墻界面“開(kāi)啟”方式Fig.3 “opening” methods in external interface

在鄉(xiāng)土民居的內(nèi)部，則采取了與外墻截然相反的盡量通透的開(kāi)啟原則。面向天井的廳堂一般為三開(kāi)間，多是三開(kāi)間均設(shè)長(zhǎng)窗（隔扇門(mén)），長(zhǎng)窗可裝可卸，能適應(yīng)不同開(kāi)間的變化，其上的花棱同時(shí)兼有遮陽(yáng)和采光的作用?；蛘呷_(kāi)間的中間一間設(shè)長(zhǎng)窗，兩側(cè)的次間為半窗（隔扇窗）或和合窗，半窗也常見(jiàn)于二層。半窗與長(zhǎng)窗這種大面積的開(kāi)啟方式十分有利于對(duì)流散熱，加速室內(nèi)外空氣的熱交換；和合窗一列三扇，上下兩扇固定，中扇用摘鉤支撐，夏季向上開(kāi)啟時(shí)形成遮陽(yáng)，利于防曬。

較為考究的民居也會(huì)采用雙層長(zhǎng)窗和雙層窗來(lái)調(diào)節(jié)氣候，雙層長(zhǎng)窗是在廳堂門(mén)窗內(nèi)的第二進(jìn)屋檁和柱間再安裝一層可拆卸的落地長(zhǎng)窗（可南北均設(shè)或者只設(shè)于北側(cè)），由原來(lái)的單層門(mén)窗變?yōu)殡p層，增強(qiáng)冬季室內(nèi)的保溫效果（圖4）。雙層窗的外窗為柵窗，可遮陽(yáng)、避雨、通風(fēng)換氣、增強(qiáng)保護(hù)，內(nèi)窗用玻璃窗、花棱或平棱窗，保證光照。雙層窗的熱性能較好，夏季外側(cè)關(guān)閉內(nèi)側(cè)開(kāi)啟，遮陽(yáng)的同時(shí)通風(fēng)換氣；冬季外側(cè)開(kāi)啟內(nèi)側(cè)關(guān)閉，既保證采光又能減少熱量流失（圖5）。

從單扇開(kāi)啟至整面開(kāi)啟，甚至花廳式的四面開(kāi)啟，雖然有助于內(nèi)外空氣的迅速熱交換，但是當(dāng)太陽(yáng)高度角升高后所產(chǎn)生的直接熱輻射會(huì)導(dǎo)致微氣候環(huán)境中溫度的整體升高。因此，為了減少實(shí)際的熱量，鄉(xiāng)土民居中同時(shí)會(huì)采取設(shè)置氣候梯度的策略。

圖4 雙層長(zhǎng)窗示意（明月灣村禮和堂）Fig.4 double partition door (Lihe Building in Mingyuewan Village)

圖5 雙層窗通風(fēng)、隔熱性能示意Fig.5 ventilated and heatproof performance of double window

4.2 空間意義的“開(kāi)啟”（氣候緩沖空間）

空間意義的開(kāi)啟不僅僅是空間過(guò)渡區(qū)域的層級(jí)，同時(shí)也是氣候緩沖空間的空間梯度，氣候緩沖空間又稱為“溫度阻尼區(qū)”（Buffel Zone），通過(guò)創(chuàng)造梯度、增加層級(jí)，可以減弱沖突，這具有普遍的適用意義。

天井既是人們體察四季、晝夜變化的重要窗口，也是民居中重要的開(kāi)啟空間。蘇州地區(qū)的鄉(xiāng)土民居，無(wú)論是“三間兩搭廂”還是“對(duì)合”的建筑形式，都是以天井為核心溝通內(nèi)外的居住模式[10]。而且天井狹小，進(jìn)深較淺，進(jìn)深與建筑的高度比通常為1:1，這樣的比例在實(shí)際應(yīng)用中受太陽(yáng)直射的墻地面積小，陰影區(qū)大，有利于減少熱量的傳遞。此外，由于天井四周垂直界面對(duì)空氣水平運(yùn)動(dòng)的限制，層積效應(yīng)導(dǎo)制天井內(nèi)的氣溫產(chǎn)生豎向梯度，如此天井便成為整座建筑的氣候緩沖器與阻尼區(qū)。

蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居的建筑高度基本為兩層，在調(diào)節(jié)天井內(nèi)熱效應(yīng)時(shí)常見(jiàn)兩類開(kāi)啟空間。一類是“挑層”③，即二層出挑，擴(kuò)大使用空間的同時(shí)為底層形成陰影[11]（圖6a）。當(dāng)樓層梁出挑較大時(shí)，在廊柱間設(shè)欄桿形成外挑的二層檐廊（圖6b），樓層梁出挑較小時(shí)，將二層長(zhǎng)窗裝于縮進(jìn)的步柱間形成后退的二層檐廊（圖6c）；另一類是在層間處設(shè)置披檐，檐下設(shè)檐柱形成底層外伸的檐廊或騎廊（圖6e-g），或者不設(shè)檐柱謂之雀宿檐（圖6d）。挑層與檐下空間均是以氣候界面進(jìn)行層次處理的設(shè)計(jì)策略，利用自身所形成的空氣緩沖層，在人工氣候與自然氣候之間構(gòu)筑一個(gè)可以調(diào)節(jié)的緩沖區(qū)域，在一定程度上改變了氣候的不利影響，應(yīng)對(duì)了氣候的變化。

4.3 夏季遮陽(yáng)應(yīng)變模式量化分析

圖6 空間“開(kāi)啟”的溫度阻尼區(qū)示意Fig.6 buffer zone of the spatial meaning “opening”

“遮陽(yáng)”是炎熱季節(jié)應(yīng)對(duì)熱環(huán)境的有效策略，當(dāng)室外太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大于279W/m2、陽(yáng)光照射室內(nèi)時(shí)間超過(guò)1h、照射室內(nèi)深度達(dá)0.5m等情況時(shí)，就須采取遮陽(yáng)措施。蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居中，上述的空間開(kāi)啟作為室內(nèi)空間的遮陽(yáng)屏障時(shí)，挑層是利用建筑二層的出挑為底層起遮陽(yáng)的作用；雀宿檐是通過(guò)挑檐在外部空間中界定開(kāi)啟空間的遮陽(yáng)范圍；騎廊與檐廊在建筑底層形成較寬的具有遮陽(yáng)與生活雙重功能的開(kāi)啟空間，二者區(qū)別是，檐廊完全置于主體建筑之外，而騎廊半外半內(nèi)梯度效果更好；二層檐廊則是借助于上層建筑的后退（氣候界面設(shè)于步柱間），為二層提供遮陽(yáng)空間。楊灣村崇本堂的二層檐廊不僅不能夠進(jìn)入也不具備使用功能，僅作為氣候空間，提升遮陽(yáng)效果（圖7）。

圖7 僅作為氣候空間的二層檐廊（楊灣村崇本堂）Fig.7 the second floor eaves gallery as buffer zone (Chongben Building in Yangwan Village)

表5 蘇州地區(qū)部分鄉(xiāng)土民居空間“開(kāi)啟”的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與夏季遮陽(yáng)指導(dǎo)數(shù)據(jù)Tab.5 the measured data and summer sun-shade’s guide data of the spatial meaning “opening” in part of Suzhou’s vernacular dwellings

蘇州地區(qū)夏至日正午時(shí)分太陽(yáng)高度角為81°96′，根據(jù)圖8，得出計(jì)算公式：L=B-H/tanhs，其中：L為陰影深度；B為遮陽(yáng)構(gòu)件寬度；H為檐底距地面高度；hs為太陽(yáng)高度角。

即L=B-H/7.08，根據(jù)調(diào)研中測(cè)得的鄉(xiāng)土民居遮陽(yáng)構(gòu)件的高度、寬度數(shù)據(jù)，即使在出挑最?。?.9m）、高寬比最大（3.89）的最不利情況下，也可獲得0.4m即45%的陰影深度。通過(guò)計(jì)算結(jié)果的比對(duì)分析，可以得出適用的遮陽(yáng)策略與高寬比的指導(dǎo)數(shù)據(jù)（表5），當(dāng)騎廊與檐廊的高寬比在1.7左右時(shí)即可獲得80%的陰影深度，即檐柱以內(nèi)均被陰影覆蓋，比較適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境，也是被廣泛采用的原因。而雀宿檐與挑層的高寬比控制在3.5以內(nèi)時(shí)就可獲得50%左右的陰影，可保證一天中最熱時(shí)段一層的墻面與開(kāi)啟免于陽(yáng)光直射；二層的層高通常較一層低（檐下高度一般為3m左右），二層檐廊基本都可獲得90%以上的陰影深度。

5 光應(yīng)變性能分析

開(kāi)啟要素作為光應(yīng)變策略時(shí)，分為利用直射光和利用反射光兩種方法。直射光是通過(guò)界面開(kāi)啟與空間開(kāi)啟可調(diào)節(jié)的直接納入光照，反射光則是借助空間開(kāi)啟的界面反射進(jìn)行的間接采光。

5.1 直接光照策略

通常，依賴天井進(jìn)行采光的廳堂、房間，其夏季遮陽(yáng)與冬季采光應(yīng)并置考慮，將空間開(kāi)啟的檐底標(biāo)高根據(jù)陽(yáng)光入射的路徑而定，使之既能夏季遮擋陽(yáng)光、在冬季又有盡可能多的陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)[12]。按照冬至日正午太陽(yáng)高度角35°44′，由上述公式可以得出L=B-H/0.711，L=（0.9～2.2）-（2.1～3.7）/0.711，即現(xiàn)有民居調(diào)研案例中的開(kāi)啟空間在冬季一層室內(nèi)均可以形成不小于2.7m的光照深度（表6）。有些民居在建造時(shí)更是巧妙地利用構(gòu)造手段分析太陽(yáng)角度，通過(guò)將挑層外挑的梁底標(biāo)高抬高40～60cm，使之獲取更多的光照。

表6 蘇州地區(qū)部分鄉(xiāng)土民居空間“開(kāi)啟”的冬季室內(nèi)采光深度Tab.6 the depth of winter indoor daylighting of the spatial meaning “opening” in part of Suzhou’s vernacular dwellings

鄉(xiāng)土民居因?yàn)榈讓痈叨绕毡檩^高，界面開(kāi)啟的高度受限不能抵至梁下時(shí)，便在長(zhǎng)窗、半窗或和合窗之上裝設(shè)不開(kāi)啟的橫披窗。橫披窗增加了廳堂的采光面積，但是當(dāng)廳堂、房間都為單側(cè)采光時(shí)，進(jìn)深應(yīng)該有所限制：（L/W）+（L/H）≤2/（1-Rb），其中：L為進(jìn)深，W為開(kāi)間，H為窗戶上檻高度，Rb為室內(nèi)表面的平均反射系數(shù)[13]。以三開(kāi)間為例，房間進(jìn)深控制在層高的1.5倍以內(nèi)即4～6m時(shí)，光照度較好，當(dāng)三開(kāi)間均為長(zhǎng)窗時(shí)室內(nèi)窗地比為63.4%，當(dāng)兩次間為半窗時(shí)窗地比為49.3%，將窗棱的遮光系數(shù)折減后仍可以滿足室內(nèi)采光要求。

因?yàn)猷l(xiāng)土民居中很少設(shè)有外墻開(kāi)啟，一些不能有光照通達(dá)、光線較差的轉(zhuǎn)角部位會(huì)采取在屋面開(kāi)設(shè)“天眼”的方式直接采光，天眼的采光效果和原理等同于現(xiàn)代建筑中的天窗，但是大小受限，鑒于沒(méi)有雨天防漏措施，只能永久固定不作開(kāi)啟。

5.2 間接光照策略

間接光照是針對(duì)民居中段采光較差的走廊、房間，或者民居盡端的房間因防御需求不便在外墻開(kāi)窗時(shí)，利用建筑形態(tài)布局，設(shè)置平面緊湊的開(kāi)啟空間（如冷巷、蟹眼天井等）以加強(qiáng)采光效果（表7）。冷巷通常位于民居的兩落之間，兩旁的建筑經(jīng)由開(kāi)向冷巷的窗戶獲得漫反射光照。蟹眼天井則是蘇州地區(qū)天井中的一種特別形式，一是因?yàn)榭臻g尺度較?。ㄟM(jìn)深一般為1.2～1.8m），二是通常左右對(duì)稱，高處望去，就像螃蟹的兩只眼睛而得名。但在具體的案例中，也常以單個(gè)或者狹長(zhǎng)的形式出現(xiàn)。相比較于可同時(shí)作為生活空間的一般天井，蟹眼天井在民居中的存在意義則完全是一種開(kāi)啟的性能策略。由于其空間尺度小，直射光照很難進(jìn)入，通常是通過(guò)漫反射光提升亮度，以及借助“反光板”的原理，使自然光線借由對(duì)蟹眼天井白色影壁的反射之后進(jìn)入室內(nèi)，進(jìn)行間接采光。反射光照的光線相對(duì)柔和、穩(wěn)定，當(dāng)墻面亮度對(duì)比過(guò)大而產(chǎn)生眩光時(shí)，還可以利用開(kāi)啟空間內(nèi)竹、芭蕉等植物的種植進(jìn)行調(diào)節(jié)，方寸之間，展現(xiàn)出四季變換的圖景（圖9）。

表7 蟹眼天井、冷巷間接光照采光策略Tab.7 indirect lighting strategies of crab-eye courtyard and cooling alley

圖8 蘇州地區(qū)夏至日正午太陽(yáng)高度角分析Fig.8 analysis of solar elevation at noon in summer solstice day in Suzhou

圖9 蟹眼天井內(nèi)植物圖景（陸巷村惠和堂）Fig.9 plant scenery in crab-eye courtyard (Huihe Building in Luxiang Village)

6 風(fēng)應(yīng)變性能分析

鄉(xiāng)土民居對(duì)風(fēng)環(huán)境的利用不局限于門(mén)、窗、洞口等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開(kāi)啟方式，而是綜合利用室內(nèi)外條件，根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、建筑布局、建筑形態(tài)等組織通風(fēng)途徑與通風(fēng)模式。在建造方式上，通過(guò)對(duì)開(kāi)啟要素的應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)，達(dá)成性能良好的通風(fēng)效果。蘇州地區(qū)生物氣候圖表明，通過(guò)提升自然通風(fēng)效果可以增加69天氣候舒適天數(shù)，占全年時(shí)間比的19%。因此，相應(yīng)的調(diào)節(jié)策略效果顯著。

6.1 通風(fēng)應(yīng)變的途徑

6.1.1 順導(dǎo)模式

在外部有風(fēng)的情形下，通過(guò)開(kāi)啟要素組織進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)路線，可使自然風(fēng)順暢地通過(guò)并帶走室內(nèi)濕氣、熱氣，改善空氣舒適度。主導(dǎo)風(fēng)向?qū)ο募咀匀煌L(fēng)和冬季室內(nèi)熱損耗的影響程度很大，蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居的朝向基本為東南向，即在與夏季主導(dǎo)風(fēng)向（南偏東風(fēng)）的入射角小于45°時(shí)，可使室內(nèi)獲得較多的穿堂風(fēng)[14]。

通常，鄉(xiāng)土民居中的界面開(kāi)啟與空間開(kāi)啟多數(shù)都采取與住宅縱深軸線相垂直的橫向布局，更有一些民居為了爭(zhēng)取通風(fēng)量，取消了天井兩側(cè)的廂房，尤其是作為整座建筑的主要進(jìn)風(fēng)口的首進(jìn)天井（如陸巷村遂高堂與楊灣村馮宅），將其全部開(kāi)間作為迎風(fēng)面的氣流通道。同時(shí)，在氣流通道的主要路徑上，采用通透的方式減少對(duì)風(fēng)向風(fēng)速的阻擋。具體做法，首先是位于主要軸線上的部分廳堂不設(shè)門(mén)扇；其次，考慮到屋內(nèi)的相對(duì)私密性以及冬季防風(fēng)的目的，朝向天井的開(kāi)間整面設(shè)置通透的長(zhǎng)窗或半窗，根據(jù)需求靈活開(kāi)啟或全部拆卸，在夏季形成最佳的通風(fēng)散熱效果（圖10）。此外，因南北縱深大、南北面接受太陽(yáng)熱輻射的差異性，民居內(nèi)北側(cè)空間溫度較低，由溫度差產(chǎn)生了自北向南微弱的循環(huán)氣流，北側(cè)天井內(nèi)放置的水缸還可增加氣流中的濕度，使室內(nèi)微氣候更加舒適。

同樣，為了有利于迎風(fēng)對(duì)流，一些鄉(xiāng)土民居的南向院墻會(huì)設(shè)得相對(duì)低矮，或者在高大的院墻上端開(kāi)設(shè)鏤空通透、圖案雅致的雕花漏窗，起到引風(fēng)、透風(fēng)的作用。

6.1.2 誘導(dǎo)模式

由于自然風(fēng)的不穩(wěn)定性以及民居自身的封閉性、或者在室外處于無(wú)風(fēng)狀態(tài)不能形成足夠的風(fēng)壓時(shí)，就需要根據(jù)熱效應(yīng)原理設(shè)置豎向和橫向的“拔風(fēng)井”來(lái)誘導(dǎo)室內(nèi)空氣流通。

圖10 陸巷村遂高堂導(dǎo)風(fēng)示意圖Fig.10 ventilation mode of Suigao Building in Luxiang Village

冷巷與天井協(xié)同構(gòu)成民居中的立體拔風(fēng)系統(tǒng)，其誘導(dǎo)通風(fēng)策略通過(guò)結(jié)合自遮陽(yáng)與墻地蓄冷發(fā)揮作用。冷巷的寬度一般小于2m，高寬比大于2，遮陽(yáng)充分，南北的溫度差異利于熱效應(yīng)拔風(fēng)；天井的高度一般為1～2層，進(jìn)深通常在4～7m之間，白天屋面溫度較高時(shí)，挑檐下的遮陽(yáng)空間由于材料的熱惰性作用而溫度較低，上下部分的溫差在靜風(fēng)時(shí)便產(chǎn)生自下而上的氣流。也有民居利用挑層進(jìn)行天井的變截面處理，從地面到屋頂?shù)拈_(kāi)啟截面逐漸減小，進(jìn)而增加拔風(fēng)的效果。冷巷與天井的導(dǎo)風(fēng)效果還得利于墻地蓄冷，重質(zhì)外墻的厚度基本為300mm左右，大地的溫度更是相對(duì)恒定，蓄冷體夜間蓄冷日間蓄熱[15]，在白天外部溫度波動(dòng)時(shí)，自身溫度波動(dòng)延緩和衰減，起到熱穩(wěn)定和熱延遲的作用，這種日夜交替的熱調(diào)節(jié)功能對(duì)誘導(dǎo)式通風(fēng)十分有利。

6.1.3 “開(kāi)啟”的尺度、位置及通風(fēng)模式鄉(xiāng)土民居的形態(tài)封閉，較大的開(kāi)啟只面向天井，所以就主軸線上主要廳堂之外的房間而言，大多為單側(cè)通風(fēng)，但其通風(fēng)效果相對(duì)較差，而在整體建筑中更多發(fā)揮作用的則是雙側(cè)通風(fēng)（穿堂風(fēng)）。鄉(xiāng)土民居自身縱深向的布局方式，既具有較強(qiáng)的空間引導(dǎo)性，也有利于穿堂風(fēng)的形成。而在剖面布局中，開(kāi)啟相對(duì)高差越大、室內(nèi)外溫差越大，通風(fēng)的效果越好。實(shí)際研究顯示，當(dāng)開(kāi)啟的寬度為開(kāi)間的1/2～1/3、開(kāi)啟面積為房間面積的15%～25%時(shí)通風(fēng)質(zhì)量最佳。并且經(jīng)夏季現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，東村敬修堂北側(cè)內(nèi)廳處天井內(nèi)的風(fēng)速明顯高于正廳入口處的風(fēng)速，甚至在靜風(fēng)情況下，都有涼風(fēng)習(xí)習(xí)之感。從導(dǎo)風(fēng)分析圖（圖11）中可看出，作為進(jìn)風(fēng)口的正廳，前墻的開(kāi)啟面積大于后墻的開(kāi)啟面積，正廳的開(kāi)啟面積又大于蟹眼天井的開(kāi)啟面積，氣流由南至北從蟹眼天井迅速流出時(shí)，加劇了對(duì)后廳天井的拔風(fēng)效果。同時(shí)，居住者也可以通過(guò)調(diào)節(jié)前門(mén)和后窗的開(kāi)啟大小來(lái)控制風(fēng)速和風(fēng)量。

6.2 通風(fēng)應(yīng)變的模式

6.2.1 “三間兩搭廂”通風(fēng)模式

三面房屋一面高墻構(gòu)成三間兩搭廂的建筑形式，通常正屋三間，兩廂各一間，高墻設(shè)磚細(xì)墻門(mén)（內(nèi)宅門(mén)樓），當(dāng)中為天井。根據(jù)生物氣候圖，通過(guò)引導(dǎo)自然通風(fēng)可增加的舒適時(shí)間比主要集中在5—10月，取春分至秋分之間每天下午兩點(diǎn)鐘的平均太陽(yáng)高度角58°35′，天井內(nèi)陰影深度為：L=H/tan58.35，檐口平均高度為7m時(shí)，則L=4.32m，在高寬比基本為1:1的天井中可以形成≥60%的陰影區(qū)。由圖12a分析得出，此建筑形態(tài)中上下層各自應(yīng)用了不同的通風(fēng)模式，一層空間對(duì)應(yīng)的天井空間大半處于溫度較低的陰影區(qū)，以熱壓通風(fēng)為主，以由墻門(mén)進(jìn)入的穿堂風(fēng)為輔；二層的天井空間受陰影區(qū)影響小，其高度更接近天井上口，高墻上端更有漏窗引導(dǎo)通風(fēng)，主要采用的是風(fēng)壓通風(fēng)方式。

6.2.2 “對(duì)合”通風(fēng)模式

對(duì)合是四面房屋圍合的建筑形式，天井的圍合程度比三間兩搭廂好，日間形成的陰影區(qū)在90%以上，天井內(nèi)外的溫度壓力差所形成的熱壓通風(fēng)是對(duì)合形式主要的通風(fēng)策略（圖12b）。根據(jù)風(fēng)影區(qū)理論，此模式的風(fēng)壓通風(fēng)效果有限，建筑內(nèi)空氣流動(dòng)性小，不利于底層較封閉房間的散熱與散濕，但仍被廣泛采用，其原因可歸結(jié)為：鄉(xiāng)土民居多沿水系布局，熱壓通風(fēng)不受建筑朝向影響；同時(shí)，蘇州地區(qū)靜風(fēng)天氣較多，熱壓通風(fēng)不受外部風(fēng)環(huán)境的限制，具有不間斷性，是改善微氣候的有效手段。

6.2.3 蟹眼天井通風(fēng)模式

蟹眼天井的位置不受制于居所空間的序列等級(jí)，常設(shè)于進(jìn)深較大的廳堂的北側(cè)、廊的兩旁、民居的盡端及有通風(fēng)采光需要的地方，其通風(fēng)原理同樣是通過(guò)熱壓效應(yīng)進(jìn)行誘導(dǎo)式通風(fēng)（圖12c），并且因其進(jìn)深小、直射光不能進(jìn)入，天井內(nèi)可以保持相對(duì)較低的溫度，而開(kāi)啟口徑小又能提高氣流通過(guò)的速度，拔風(fēng)效果事半功倍。

7 濕應(yīng)變性能分析

圖11 東村敬修堂平面、剖面導(dǎo)風(fēng)示意圖Fig.11 the plane and sectional ventilation mode of Jingxiu Building in Dong Village

建筑室內(nèi)環(huán)境的潮濕主要包含兩個(gè)方面：一是空氣相對(duì)濕度大導(dǎo)致建筑潮濕；二是地下水位高導(dǎo)致地面潮濕。蘇州地區(qū)的潮濕現(xiàn)象突出表現(xiàn)在6—7月的梅雨季節(jié)，近一個(gè)月時(shí)長(zhǎng)的陰雨綿綿，空氣濕度大，加之此時(shí)靜風(fēng)天氣多，因而室內(nèi)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)返潮的現(xiàn)象，而地下水位較高也容易導(dǎo)致地面和墻腳常年潮濕。

7.1 “透風(fēng)”與“拔風(fēng)”

結(jié)合地面防潮策略，最常用到的開(kāi)啟要素為“透風(fēng)”。蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居室內(nèi)地面的常見(jiàn)做法是在夯實(shí)地基的基礎(chǔ)上鋪一層三合土，再在夯實(shí)后的三合土上鋪設(shè)面層。一般廳堂用石板或磚直接作為面層，而臥室采用架空木地板的方式，其做法是在面層上先鋪一層石灰與一層細(xì)砂，再等距放置倒置的酒壇作為地龍（有些人家還會(huì)在壇內(nèi)裝滿石灰或木炭），然后上鋪木地板，架空后的木地板一般高出廳堂地面25～30cm，其間形成一個(gè)空氣隔層，并在朝向廳堂的踢腳板與朝向外廊的墻腳處每隔2米左右開(kāi)設(shè)一個(gè)直徑10cm大小的通風(fēng)洞口——透風(fēng)（圖13），這樣不但阻斷了地下的毛細(xì)水向上滲透，還通過(guò)空氣隔層內(nèi)的氣體流動(dòng)，提高除濕的效果。

一些鄉(xiāng)土民居中的廳堂和臥室常會(huì)在室內(nèi)主梁架下設(shè)置一個(gè)吊頂層，形成形式多樣的軒。軒可以改善室內(nèi)的視覺(jué)效果，同時(shí)也在它與屋面之間形成了一個(gè)封閉的空氣間層——熱池（圖14）。夏季白天熱池內(nèi)積蓄的熱量若不能及時(shí)排出，夜晚室外溫度低時(shí)便會(huì)在屋面內(nèi)側(cè)形成結(jié)露，同時(shí)雨季時(shí)由屋面不間斷滲入的毛細(xì)水也會(huì)增加熱池內(nèi)的濕度，形成液態(tài)水。因此，通常會(huì)在軒的隱蔽部位設(shè)置若干鏤空的通氣口，以及在屋頂兩側(cè)的山墻部位開(kāi)設(shè)小如洞口、名為“拔風(fēng)”的開(kāi)啟（圖15），高度較高的洞口位置非常利于將吊頂內(nèi)的熱空氣與水汽抽走，使熱池能夠正常發(fā)揮隔熱作用。

7.2 有組織排水

圖12 三種通風(fēng)應(yīng)變模式Fig.12 three ventilation modes

鄉(xiāng)土民居形制內(nèi)向，在多雨的季節(jié)為了能夠迅速將雨水排出至室外，一般天井在建造時(shí)會(huì)在周邊埋設(shè)有暗溝，雨天天井內(nèi)所匯集的雨水通過(guò)地漏快速排入暗溝，屋面的雨水通過(guò)檐口下的流水槽經(jīng)由落水管同樣匯入暗溝，再經(jīng)由暗溝統(tǒng)一排至室外的排水溝內(nèi)。暗溝內(nèi)的水流出建筑時(shí)，講求生財(cái)、婉轉(zhuǎn)曲折的風(fēng)水說(shuō)法，地漏的蓋板由石板或磚鑿成，通常也做成銅錢(qián)圖案作為裝飾。

圖13 “透風(fēng)”（楊灣村崇本堂）Fig.13 “the ventilated hole” (Chongben Building in Yangwan Village)

圖14 “熱池”濕效應(yīng)示意Fig.14 humidity effect of “hot pool”

為了防止暗溝被堵，常見(jiàn)的做法是在天井地漏的正下方或是隔開(kāi)一段距離，埋一口水缸，用于沉淀水中的各種雜質(zhì)，缸的上方設(shè)蓋，方便定期清理缸中的雜物。水缸同時(shí)也有儲(chǔ)水的功能，其作用類似于現(xiàn)代建筑中常用的集水井。

8 結(jié) 語(yǔ)

氣候，不止是構(gòu)成建筑的自然因素，更是促進(jìn)生活與文明的主導(dǎo)因素，是人類文化的原動(dòng)力。鄉(xiāng)土民居，是人類活動(dòng)長(zhǎng)期適應(yīng)自然環(huán)境的結(jié)果，是“順?biāo)臅r(shí)而適寒暑，和喜怒而安居處”，睨視日夜交替與起落更迭的一方天地?！伴_(kāi)啟”，不僅僅是印有記憶、構(gòu)建詩(shī)意圖景的符號(hào)，其自身更是蘊(yùn)藏豐富可能、具有生命的活體，它能夠?qū)夂蝻L(fēng)土與物的性能、生活的場(chǎng)景、文化的需求進(jìn)行巧妙的關(guān)聯(lián)，在氣候、技術(shù)、生活、文化之間取得統(tǒng)一。

在氣候、鄉(xiāng)土民居、“開(kāi)啟”三者共構(gòu)的生態(tài)營(yíng)建體系之下，鄉(xiāng)土民居中“開(kāi)啟”與氣候的對(duì)話仍然擲地有聲地向今天的人們傳達(dá)它們的使命與意義。首先，每一個(gè)“開(kāi)啟”要素都不是單一性能的存在，而是個(gè)體自身多重性能的重疊，通過(guò)個(gè)體與個(gè)體之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，保持著微氣候的平衡穩(wěn)定；其次，“開(kāi)啟”應(yīng)對(duì)地方氣候，不僅僅是被動(dòng)地適應(yīng)，更是一個(gè)積極的創(chuàng)造過(guò)程，主動(dòng)地調(diào)控動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的構(gòu)建因素，使之適應(yīng)氣候，這是一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)能夠不斷進(jìn)化的保證；最后，“開(kāi)啟”體現(xiàn)的是一種共生思想，以應(yīng)變的方式與環(huán)境和諧、與氣候平衡，其背后的價(jià)值并不會(huì)歷時(shí)性地消解，而是智慧地告訴我們?nèi)绾喂矔r(shí)性地共生，并為當(dāng)今地域可持續(xù)性營(yíng)建體系的構(gòu)建，在營(yíng)造策略與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上提供在地的參照。

圖15 蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居中的”軒”與“拔風(fēng)”（三山村清儉堂、東村徐宅）Fig.15 ceiling and exhaust hole in Suzhou’s vernacular dwellings (Qingjian Building in Sanshan Village, Xu Building in Dong Village)

注釋：

① 戈特弗里德·森佩爾（Gottfried Semper）在1848年的一次演講中區(qū)分了建筑的兩種原始形式：墻體和屋頂，它們分別對(duì)應(yīng)于人類的兩種基本動(dòng)機(jī)——圍合（enclosing）和遮蔽（roofing），構(gòu)成了人類原始的住居形式。

② “理想的建筑生成過(guò)程應(yīng)該是借助于（而非對(duì)抗）自然力，創(chuàng)造出更加適宜的居住條件。如果建筑在某一具體的場(chǎng)地環(huán)境中既能夠降低對(duì)自然的破壞力，同時(shí)又可以充分利用自然資源提供生活的舒適性，即可被稱為達(dá)到‘氣候平衡’。”整理自O(shè)lgyay V. Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism[M]. Princeton: Princeton University Press, 1963: 10.

③ “民居底層大梁挑出廊柱外，梁端上立柱櫊桁條、椽子，上為屋面?！闭碜孕烀裉K,詹永偉, 梁支廈, 等. 蘇州民居[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1991: 92.

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[2] I·L·麥克哈格. 設(shè)計(jì)結(jié)合自然[M]. 芮經(jīng)緯, 譯. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1992: 57.

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[15] 張?chǎng)H. 氣候與建筑形式解析[M]. 成都: 四川大學(xué)出版社, 2010: 194.

圖表來(lái)源：

圖1-2、5-6、8、10-12、14：作者繪制

圖3、7、9、13、15：作者拍攝

圖4：作者拍攝繪制

表1-3、5-6：作者繪制

表4、7：作者拍攝繪制

（編輯：蘇小亨）

A Study on the Climate Adaptability of “Opening” Elements in Suzhou’s Vernacular Dwellings

Based on the investigation of “opening” elements of vernacular dwellings in Suzhou, this paper tries to make a detailed interpretation of responsive measures and passive design strategies of architectural “opening”, which have been developed in the process of longterm adaptation to the climate. In the meantime, by the aid of building bioclimatic chart and decomposing analysis, this paper focuses on the research of regional climate responding model and technique strategies of architectural “opening”.

Architectural “Opening”; Climate Adaptability; Passive Design Strategies; Vernacular Dwellings; Suzhou

10.13791/j.cnki.hsfwest.20150206

閔天怡, 張彤. 蘇州地區(qū)鄉(xiāng)土民居“開(kāi)啟”要素的氣候適應(yīng)性淺析[J]. 西部人居環(huán)境學(xué)刊, 2015, 30(02): 25-35.

TU119

B

2095-6304(2015)02-0025-11

* 國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（51238011）

閔天怡：東南大學(xué)建筑學(xué)院，博士研究生

張 彤（ 通訊作者）：東南大學(xué)建筑學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師，dlab@vip.sina.com

2015-04-03