徽州傳統(tǒng)民居天井平面幾何參數(shù)對室內(nèi)風環(huán)境的影響研究

■鄭志元，湯 銘，劉欣慰，姜 凱 Zheng Zhiyuan & Tang Ming & Liu Xinwei & Jiang Kai

(合肥工業(yè)大學建筑與藝術(shù)學院，安徽合肥 230601）

不同地域范圍內(nèi)的傳統(tǒng)民居往往因所處的文化、自然環(huán)境的差異而表現(xiàn)出不同的建筑特征。徽州地區(qū)多山，土地緊缺，南遷至徽州的中原士族沒有足夠的土地建造寬敞的四合院院落式建筑，遂將原有的合院尺寸縮小，利用四周坡屋面的屋頂圍合成一個天井，天井四周坡面斜向院內(nèi)，雨水順著屋檐滴落，形成了天井與房間之間極具徽州文化內(nèi)涵的空間形式與關(guān)系，后逐漸發(fā)展成為徽州傳統(tǒng)民居“四水歸堂”的獨特平面布局方式[1]?；罩輦鹘y(tǒng)民居建筑布局極為緊湊，為了防火防盜，民居外墻面往往開小窗甚至不開窗，天井便成為徽州傳統(tǒng)民居通風的組織核心。面對徽州地區(qū)土地資源緊張、夏季環(huán)境高溫高濕的狀況，徽州傳統(tǒng)民居中的天井與建筑內(nèi)外的空間關(guān)系較好地解決了因建筑過于密集而產(chǎn)生的通風和散熱問題。

近年來，關(guān)于傳統(tǒng)民居建筑的研究較多集中在建筑形式和文化符號的提取與保護方面，常常忽略了其在氣候適應性設計方面的生態(tài)價值。在“雙碳”目標的大背景下，傳統(tǒng)建筑氣候適應性設計逐漸成為研究熱點。建筑風環(huán)境作為建筑氣候適應性的重要組成部分，眾多學者通過對不同類型傳統(tǒng)建筑形式與其風環(huán)境之間的相互作用關(guān)系進行探究，總結(jié)出具有地域特色的傳統(tǒng)建筑風環(huán)境設計手法和經(jīng)驗，包括鄂東北傳統(tǒng)住宅[2]、青島雄崖所故城[3]、貴州西江千戶苗寨[4]、晉東南傳統(tǒng)院落[5]、秦嶺山地傳統(tǒng)民居院落[6]在氣候適應性方面做出的針對性措施，試圖從中挖掘出傳統(tǒng)建筑中所蘊含的生態(tài)價值；學者們還對福州“多進天井式”民居[7]、湘南寶鏡村傳統(tǒng)井巷民居[8]、湘西窨子屋[9]以及北京傳統(tǒng)合院[10]的天井形態(tài)參數(shù)進行數(shù)值模擬，通過不同參數(shù)的天井模型進行組合模擬，以尋求最優(yōu)風環(huán)境的天井形態(tài)參數(shù)。

而對于徽州傳統(tǒng)民居，其建筑天井在調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)外氣候方面起著至關(guān)重要的作用。因?qū)Ψ阑鸱辣I功能的特殊需求，徽州傳統(tǒng)民居的外墻往往很少開窗，內(nèi)部各功能用房的窗戶都開向天井，因此天井就成為了實現(xiàn)徽州傳統(tǒng)民居的通風功能的主要途徑。相較于其他類型的傳統(tǒng)天井建筑可以依靠門、窗、敞廊[4]等形式輔助建筑通風，徽州傳統(tǒng)民居的天井承擔著引風口和出風口的雙重功能，使得徽州傳統(tǒng)民居對于利用天井促進建筑內(nèi)外通風換氣功能的需求更為迫切，因而有必要針對徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素對建筑風環(huán)境的影響進行深入研究。

本文主要探討徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素與風環(huán)境之間的相互關(guān)系，通過對徽州傳統(tǒng)民居的天井形式和尺寸進行歸納總結(jié)，利用建筑CFD軟件對天井形態(tài)關(guān)鍵要素的天井模型進行組合模擬，嘗試歸納出徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素與室內(nèi)風環(huán)境之間的關(guān)系。

1 研究對象

徽州古稱新安、歙州，轄一府六縣，位于皖贛兩省交界的多山丘陵地帶，四季分明，夏季高溫多雨。在我國建筑熱工設計分區(qū)內(nèi)屬于夏熱冬冷地區(qū)，因而要求建筑在夏季能夠進行良好的通風散熱，適當兼顧冬季防寒保溫[11]?；罩輦鹘y(tǒng)民居是我國傳統(tǒng)建筑文化遺產(chǎn)的重要組成部分，其“四水歸堂”的平面布局方式，蘊含著徽州文化傳承天人合一的理學思想[12]，同時也包含著徽州傳統(tǒng)民居營建過程中對于氣候適應性營造方法的考量（圖1-圖2）。

圖1 “凹”字形傳統(tǒng)民居天井

圖2 “回”字形傳統(tǒng)民居天井

古時徽州地處偏僻、用地緊張，出于防火防盜、節(jié)約土地的需求，民居建筑往往密集且封閉。其建筑平面方正緊湊、空間完整有序、布局緊湊精巧，主體建筑的平面形式依據(jù)天井的數(shù)量和位置大致可分為“凹”字形、“回”字形、“H”形、“日”字形等，如圖3。其中，“凹”字形傳統(tǒng)民居平面是構(gòu)成其他徽州傳統(tǒng)民居平面形式的基本形式[13-14]，其余三種平面形式可通過兩組“凹”字形平面進行翻轉(zhuǎn)、拼接、對接等方式組合而成。“凹”字形平面在徽州傳統(tǒng)民居中數(shù)量最多，利用最廣，最具代表性，是最具徽州傳統(tǒng)民居特色的典型平面形式。該形式以天井為核心，將天井、廳堂、廂房組合形成“天井廂房夾正堂”的平面布局。在夏季，徽州傳統(tǒng)民居依靠天井口處的風壓通風和熱壓通風，形成了良好的自然通風效果。因此，本文以“凹”字形徽州傳統(tǒng)民居建筑單元為模型基礎，通過控制變量法分別改變天井面闊和進深尺寸這一對關(guān)鍵參數(shù)來觀察室內(nèi)風環(huán)境的變化情況。

圖3 徽州傳統(tǒng)民居平面形式

徽州傳統(tǒng)民居的天井空間是介于室內(nèi)外之間的灰空間[15]，形似豎井，底部與半開敞的廳堂相連，利用空氣動力學原理促進建筑室內(nèi)外之間進行氣流交換，提升室內(nèi)環(huán)境的舒適性。天井開敞舒適的物理環(huán)境也成為徽州家庭進行洗滌、晾曬、嬉戲、交談、乘涼等日?；顒拥闹匾獔鏊芎玫伢w現(xiàn)了徽州傳統(tǒng)民居天井空間的場所精神，與廳堂一起成為民居中極具徽州特色的場所空間，本文將天井和廳堂構(gòu)成的整體核心空間作為風環(huán)境模擬的目標區(qū)域。

2 模型與參數(shù)設置

2.1 研究模型以及尺寸設定

在徽州傳統(tǒng)民居模型的選擇上，將典型“凹”字形徽州傳統(tǒng)民居作為研究對象，根據(jù)測繪資料以及相關(guān)文獻提供的數(shù)據(jù)，在保證傳統(tǒng)建筑形式的基礎上，適當簡化建筑結(jié)構(gòu)進行計算機建模，以降低數(shù)值模擬誤差和計算成本。在天井形態(tài)關(guān)鍵要素的選擇上，依據(jù)徽州地區(qū)傳統(tǒng)營造的用尺邏輯和用尺技法以及測繪資料歸納出具有典型性的天井形態(tài)關(guān)鍵要素，對標準民居單元以及天井的幾何參數(shù)進行設置，最大限度還原徽州傳統(tǒng)民居營造技藝的原真形態(tài)和設計思想?；罩莸貐^(qū)傳統(tǒng)工匠在房屋營建有著一定的用尺規(guī)律，明間開間數(shù)據(jù)壓整尺、半尺及“一、六、八”寸白的情況較為普遍，其余開間和各步架尺寸則并不刻意講求壓白，但通面闊與通進深則普遍壓整尺及“一、六、八”寸白[16]。根據(jù)對相關(guān)民居測繪資料的整理，以黟縣屏山村清代傳統(tǒng)民居東園為基礎（圖4），提取出“凹”字形徽州傳統(tǒng)民居模型的典型空間尺寸，該民居模型坐北朝南，通面闊9.8m，合尺2丈8尺；通進深9.1m，合尺2丈6尺；通高9.1米，合尺2丈6尺；明間開間5.6米，合尺1丈6尺，如圖5所示。為了研究天井形態(tài)關(guān)鍵要素對建筑風環(huán)境的影響，選取了影響天井形態(tài)關(guān)鍵要素的面闊和進深這兩個參數(shù)進行調(diào)整，以對比分析不同關(guān)鍵要素下建筑的風環(huán)境狀況。依照徽州傳統(tǒng)建筑營造的用尺規(guī)律，結(jié)合文獻和測繪資料，在常用的天井尺寸范圍內(nèi)，面闊和進深尺寸的選擇上盡量間隔均勻，具體參數(shù)設置如下：天井的面闊和進深分別選擇4組尺寸，面闊尺寸分別為3.85m(合尺1丈1尺)、5.25m（合尺1丈5尺）、6.30m（合尺1丈8尺）、7.35m（合尺2丈1尺），記為M1、M2、M3、M4；進深尺寸分別為1.05m（合尺3尺）、1.75m（合尺5尺）、2.1m（合尺6尺）、2.8m（合尺8尺），記為J1、J2、J3、J4。將上述尺寸進行相互組合，共衍生出16種天井平面形式，用于模擬不同關(guān)鍵要素的天井形態(tài)特征，具體組合如表1，其中白色部分為天井，灰色部分為建筑。

表1 天井尺寸及平面形態(tài)

圖4 屏山東園民居平面

圖5 “凹”字形徽州傳統(tǒng)民居簡化后模型

在對徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風環(huán)境的數(shù)值模擬中，選擇天井和廳堂中的關(guān)鍵位置布置風速測點，如圖6。風速測點高度采用距地高度1.5m，與《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2019中風速測點高度保持一致，且此高度位于人體頭頸處，對風環(huán)境的舒適性較為敏感。測點的布置分為以下三類，第一類位于天井和廳堂空間的角點，離地高度1.5m處布置測點a、b、c、d、e、f、g、h，此類測點位于空間的邊緣，風速容易受到空間邊界的干擾，可以反映出空間邊界的風速狀況；第二類測點布置在天井空間和廳堂空間的幾何中心位置，離地高度1.5m處布置測點i、j分別用來反映天井和廳堂發(fā)生活動最頻繁區(qū)域的風速狀況；第三類測點選擇為天井和廳堂的幾何中心點與各自角點連線的中點位置，離地高度1.5m處布置測點a`、b`、c`、d`、e`、f`、g`、h`，該類測點不受壁面邊界的影響，可以較好地反映空間內(nèi)風環(huán)境的基本狀態(tài)。通過對不同天井形態(tài)關(guān)鍵要素的民居模型進行數(shù)值模擬得出的三類風速測點的結(jié)果進行綜合分析，能夠更全面客觀地反映出天井形態(tài)關(guān)鍵要素對建筑風環(huán)境的影響。

圖6 風速測點位置示意

2.2 數(shù)值模擬參數(shù)設置

本次模擬所采用的CFD模擬軟件為Phoenics，該軟件采用標準k-ε湍流模型，相比較而言計算成本低，在數(shù)值模擬中波動小、精度高，易于進行網(wǎng)格自適應[17]。在模擬的過程中計算域的確定和網(wǎng)格的生成質(zhì)量對計算的穩(wěn)定性以及結(jié)果精度有很大影響。本文綜合參考日本AIJ（日本建筑學會）中風工程研究小組的研究成果以及江蘇省《綠色建筑設計標準》對模擬的邊界和參數(shù)進行設置[18]。模擬對象為不同天井尺寸的徽州傳統(tǒng)民居模型，通面闊9.1m，通進深7.35m，通高9.1米。模擬計算域的橫向邊界設定為以民居模型為中心，沿建筑外墻各向外擴展面闊和進深的5倍；豎向邊界設定為建筑高度的3倍，計算域大小為110m×110m×27.3m，相鄰網(wǎng)格過渡比為1.3，網(wǎng)格數(shù)目依照計算域設置為250×250×80。根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)公布的徽州地區(qū)近十年的地面氣象數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，夏季的溫度和濕度均為全年最高值，雨熱同期，風速較低，夏季平均風速為1.9m/s，主導東北風[18]。以此作為氣象條件進行設置。

3 風環(huán)境評價標準

在風環(huán)境評價方面，現(xiàn)有的評價標準仍存在著風速標準無差異化等局限性，本研究參考《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）、結(jié)合國際標準化組織（ISO）認證的熱舒適度評判指標PMV-PPD以及相關(guān)的研究[19-20]。在室內(nèi)的環(huán)境下，當風速小于0.25m/s時，人體將不易察覺到空氣的流動，當風速為0.25m/s～0.5m/s時，人體會感覺到舒適，日?；顒硬粫艿斤L的干擾，當風速為0.5m/s～1.0m/s時，人體舒適感下降，桌面紙張有可能會被吹落，當風速大于1.0 m/s時，會給人體帶來不適，需要采取一定控制通風的方法降低風速。因此，本文采用0.25m/s～0.5m/s作為適宜風速標準，將各個風速區(qū)域劃分為靜風區(qū)（風速小于0.25m/s）、和風區(qū)（風速為0.25m/s～0.5m/s）、強風區(qū)（風速大于0.5m/s）。

本文參考夏熱冬冷地區(qū)建筑氣候適應性和風環(huán)境模擬的研究，采用的風環(huán)境模擬評價指標包括風速比、風速不均勻系數(shù)、風速區(qū)域面積占比、單位面積和風率。風速比指的是風場中行人高度1.5m處的風速與相同高度無干擾狀態(tài)下的平均風速的比值，來反映不同天井參數(shù)而引起風速變化程度，計算公式為其中，Ri為i點處的風速比，Vi是區(qū)域內(nèi)某一點i行人高度處的風速，V0為行人高度無干擾狀態(tài)下的平均風速[21]。上文得出室內(nèi)適宜風速標準為0.25m/s～0.5m/s，夏季平均風速為1.9m/s，因此風速比在0.13～0.26之間說明該點風速大小較為適宜。風速不均勻系數(shù)是指區(qū)域內(nèi)各測點風速的方差，即區(qū)域內(nèi)每個測點風速值與所有測點風速值的平均數(shù)之差的平方值的平均數(shù)，用以反映總體以及各區(qū)域內(nèi)部風速的均勻程度。風區(qū)面積占比分為靜風區(qū)面積占比、和風區(qū)面積占比、強風區(qū)面積占比。靜風區(qū)面積占比是指在范圍內(nèi)風速低于0.25m/s的區(qū)域面積的占比，靜風區(qū)面積占比越大，說明區(qū)域內(nèi)的通風效率越低，空氣流通緩慢。和風區(qū)面積占比是指在范圍內(nèi)風速在0.25m/s～0.5m/s的區(qū)域面積的占比，和風區(qū)面積占比越大，說明該區(qū)域內(nèi)風力越為舒適。強風區(qū)面積占比是指在模擬范圍內(nèi)風速大于0.5m/s的區(qū)域面積占總面積的比例，強風區(qū)占比面積越大說明該區(qū)域內(nèi)風速過高，會對部分日常活動產(chǎn)生干擾，令人產(chǎn)生不適體感。單位面積和風率是指某一幾何參數(shù)的天井產(chǎn)生的和風面積占比該天井面積的比值，可以反映出不同幾何參數(shù)的天井單位面積產(chǎn)生和風區(qū)域效率的大小。

4 結(jié)果與分析

為了直觀分析徽州傳統(tǒng)民居天井不同形態(tài)關(guān)鍵要素對室內(nèi)風環(huán)境的影響，將16組天井的幾何參數(shù)以及數(shù)值模擬的風速云圖繪制成表格，如表2、3、4、5所示。對數(shù)值模擬結(jié)果從風速不均勻系數(shù)、風速區(qū)域面積占比、單位面積和風率三個方面進行整理和統(tǒng)計，通過控制變量法對模擬結(jié)果進行分析，以探究不同天井面闊和進深尺寸對室內(nèi)風環(huán)境產(chǎn)生的影響。

表2 M1面闊天井風環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表3 M2面闊天井風環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表4 M3面闊天井風環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表5 M4面闊天井風環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

4.1 風速不均勻系數(shù)

風速不均勻系數(shù)能夠反映模型內(nèi)各測點風速大小的波動情況，風速不均勻系數(shù)越大，說明區(qū)域內(nèi)風速分布越不均勻，風速不均勻系數(shù)越小，說明區(qū)域內(nèi)風速分布越均勻，舒適度越高[22]。將每組數(shù)值模擬結(jié)果中測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算，得出每個測點的風速比和總體風速不均勻系數(shù)，再將測點分為廳堂和天井兩個區(qū)域，分別計算出廳堂和天井內(nèi)部的風速不均勻系數(shù)，用以分析不同天井尺寸條件下，各個區(qū)域內(nèi)部風速的均勻程度。

將16組整體風速不均勻系數(shù)、廳堂風速不均勻系數(shù)、天井風速不均勻系數(shù)計算結(jié)果按照控制變量法進行組合分析。由圖7中整體風速不均勻系數(shù)變化可知，當每組天井進深保持一致時，區(qū)域內(nèi)整體風速不均勻系數(shù)與面闊尺寸呈“U”形變化趨勢，先減小后增大，當面闊為M2時，整體風速不均勻系數(shù)最小，且當面闊尺寸增加時，整體風速不均勻系數(shù)的增加速度越快。廳堂內(nèi)風速不均勻系數(shù)的變化狀態(tài)與總體風速不均勻系數(shù)的變化趨勢一致。天井部分的風速不均勻系數(shù)的變化受到天井面闊和進深這一對參數(shù)的共同影響，當天井的面闊或進深尺寸保持不變時，天井內(nèi)風速不均勻系數(shù)會隨著另一要素尺寸的增加先減小后增大，其中進深尺寸的改變是天井內(nèi)風速不均勻系數(shù)變化的主要原因。

圖7 風速不均勻系數(shù)隨面闊增加變化趨勢

分析可知，天井和廳堂內(nèi)部的風速均勻程度受到天井面闊和進深尺寸的影響，從整體上看，徽州傳統(tǒng)民居天井及廳堂空間內(nèi)部氣流分布的均勻程度隨著天井面闊和開間尺寸的增加先增加后降低。當天井面闊為M2時，各組民居內(nèi)部整體的風速不穩(wěn)定系數(shù)均較低，氣流分布均勻，總體風速變化較為穩(wěn)定。

4.2 風區(qū)面積占比

風區(qū)面積占比是指行人高度水平面上不同等級風速所在區(qū)域的面積在總面積中所占的百分比，可以反映出區(qū)域內(nèi)風速值的整體狀況。對16組數(shù)值模擬所得風速云圖結(jié)果進行分析，計算出不同模擬組的靜風區(qū)面積占比、和風區(qū)面積占比、強風區(qū)面積占比。將各組風區(qū)面積占比的數(shù)據(jù)按照控制變量的組合分類方法進行統(tǒng)計分析。

天井面闊尺寸與和風區(qū)面積占比之間的變化呈現(xiàn)出一定規(guī)律性，如圖8，整體來看，當每組進深尺寸保持一致時，區(qū)域內(nèi)的和風區(qū)面積占比隨著面闊尺寸的增加而增加，但隨著面闊尺寸的增加，每組內(nèi)和風區(qū)面積占比的增加速度隨著面闊尺寸的增加逐漸變緩，當進深尺寸超過到J3時，和風區(qū)面積占比會隨面闊尺寸呈拋物線趨勢變化，先增加后降低，當面闊為M3時和風區(qū)面積占比最大。對于天井進深尺寸對和風區(qū)面積占比的影響如圖9，當面闊尺寸小于M3時，每組內(nèi)和風區(qū)域面積占與天井進深尺寸呈現(xiàn)出正相關(guān)聯(lián)系，當天井進深尺寸增加時，和風區(qū)面積占比也會隨之增加。當面闊尺寸大于M3時，和風區(qū)面積占比與天井進深尺寸呈現(xiàn)出負相關(guān)的聯(lián)系，隨著天井進深尺寸的增加，和風區(qū)面積占比會隨之減少。由于各組強風區(qū)面積占比較小，靜風區(qū)面積占比與和風區(qū)面積占比呈現(xiàn)出反向?qū)年P(guān)系，因此靜風區(qū)面積占比與天井幾何參數(shù)的變化關(guān)系與上述和風區(qū)面積占比的變化趨勢相反。

圖8 和風區(qū)面積占比隨面闊增加變化趨勢

圖9 和風區(qū)面積占比隨進深增加變化趨勢

通過以上分析，徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風舒適性與天井面闊和進深尺寸呈現(xiàn)出正相關(guān)的聯(lián)系，適當?shù)卦黾犹炀叽缈梢詾槭覂?nèi)提供更為柔和舒適的風環(huán)境。當天井面闊尺寸大于M4時，室內(nèi)風舒適度會隨著天井進深的增加而降低，因而建議選擇較小的天井進深尺寸；當天井進深尺寸大于J3時，過大的面闊尺寸會導致室內(nèi)和風面積占比減少，因此建議面闊尺寸盡量保持在M3以下。

4.3 單位面積和風率

單位面積和風率可以反映不同形態(tài)參數(shù)天井形成和風區(qū)能力的強弱，單位面積和風率越大，說明該幾何參數(shù)的天井單位面積產(chǎn)生和風區(qū)的效率越高。對16組模型的天井面積與和風區(qū)面積占比進行整理，計算出每組單位面積和風率，將數(shù)據(jù)按照天井面積大小進行排列，如圖10，可以看出天井單位面積和風率與天井面積整體上呈現(xiàn)出負相關(guān)的聯(lián)系，隨著天井面積的增大天井單位面積和風率逐漸降低。對單位面積和風率結(jié)果按照上文控制變量的組合分類方法進行分析，由圖11、圖12可以看出，天井單位面積和風率與天井面闊和進深的尺寸均呈現(xiàn)出負相關(guān)的聯(lián)系，當面闊和進深增加時，天井單位面積和風率逐漸下降。

圖10 單位面積和風率隨天井面積增加變化趨勢

圖11 單位面積和風率隨天井面闊增加變化趨勢

圖12 單位面積和風率隨天井進深增加變化趨勢

由分析可知，天井面積越大，其產(chǎn)生舒適風速區(qū)的效率越低。因此，對徽州傳統(tǒng)民居的天井尺寸進行選擇時，在滿足采光和通風需求的前提下，盡量縮小天井的面闊和進深，選擇更為高效率的天井尺寸，在為室內(nèi)提供舒適宜人的風環(huán)境的同時，更好地滿足冬季防寒保溫的需要。

4.4 綜合通風性能

上文從風速不均勻系數(shù)、風速區(qū)域面積占比、單位面積和風率這三項風環(huán)境評價指標的角度對徽州傳統(tǒng)民居不同幾何參數(shù)天井的風環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果進行分析后，發(fā)現(xiàn)不同幾何參數(shù)的天井空間對室內(nèi)風環(huán)境的風速大小、均勻程度以及生成舒適風區(qū)效率方面均產(chǎn)生不同程度的影響，但都是針對某一評價指標進行單項分析，無法對天井的綜合通風性能進行評價。本研究將通過風環(huán)境數(shù)值模擬的結(jié)果對不同尺寸天井的各項風環(huán)境評價指標進行打分，分析不同幾何參數(shù)天井對徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風環(huán)境品質(zhì)的綜合影響。將16組數(shù)值模擬結(jié)果分別從和風區(qū)面積占比、靜風區(qū)面積占比、強風區(qū)面積占比、風速不均勻系數(shù)[23]、單位面積和風率五項指標進行排序打分，計1～16分。其中和風區(qū)面積占比、單位面積和風率指標為正向排序，數(shù)值越高室內(nèi)風環(huán)境舒適度越高，得分越高；靜風區(qū)面積占比、強風區(qū)面積占比、風速不均勻系數(shù)指標為逆向排序，數(shù)值越高室內(nèi)風環(huán)境舒適度越低，得分越低，綜合得分情況如表6與表7所示。為了更為直觀地分析綜合得分情況將分數(shù)生成綜合得分色階圖，得分越高，顏色越深，如圖13。

表6 M1、M2組天井風環(huán)境綜合通風性能得分表

表7 M3、M4組天井風環(huán)境綜合通風性能得分表

圖13 天井風環(huán)境綜合通風性能得分色階圖

從圖13中可以看M2列和J1行顏色較深，且呈現(xiàn)出明顯的遞增性，當天井面闊尺寸為M2時，隨著進深的增加，顏色逐漸加深，綜合得分也越高；當天井進深尺寸為J1時，顏色深淺程度隨著面闊的增加而增加，綜合得分也隨之增加。為了探究綜合通風性能最好的天井形態(tài)參數(shù)，針對M2面闊和J1進深增加模擬組M2Jn、MnJ1（n=5、6、7...）繼續(xù)進行研究。增加模擬組的參數(shù)選擇方法和數(shù)值模擬過程與其他模擬組保持一致，模擬結(jié)果和綜合得分如表8至表10所示。由圖14、圖15可以看出，M2組的綜合得分與進深尺寸的關(guān)系呈拋物線變化趨勢，先增加后降低，頂點組為M2J4，得分最高，綜合通風性能最好；J1組的綜合得分先隨著面闊的增加而增加，在M4J1時達到頂點，隨后開始逐漸降低。因此，在天井幾何參數(shù)的選擇上，尺寸為M2J4或者M4J1的天井綜合通風性能較好，能夠很好地為徽州傳統(tǒng)民居營造出舒適宜人的室內(nèi)風環(huán)境[24-25]。

表8 增加模擬組天井風環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表9 M2組風環(huán)境綜合得分表

表10 J1組風環(huán)境綜合得分表

圖14 M2組風環(huán)境綜合得分圖

圖15 J1組風環(huán)境綜合得分圖

5 結(jié)語

徽州傳統(tǒng)民居在漫長的歷史演化進程中，針對徽州地區(qū)獨特的地理氣候積累了豐富的氣候適應性經(jīng)驗。但由于缺乏深入研究，這些方法和策略沒有得到很好的挖掘和運用。本文通過現(xiàn)代技術(shù)手段對徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風環(huán)境進行CFD數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了不同形態(tài)關(guān)鍵要素的徽州傳統(tǒng)民居天井與其室內(nèi)風環(huán)境舒適度指標的相互關(guān)系，主要結(jié)論如下：

（1）徽州傳統(tǒng)民居內(nèi)氣流分布均勻程度受到天井面闊和進深尺寸的共同影響，隨著面闊和進深尺寸的增加呈“U”形趨勢變化，區(qū)域內(nèi)各個測點風速比之間的波動程度先減小后增大，在面闊尺寸為1丈5尺（5.25m）時，室內(nèi)的風速變化幅度最小，風環(huán)境最為穩(wěn)定，人們不會感受到強烈的氣流變化帶來的不適感，舒適度最高。

（2）總體看來室內(nèi)和風區(qū)域面積占比隨天井面闊和進深尺寸的增加而增加，綜合天井面闊和進深尺寸這一對參數(shù)來看，天井面闊尺寸是影響室內(nèi)風環(huán)境舒適風區(qū)面積大小的主要因素，當天井面闊尺寸大于2丈1尺（7.35m）時，室內(nèi)和風面積占比會隨著進深尺度的增加先增加后降低。當天井進深尺寸大于6尺（2.1m）時，其室內(nèi)的舒適風區(qū)占比會隨著面闊的增加而降低。因此在天井尺寸的選擇上宜選擇大面闊中進深或者小面闊大進深的尺寸組合，以營造出更為舒適的室內(nèi)風環(huán)境。

（3）天井的面積與單位面積和風率的變化趨勢呈現(xiàn)出負相關(guān)的聯(lián)系，隨著天井面積的增大，單位面積天井產(chǎn)生的舒適風區(qū)的效率就越低。面積過大的天井不利于冬季建筑的防寒保溫，所以應在滿足夏季室內(nèi)風環(huán)境品質(zhì)的前提下，盡量縮小天井的面闊和進深，選擇更為高效率的天井尺寸，降低建筑在冬季因取暖而產(chǎn)生的建筑能耗。

（4）綜合文中徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風環(huán)境評價的5個要素來看，面闊為1丈5尺（5.25m），進深為8尺（2.80m）或者面闊2丈1尺（7.35m）進深為3尺（1.05m）的天井的整體通風性能較好，能夠高效地為徽州傳統(tǒng)民居營造出一個穩(wěn)定、舒適的室內(nèi)風環(huán)境。

雖然本研究初步探究了徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素與室內(nèi)風環(huán)境之間的關(guān)系，但還缺乏對建筑其他氣候適應性方法的考慮，例如冷巷、門洞、花窗等。并且建筑氣候環(huán)境是多因素共同作用的結(jié)果，即便是針對風環(huán)境品質(zhì)的研究，還是不能忽略溫度、濕度、光照等多方面因素的影響。因此，需要進一步展開綜合氣候因素作用下，多要素多尺度的徽州傳統(tǒng)民居氣候適應性研究。本研究采用現(xiàn)代技術(shù)手段驗證了徽州傳統(tǒng)民居天井空間所蘊含的氣候適應性設計手法，通過對天井形態(tài)關(guān)鍵要素的控制和調(diào)整，能夠為徽州傳統(tǒng)民居營造出更為舒適的室內(nèi)風環(huán)境。以上結(jié)論在徽州傳統(tǒng)民居天井空間的設計過程中可作為一定參考，對當代天井院落型居住建筑設計提供經(jīng)驗，為徽州傳統(tǒng)民居的創(chuàng)新設計提供技術(shù)支撐。