嶺南民居天井的熱環(huán)境分析

文/鄭銘儀 廣東天盾人防工程科技有限公司 廣東廣州 510000

嶺南傳統(tǒng)民居在濕熱氣候中產(chǎn)生并流傳至今，它不斷地適應(yīng)、改進、融合，創(chuàng)造出屬于自己的特點。其中天井的作用更是妙不可言——天井在傳統(tǒng)民居中發(fā)揮著其獨特的調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候的作用，適應(yīng)嶺南人的生活習性，并很好地解決了嶺南氣候條件下居住環(huán)境中的“通風散熱”問題。不管是通風、換氣、采光、納陽、集雨、排水、晾曬衣物、飼養(yǎng)家禽等物質(zhì)生活功能，還是玩耍、觀賞、聊天、看天、祭天、美化環(huán)境等精神生活功能，都在這不顯眼不引人注目的小天井里循環(huán)上演著。嶺南地區(qū)夏季日照充足，氣溫炎熱，且持續(xù)時間長；冬季溫暖、持續(xù)時間短。巨大的天然氣候屏障阻擋了大部分來自北方的干燥冷空氣，洋流則帶來大量的降雨與濕氣，因此民居的降溫通風、防潮防濕一直都是嶺南地區(qū)備受關(guān)注的問題。民居天井則在調(diào)節(jié)室內(nèi)外微氣候上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。以下將會從天井的開口面積大小、高低、形狀和朝向、數(shù)量多少、前后布置、綠化水景配置等方面進行探討。

1、嶺南傳統(tǒng)民居天井的熱環(huán)境分析

1.1 天井大小對民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

嶺南地區(qū)終年受太陽直射時間長，太陽高度角比較大，地面獲得的太陽輻射熱量多。因此，遮擋太陽直接照射，盡可能地減少太陽輻射的熱量，是嶺南建筑防熱的重要途徑。在外部條件相同的情況下，天井開口大小會直接影響到天井內(nèi)部受太陽直射的多少。天井越大越寬敞，受太陽照射量就越多，溫度就越高。由此可見尺寸較小的天井對阻擋太陽輻射直接作用于天井乃至室內(nèi)空間起到一定作用，使天井成為一個有效的熱緩沖過渡空間，從而降低室內(nèi)空氣溫度，。因此當?shù)鼐用褚话愣及烟炀_口面積控制在一定的范圍內(nèi)——天井大小一般在3.5～6.0 米之間，最小的僅為2.0 米。（見圖1）

1.2 天井高低對民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

天井雖為露天，但有著其自身獨特的高寬比，垂直方向較高，而平面尺寸較小，這種“高深”的井狀空間使得能直接照射到井底部的太陽直射幾乎是沒有的，天井空間特別是底部空間比較陰涼。天井的高寬比是室內(nèi)空氣進行熱壓通風的關(guān)鍵。在較大的高寬比條件下，天井下部幾乎受不到太陽日曬，井底溫度低；而井口上部由于長時間受太陽照射，相對溫度高，隨著照射時間的增長，天井內(nèi)上下溫度差異就越大，產(chǎn)生的熱壓通風作用就越強。反之，天井越淺，溫度梯度差異值越小，產(chǎn)生的熱壓通風就越弱，所以高深的天井能為熱壓通風帶來很好的源動力（見圖2、圖3）。

1.3 天井形狀及朝向?qū)γ窬觾?nèi)部熱環(huán)境的影響

嶺南地處熱帶-亞熱帶季風區(qū)，太陽高度角較高，加上夏季多以東南風和東北風為主，當?shù)鼐用駷榱诉m應(yīng)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境，多采用東西向橫長方形或正方形開口處理，這樣進風面較寬，進風量也比較大。加上兩側(cè)布置輔助房，可大大減少了東西朝向的陽光輻射熱直接對室內(nèi)空間直接作用，在通風降溫中也起到一定作用。（見圖4）

1.4 天井數(shù)量多少對民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

小型民居通常只有一個天井，較大民居一般有兩個或兩個以上的天井。單天井的民居只有一個進風口，沒有出風口，這樣不利于室內(nèi)有效通風換氣。雙天井的民居分別有一個進風口和出風口，兩者在特定情況下，進風方向可互換。如果當室外有風時，兩個天井一進一出，均能帶動室內(nèi)空氣流動（見圖5）；當室外無風時，兩個天井由于室內(nèi)存在空氣密度差而產(chǎn)生熱壓通風，使得前后天井一進一出，或者兩者都成為出風口，同樣能達到良好的通風換氣效果。還有一些宅第由于內(nèi)部空間較大較多，需要多設(shè)置幾個天井來滿足通風換氣等需要，設(shè)計原理跟兩個天井是一樣的。

1.5 天井平面位置對民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

在小型民居中，天井在平面上位于前或后，直接對室內(nèi)外風壓通風產(chǎn)生嚴重的影響。如果天井位于民居前時，前天井與進風的門窗距離過于近，大部分氣流都沒等進入到室內(nèi)空間就已經(jīng)被排出了戶外；而當天井位于民居后時，由于與進風的門窗相隔較遠，氣流必須經(jīng)過室內(nèi)通風道，才能到達后天井，再從此口排出，這樣就形成一對進出風口，在這通風過程中很好地帶動室內(nèi)外的氣流交換。因此為了更好的達到風壓通風效果，天井的前后位置一定要控制一定的范圍里，不然也會很容易出現(xiàn)風壓“短路”現(xiàn)象。

1.6 天井有無綠化或水景對民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

人們都習慣在天井布置一些綠色植物和小水景，以豐富和美化自己居住空間環(huán)境，還起到調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候的作用。尤其在氣候特殊的嶺南，“遮”是很重的手法，多種植比人要高的植物或擺放盆栽，而且一般以南北走向布置擺放，很好的遮擋了陽光的直射。當太陽照射在植物和花基上時，就會在地面上形成大片陰影，有效地減弱了太陽直接對地面的照射，且綠色植物在光合作用過程中，受熱蒸發(fā)會帶走一部分熱量；天井中的小水景也有很好的反射陽光和吸熱功效——水的比熱容比較大，在受熱蒸發(fā)過程中也會帶走一部分熱量，且水的反射率比較高，可以發(fā)射陽光。所以綠化水體對調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度是有一定功效的。

2、深圳萬科第五園某別墅戶型利用天井來調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境

深圳萬科第五園的某別墅戶型，是運用傳統(tǒng)天井元素來調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候較具代表性的現(xiàn)代住宅戶型設(shè)計。其內(nèi)部設(shè)計了前庭院、下沉庭院、天井等公共空間，通過它們之間的共同作用來調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境。（見圖6）

在該戶型的地下室設(shè)計了一個小天井A 及下沉庭院（相等于天井），首層設(shè)有天井C 和天井B，及前庭院和下沉庭院。在通風換氣過程中，由于天井的位置及高寬比大小差異，天井C 是處于主導作用；天井A 則為地下室與天井C 聯(lián)系的通風過道，起到連接作用；天井B 雖然高深與天井C 是一樣的，但其作用范圍比較小，主要負責衛(wèi)生間及其周邊小范圍的通風換氣。由于前庭院和下沉庭院尺寸與傳統(tǒng)天井尺寸范圍差異不大，因此在一定意義上可以看作是矮天井使用。整體就可以看作是前天井-天井-后天井的通風模式。以下是對該戶型天井在形狀朝向、數(shù)量、布置、面積、高度上的具體分析。

圖6 深圳萬科第五園某別墅戶型的平面及天井布置示意圖

①從形狀上看，天井的開口形狀仍然依靠傳統(tǒng)樣式開口，采用正方形或橫長開口，東西橫長布置，因此遮陽和通風達到最佳效果。

②從數(shù)量、布置上看，是多天井設(shè)計，分別為天井A、B、C，天井A 位于平面的內(nèi)側(cè)并連接地下室和天井C；天井B、C 則位于平面的內(nèi)部左右兩側(cè)，戶型前后主要布置了庭院，除了造景外，為室內(nèi)通風換氣起到一定作用。而從該戶型平立面圖可見，樓層梯級形式遞增的，天井高低也隨之變化，這樣有利于引導風主動進入室內(nèi)。又由于多天井存在，會形成多個進出風口。只要外界有主導風存在，主導風會從建筑上空吹過，遇到建筑物阻擋而形成向下運動流向室內(nèi)，并在背風面的空洞排出。就是說主導風會在該戶型的前庭院和天井B、C 進入，經(jīng)室內(nèi)空間并從下沉庭院排出。

③從面積上看，天井尺寸均較小，天井A、B、C 進深和面寬尺寸分別為1X3.7m、1.5X1.5m、5.4X4.7m，是嚴格符合嶺南傳統(tǒng)建筑天井尺寸大小要求的。由于的尺寸都較小，高深都較大，因此在天井內(nèi)部產(chǎn)生較深的落影，很好阻擋了太陽直射光直接對室內(nèi)空間的熱作用，使得緊鄰天井的室內(nèi)空間在一定程度上得到了降溫。也使其成為一個有效地熱緩沖過渡空間。

④從高度上看，天井高深都較大，其中天井B、C 深度都貫穿三層平面，但起主導作用的是天井C。加上前后各有庭院布置，它們在一定程度上起到矮天井的作用，并直接與天井C 作用，形成很好的進出風口。在外界無風情況下，熱壓通風就會啟動。在太陽的作用下，由于天井C 與前庭院、下沉庭院的高深比為3：1，在如此大高深比，產(chǎn)生垂直溫度梯度差異較大，其內(nèi)部氣流產(chǎn)生向上的動力就較強，因此上空空氣分別從前庭院和下沉庭院進入，經(jīng)室內(nèi)空間，從天井C 排出，并帶動天井周邊室內(nèi)空氣氣流進入補充，從而達到通風換氣。

戶型中緊鄰天井的室內(nèi)空間，均設(shè)有門窗，向天井開放，形成“房-天井-房”模式，這樣更有利于天井與兩邊的空間緊密聯(lián)系在一起，從而形成一道貫穿“房-天井-房”的氣流，即使在房門緊閉下，天井—房之間的通風關(guān)系仍然存在，幾乎不受任何影響。這就是人為什么在無風或房門緊閉的情況下仍感覺到?jīng)隹臁?/p>

總之，天井是一個重要的熱緩沖過渡空間，對調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境起著重要的作用。在建構(gòu)上應(yīng)結(jié)合天井形狀朝向、面積大小，高深比差異、數(shù)量多少、位置等關(guān)系考慮，使室內(nèi)更好地達到降溫通風效果，發(fā)揮其獨特的作用。