湘南傳統(tǒng)民居綠色營建效果探析

申 雯 曾 瀅 屈燕玲 孫 明

湘南傳統(tǒng)民居綠色營建效果探析

申 雯1,2曾 瀅2屈燕玲2孫 明1

（1.湖南科技學(xué)院 湘南傳統(tǒng)建筑與鄉(xiāng)村建設(shè)研究所；2.湖南科技學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

傳統(tǒng)民居凝結(jié)了工匠們的集體經(jīng)驗(yàn)與智慧，其中蘊(yùn)涵的綠色營建思想是珍貴的物質(zhì)文化遺產(chǎn)，可以為現(xiàn)代綠色建筑提供參考。文章以湘南天井式傳統(tǒng)住宅為研究對象，利用能耗模擬軟件DSET對建筑室溫與光照進(jìn)行模擬。結(jié)果表明天井式傳統(tǒng)住宅冬暖夏涼的主要原因是大部分區(qū)域日照非常少，從天井進(jìn)入的陽光不僅滿足室內(nèi)居住需求，同時(shí)也為天井的通風(fēng)換氣提供了一定的強(qiáng)化作用，共同為住宅營造良好適宜的居住環(huán)境，實(shí)現(xiàn)建筑的綠色運(yùn)行。

傳統(tǒng)民居 綠色 營建

傳統(tǒng)民居是我國傳統(tǒng)文化中非常重要的一部分，作為一代一代傳承下來的百姓居所，它不僅僅是指建筑實(shí)體，同時(shí)還涵蓋傳承下來的當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗習(xí)慣、思想文化、行為方式和制度等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代以來，我國有較高保護(hù)價(jià)值的村落不足5000個(gè)，而到了2010年，較為珍稀的傳統(tǒng)村落已不到3000個(gè)[1]。有研究結(jié)果表明，中國的自然村每年都在遞減，遞減率為7.3%，差不多每天消亡1.6個(gè)[2]。

傳統(tǒng)民居一方面承載著中華各族兒女的鄉(xiāng)愁，是歷史的見證者，另一方面在大力倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)的今天，它蘊(yùn)含的豐富綠色營建智慧在當(dāng)今仍有著極大的借鑒價(jià)值，值得保護(hù)與傳承。

1 傳統(tǒng)民居綠色營建思路

雖然現(xiàn)代的綠色建筑技術(shù)科技含量高，變化日新月異，在資源極端短缺環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，傳統(tǒng)民居中蘊(yùn)涵的低成本、低污染的綠色營建思路仍舊值得學(xué)習(xí)借鑒并進(jìn)一步發(fā)展與創(chuàng)新，湘南內(nèi)天井傳統(tǒng)住宅就是其中的典型案例。

天井是指庭院中房與房或房與圍墻之間所圍成的空地，一般都會位于建筑的中心位置。天井式傳統(tǒng)住宅通常不對外開窗，所以其最重要的核心就是天井，住宅內(nèi)部空間基本圍繞天井而布置形成，天井四面屋頂向內(nèi)朝下傾斜，蘊(yùn)含四水歸堂之意。天井下方設(shè)立排水口或直接引水流入地下，實(shí)現(xiàn)住宅最重要的排水功能；天井一般尺寸較小，這樣可以有效遮擋側(cè)面來風(fēng)，減少陽光直射；住宅內(nèi)部房間通過天井實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與采光，實(shí)現(xiàn)與自然融合交流。天井的設(shè)立屬于對自然生態(tài)環(huán)境的被動式利用，為住宅營造出良好適宜的居住環(huán)境，達(dá)到冬暖夏涼的功效，最終形成自然內(nèi)向型居住空間。

2 湘南傳統(tǒng)民居綠色營建效果分析

2.1 室溫仿真模擬

以湖南省永州市祁陽縣蔗塘村一座清代宅院為例，住宅坐北朝南，一層木結(jié)構(gòu)，層高為4.25m，建筑面積為534.58㎡，天井分四個(gè)，分別寬6.86m、2.1m、2.1m、10.56 m，屋頂為0.8 m坡屋頂。使用DEST軟件建立該住宅的模型簡圖，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)民居模型簡圖

本模型為傳統(tǒng)磚木建筑，參數(shù)根據(jù)對湖南祁陽天井式傳統(tǒng)建筑的走訪調(diào)查，選取合適的材料及尺寸做法等進(jìn)行設(shè)置，如表1所示。

表1 建筑構(gòu)造參數(shù)

其他參數(shù)設(shè)置參照《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBT 50824-2013、《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50033，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行一定修改。模擬房間分為房間和堂屋：房間，無空調(diào)，家具系數(shù)為30，設(shè)定最低照度為20 lx，房間熱擾如表2所示。堂屋，無空調(diào)，家具系數(shù)為15，設(shè)定最低照度為100 lx，房間熱擾如表3所示。湖南祁陽位于夏熱冬冷地區(qū)，在通風(fēng)方面房間與堂屋統(tǒng)一：夏季房間計(jì)算換氣次數(shù)為5 h-1，冬季房間計(jì)算換氣次數(shù)為（0.5～2）h-1。

表2 主臥熱擾參數(shù)

表3 堂屋熱擾參數(shù)

有天井與無天井兩種模型進(jìn)行對比，進(jìn)一步證明天井存在對傳統(tǒng)建筑的影響。本模型通風(fēng)均來自天井，因此無天井模型沒有標(biāo)記通風(fēng)，有天井模型只進(jìn)風(fēng)的原因是Dest軟件已自動對由房間到外界的通風(fēng)進(jìn)行處理。

在模型與參數(shù)處理完之后，進(jìn)行建筑室溫計(jì)算時(shí)，為提高計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，營造模擬天井效果，在計(jì)算時(shí)選擇考慮陽光遮擋。圖2為Dest計(jì)算得出祁陽縣平均年干球溫度變化情況。

圖2 平均年干球溫度

從圖2可知本地最熱月為七月，最高氣溫達(dá)到38.1 ℃；本地最冷月為1月，最低氣溫達(dá)到?2.3 ℃。計(jì)算建筑室溫后，將房間外溫度、有天井與無天井的1月及7月平均溫度比較，如圖3所示，紅色有天井的溫度大部分都處于外溫與無天井溫度的中間，有天井與無天井的變化規(guī)律基本一致與室外氣溫一致，但存在一定的延緩。室外氣溫1月最高氣溫為17.7 ℃，最低氣溫為?2.3 ℃，7月最高溫度為38.1 ℃，最低溫度為20.8 ℃；無天井房間1月最高溫度為14.56 ℃，最低溫度為6.66 ℃，7月最高溫度為35.32 ℃，最低溫度為25.28 ℃；有天井房間1月最高溫度為13.56 ℃，最低溫度為3.29 ℃，7月最高溫度為35.03 ℃，最低溫度為23.39 ℃。

分別取房間溫度1月氣溫最低日，7月氣溫最高日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)有：

如圖4所示在1月最冷日，有天井全天溫度要比無天井全天溫度普遍低2 ℃，溫度變化趨勢基本相同，隨著外界氣溫降低而緩慢降低，外界氣溫升高時(shí)變化不大；在7月最熱日，有天井比無天井室內(nèi)溫度隨著室外氣溫變化稍微敏感些，有天井室溫隨室外氣溫有一定變化，但幅度不大，無天井基本不變。

通過年溫度數(shù)值直觀的比較室外溫度與天井式傳統(tǒng)住宅的差異：寒冷季節(jié)室外溫度全年有3820h低于16 ℃，房間溫度全年低于16 ℃小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)少于3000h；炎熱季節(jié)室外溫度全年有998 h高于29 ℃，其中高于35 ℃有76 h，房間溫度全年高于29 ℃遠(yuǎn)超過1500 h，但高于35 ℃的小時(shí)數(shù)不到外溫的七分之一；在全年較為舒適的溫度段16 ℃～29 ℃，房間溫度小時(shí)數(shù)要遠(yuǎn)高于外溫。造成房間與堂屋全年溫度小時(shí)數(shù)差異的原因是：房屋朝向?yàn)樽背?，這就導(dǎo)致房間位于天井的正面，堂屋位于天井的背面。

冬季的1月最冷日，白天的陽光照射天井使得在室內(nèi)形成通風(fēng)，因此會比無天井溫度要更低。但在冬季一般都會進(jìn)行取暖如燒煤、燒柴等，那么良好的室內(nèi)通風(fēng)相比較蓄熱而言來得更重要且更舒適。夏季在經(jīng)歷了白天的陽光照射或一整夜無陽光地表加熱后，就在天井空間產(chǎn)生了熱壓作用，其基本原理與煙囪排煙相同，所以也被稱為“煙囪效應(yīng)”。當(dāng)室內(nèi)的溫度要高于室外溫度，便有溫度差形成浮生力使得內(nèi)部空間的空氣上升排出，空氣上升速度的大小與室內(nèi)外溫度差的大小成正比。

2.2 光照仿真模擬

運(yùn)用采光系數(shù)法計(jì)算室內(nèi)照度，通過計(jì)算由每個(gè)窗戶產(chǎn)生的室內(nèi)照度，分別計(jì)算每個(gè)窗戶的太陽直射光和天空散射光，再進(jìn)行疊加，從而形成室內(nèi)光影與環(huán)境光，如圖5所示。

圖5 采光陰影計(jì)算效果

通過計(jì)算各個(gè)房間全年逐時(shí)的采光系數(shù)，可得發(fā)現(xiàn)窗戶正面對天井的房間自然采光有4143 h，比堂屋要高1259 h，相當(dāng)高的采光率。房間采光的存在使得其全年照明能耗減少了34.31 kWh，相當(dāng)于有710.39 h也就是30天不需要消耗照明能耗。

3 天井住宅綠色營建原理分析

天井是湘南傳統(tǒng)民居內(nèi)部陽光直射最多的區(qū)域，這樣白天陽光直射到天井底部，相比較住宅其他房間而言，天井空間溫度大幅上升，在整個(gè)住宅內(nèi)部就形成了溫差。

天井的空氣受到太陽光加熱，會變得比較輕容易向高處漂浮，就上升到周圍的冷空氣之上；冷空氣比較重，其他房間的冷空氣會向熱空氣空間流動，于是就形成了空氣的流動現(xiàn)象，也就在住宅內(nèi)房間與天井之間產(chǎn)生了風(fēng)。冷空氣流動到天井底部后，經(jīng)過陽光的加熱會慢慢升溫，變輕然后形成密度差從而上升，這樣室內(nèi)的空氣得到了循環(huán)流動，在空氣流動時(shí)會與人的皮膚接觸，會為室內(nèi)居住人員帶來涼爽的感覺。另一方面，天井底部土壤在白天吸收并儲存太陽輻射熱，夜晚地表的溫度會比空氣高，通過地表釋放熱量與空氣對流換熱，使貼近地表的空氣加熱使其變輕，與天井上部的空氣形成密度差，實(shí)現(xiàn)天井夜間通風(fēng)。

夏季室內(nèi)高溫是由于太陽的照射，太陽直接照射進(jìn)室內(nèi)或照射在住宅墻與屋頂，使得室內(nèi)室溫快速升高，其中直接照射進(jìn)室內(nèi)是室溫升高最主要原因，而天井的存在就是起到遮陽的作用，減少太陽光對于室內(nèi)的直射，從而起到降低室溫的效果。在冬季低溫時(shí)，天井的存在起到了納陽的作用，使陽光照射進(jìn)室內(nèi)，增加屋內(nèi)與地表輻射熱量，起到提高室溫的效果。

盡管房間窗戶面對天井直射光會比較多，但是經(jīng)過天井的遮擋后的直射光不會太深入室內(nèi)，反而讓居住者感覺到舒適。太陽高度角隨著時(shí)間進(jìn)行變化，進(jìn)入到天井的太陽光也會隨之不同，太陽光通過天井然后直射或反射進(jìn)入室內(nèi)，在太陽輻射的照射下，地底的水會吸收太陽輻射和地?zé)岜徽舭l(fā)出來，蒸發(fā)時(shí)將熱量吸收通過天井向室外排出，起到一定的降溫除濕作用。

4 結(jié) 語

傳統(tǒng)民居是傳統(tǒng)村落的物質(zhì)載體，是寶貴的歷史遺產(chǎn)。湘南天井式傳統(tǒng)民居通過天井實(shí)現(xiàn)與大自然友好共處，采用巧妙的組織形式，打造出良好的生活環(huán)境。探討傳統(tǒng)民居中蘊(yùn)涵的的綠色建筑智慧，能夠?yàn)楝F(xiàn)存的傳統(tǒng)民居保護(hù)與修繕、現(xiàn)代民居的綠色營建提供非常有價(jià)值的參考，值得進(jìn)一步深入研究。

[1]陳興貴,王美.反思與展望:中國傳統(tǒng)村落保護(hù)利用研究30年[J].湖北民族大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會科學(xué)版),2020,38(02): 114-125.

[2]趙建軍,尚晨光.用綠色發(fā)展理念引領(lǐng)傳統(tǒng)村落保護(hù)[J].中國生態(tài)文明,2017(04):12-13.

TU241.5

A

1673-2219（2021）03-0041-03

2020-09-06

永州市2020年指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目“麗鄉(xiāng)村建設(shè)背景下永州地區(qū)傳統(tǒng)民居綠色營建研究”；湖南科技學(xué)院2020年大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“湘南傳統(tǒng)村落保護(hù)與旅游開發(fā)”。

申雯（1978－），女，湖南祁陽人，碩士，講師，研究方向?yàn)閭鹘y(tǒng)村落。

孫明（1985－），男，湖南永州人，碩士，副教授，研究方向?yàn)閭鹘y(tǒng)村落。

（責(zé)任編校：文春生）