廈門營平近代騎樓樓梯間熱壓通風(fēng) 對夏季室內(nèi)熱環(huán)境的影響

摘要： 為研究廈門市營平片區(qū)近代騎樓公共樓梯豎向空間觸發(fā)的熱壓通風(fēng)對夏季室內(nèi)熱環(huán)境的改善效果，選取一個具備熱壓通風(fēng)和單側(cè)通風(fēng)條件的典型案例，對室內(nèi)外風(fēng)速、空氣溫度和濕度進(jìn)行現(xiàn)場實測。實測數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：熱壓通風(fēng)期間，2層的室內(nèi)外平均風(fēng)速比是單側(cè)通風(fēng)的2.3倍，其室內(nèi)通風(fēng)和降溫效果均顯著優(yōu)于單側(cè)通風(fēng)，能有效改善2層的室內(nèi)熱環(huán)境和風(fēng)環(huán)境，13：00-15：00期間，熱壓通風(fēng)效果達(dá)到峰值，可使人體熱感降低1.07 ℃；而熱壓通風(fēng)3層的室內(nèi)風(fēng)速與單側(cè)通風(fēng)的相當(dāng)，不足以產(chǎn)生明顯的室內(nèi)氣溫差異；熱壓和單側(cè)通風(fēng)期間，3層室內(nèi)氣溫明顯隨室外氣溫波動，建議增設(shè)屋面隔熱保溫層，增加樓梯間伸出屋面的高度及其頂部開口率，以降低3層室內(nèi)太陽輻射得熱，提高室內(nèi)風(fēng)速，增強熱壓通風(fēng)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞： 近代騎樓； 樓梯間； 熱壓通風(fēng)； 室內(nèi)熱環(huán)境； 廈門市營平片區(qū)

中圖分類號： TU 111.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A"" 文章編號： 1000-5013（2024）06-0740-06

Effect of Thermal Pressure Ventilation Strengthened by "Stairwell on Summer Indoor Thermal Environment in "Traditional Qilou Building in Yingping District of Xiamen City

HUANG Luhong1， LIANG Ludan1， SHI Yuehan2

（1. College of Architecture， Huaqiao University， Xiamen 361021， China；

2. Hubei Provincial Academy of Building Research and Design Limited Company， Wuhan 430061， China）

Abstract： To study the improvement effect of thermal pressure ventilation strengthened by stairwell on summer indoor thermal environment in the traditional Qilou buildings in Yingping District of Xiamen City， one typical case with thermal pressure ventilation and unilateral wind pressure ventilation was selected， and the indoor and outdoor wind speed， temperature and humidity were measured. The analysis of measure data illustrates that， with thermal pressure ventilation， the second floor′s indoor ventilation and cooling effect are significantly better than those with unilateral wind pressure ventilation， the average of the indoor and outdoor wind speed ratio is 2.3 times higher than that with unilateral wind pressure ventilation， and during 13：00-15：00， the indoor wind speed reaches peak value， the human body thermal sensation could reduce 1.07 ℃. However， the indoor wind speed of the third floor of hot pressure ventilation is equivalent to that of single-sided ventilation， which is not enough to produce significant differences in indoor temperature. During hot pressing and unilateral ventilation， the indoor temperature on the third floor fluctuates significantly with the outdoor air temperature.It is recommended to add a roof insulation layer and to increase the height of the staircase protruding from the roof and its top opening ratio， in order to reduce the indoor solar radiation heat gain of the third floor，to increase indoor wind speed， and to enhance the impact of thermal pressure ventilation on the indoor thermal environment.

Keywords：traditional Qilou； stairwell； thermal pressure ventilation； indoor thermal environment； Yingping District of Xiamen City

騎樓是在我國南方濕熱地區(qū)廣泛存在的臨街商住樓，大進(jìn)深小面寬。目前，針對騎樓室內(nèi)自然通風(fēng)的研究主要集中在漳州、泉州和廣州等地區(qū)，研究內(nèi)容側(cè)重于天井和廊道對騎樓熱壓和對流通風(fēng)的影響［1-3］。廈門近代騎樓不同于漳泉、廣東、廣西等其他南方地區(qū)的騎樓，它層數(shù)多、大多無天井，隨著城市化進(jìn)程和老城區(qū)的高密度發(fā)展，產(chǎn)權(quán)幾經(jīng)分割，形成大量的單面采光通風(fēng)戶型，夏季室內(nèi)濕熱且自然通風(fēng)條件較差，嚴(yán)重影響居住品質(zhì)［4］，學(xué)界在天井“煙囪效應(yīng)”促進(jìn)通風(fēng)方面的研究成果對于鮮有天井的廈門近代騎樓的適用性不強。因此，本文通過對比現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，研究廈門近代騎樓樓梯間熱壓通風(fēng)對夏季室內(nèi)熱環(huán)境的影響，并提出改善措施和建議。

1 公共豎向樓梯熱壓通風(fēng)潛能

營平歷史街道及騎樓現(xiàn)狀分布，如圖1所示。廈門營平片區(qū)以鷺江道、廈禾路、思明北路和大同路為邊界，包含了廈門“五縱兩橫”近代騎樓的“三縱”（廈禾路、開元路、大同路）和“兩橫”（開禾路、思明北路），保留著“下商上住”的最初格局，沿街界面完整統(tǒng)一，是廈門近代騎樓街區(qū)的典型代表。營平片區(qū)沿街337戶近代騎樓的公共豎向樓梯空間可分為3個大類、6個子類（表1），其中，樓梯位于住宅中心且四周臨內(nèi)墻（a1）的空間類型占比高達(dá)77.15%，在營平片區(qū)內(nèi)最普遍。

相較于其他類型， a1類型的樓梯位置分布于建筑平面的幾何中心， 樓梯間產(chǎn)生的熱壓抽拔力能更總計337100.00 均勻地影響到戶內(nèi)空間，有利于實現(xiàn)戶內(nèi)風(fēng)環(huán)境的全域優(yōu)化，可見，廈門營平近代騎樓公共樓梯間具備良好的熱壓通風(fēng)潛能。選取a1 類型空間的騎樓為樣本，對比測試公共樓梯間的熱壓通風(fēng)潛能被激活前、后的騎樓室內(nèi)熱環(huán)境狀況。

2 室內(nèi)熱環(huán)境測試概況

2.1 測試對象及測試工況

廈門地區(qū)夏季盛行偏南風(fēng)，選定建筑朝向與盛行風(fēng)向垂直的擔(dān)水巷3號騎樓，研究在風(fēng)壓通風(fēng)最不利條件下熱壓通風(fēng)對室內(nèi)熱環(huán)境的改善效果。

擔(dān)水巷3號是一棟典型的沿街騎樓，共3層，底層和上部住宅出入口分離，上部住宅的樓梯間頂部對外界有可開閉的開口。其住宅平面圖及測點布置圖，如圖2所示。樓梯間位于住宅中心且四周臨內(nèi)墻，屬最常見的空間類型（a1）；上部住宅每層為兩戶一室一廳的單側(cè)通風(fēng)戶型，為避免盛行風(fēng)對熱壓通風(fēng)的影響，以西北朝向的戶型為測試對象。

實驗設(shè)計了2種實測工況。工況1測試時間為2021年8月21日9：00-18：00，利用樓梯間的“煙囪效應(yīng)”引起室內(nèi)外空氣流動：測試對象的窗戶和分戶門均開啟、樓梯間頂部開口開啟。工況2測試時間為2021年8月22日9：00-18：00，通過風(fēng)壓引起室內(nèi)外空氣流動，測試對象處于常態(tài)下的單側(cè)通風(fēng)狀態(tài)：窗戶開啟，分戶門關(guān)閉，樓梯間出屋面的開口關(guān)閉。

測試兩日天氣晴朗，以偏南風(fēng)為主，全天室外平均氣溫分別為30.7，30.8 ℃，室外平均濕度分別為78.7%，78.1%。測試期間（9：00-18：00），室外平均氣溫分別為34.6，34.0 ℃；室外平均風(fēng)速分別為0.51，0.59 m·s-1，單側(cè)通風(fēng)工況的室外氣溫略低于熱壓通風(fēng)，室外風(fēng)速略高于熱壓通風(fēng)，其氣象條件更有利于室內(nèi)散熱，降低人體熱感覺。

2.2 測試儀器及測點布置

測量的熱環(huán)境參數(shù)包括室內(nèi)外風(fēng)速（測點R，B1～B6）、室內(nèi)外空氣溫度和濕度（測點R，A1～A4）。實測采用人工記錄和自動記錄相結(jié)合的方式。各測點風(fēng)速每小時人工同步測量1次，空氣溫度和濕度數(shù)據(jù)每5 min自動同步采集1次。

風(fēng)速和空氣溫濕度測試分別采用Testo425型熱線風(fēng)速計和AZ8829型溫濕度記錄儀，精度分別為±0.03 m·s-1，±0.6 ℃和±3％。測點設(shè)置在距樓地面1.5 m的高度上（圖2）。為了避免太陽輻射對溫濕度測量的影響，室外溫濕度感應(yīng)器加裝防輻射罩。

3 室內(nèi)熱環(huán)境實測分析

2種工況下風(fēng)速和空氣溫度隨時間的變化情況，如圖3，4所示。圖3，4中：vh，θh為熱壓通風(fēng)風(fēng)速和溫度；vu，θu為單側(cè)通風(fēng)風(fēng)速和溫度。由圖3，4可知以下4點結(jié)論。

1） 測試期間，受屋頂熱輻射影響，2層的氣溫始終低于3層。

2） 單側(cè)通風(fēng)時，3層受周邊建筑的遮擋小于2層，3層的室內(nèi)風(fēng)速大于2層。

3） 熱壓通風(fēng)時，2層的通風(fēng)效果優(yōu)于3層。據(jù)統(tǒng)計，測試期間2層（測點B2，B3）的平均風(fēng)速比3層（測點B5，B6）的高0.09 m·s-1。這是由于白天樓梯間頂部開口附近的空氣受熱上升，周圍較低溫度的空氣不斷流入樓梯間進(jìn)行補充，促成室內(nèi)空氣流通。樓梯間頂部開口和各進(jìn)風(fēng)口間的高度差（Δh）和溫度差（Δt）決定了空氣流通的效果，兩者的值越大，通風(fēng)效果越好。圖2中：Δh2大于Δh3，而且受屋頂熱輻射作用，3層室內(nèi)氣溫高于2層，導(dǎo)致樓梯間頂部開口與2層進(jìn)風(fēng)口的氣溫差大于其與3層進(jìn)風(fēng)口的氣溫差，因此，熱壓通風(fēng)時，2層的室內(nèi)風(fēng)速高于3層。

4） 熱壓通風(fēng)時，2層風(fēng)速隨時間變化明顯，13：00-15：00期間，室內(nèi)風(fēng)速顯著增加。但熱壓通風(fēng)時3層風(fēng)速均處于低值穩(wěn)定狀態(tài)，與單側(cè)通風(fēng)的2，3層室內(nèi)風(fēng)速變化規(guī)律一致。

3.1 室內(nèi)外風(fēng)速比對比

由于不同工況的風(fēng)速不是同時測量，對同一時刻室內(nèi)外風(fēng)速比（簡稱風(fēng)速比）進(jìn)行對比。風(fēng)速比越大，表明其風(fēng)速衰減度越小，室內(nèi)通風(fēng)狀態(tài)越好，越適宜濕熱地區(qū)的氣候條件。

兩種工況室內(nèi)6個測點的風(fēng)速平均值，如表2所示。表2中：va為室內(nèi)風(fēng)速平均值。以熱壓通風(fēng)的風(fēng)速均值各層最低測點（B2，B6）、風(fēng)壓通風(fēng)的風(fēng)速均值各層最高測點（B1，B4）為樣本，計算風(fēng)速比（δ）。

各樣本測點的風(fēng)速比及其箱型圖，如圖5所示。由圖5可知：測試期間的風(fēng)速比平均值排序為B2（熱壓2層）gt; B6（熱壓3層）gt; B4（單側(cè)3層）gt; B1（單側(cè)2層）；測試期間，2層的熱壓通風(fēng)風(fēng)速比平均值是單側(cè)通風(fēng)的2.3倍，其風(fēng)速比除了在12：00時略低于單層通風(fēng)外，其余時刻均明顯高于單層通風(fēng)，尤其在13：00-15：00期間，其風(fēng)速比平均值是單側(cè)通風(fēng)的3.6倍；測試期間，3層的熱壓通風(fēng)風(fēng)速比平均值是單側(cè)通風(fēng)的1.1倍，其風(fēng)速比在14：00-16：00期間顯著高于單側(cè)通風(fēng)，其余時刻略小于或略大于單側(cè)通風(fēng)。

可見，熱壓通風(fēng)時，各層風(fēng)速最低區(qū)域的風(fēng)速比平均值均大于單側(cè)通風(fēng)時風(fēng)速最高區(qū)域，其風(fēng)速的平均衰減度小于單側(cè)通風(fēng)；2層室內(nèi)通風(fēng)狀況顯著優(yōu)于單側(cè)通風(fēng)，3層室內(nèi)通風(fēng)狀況與單側(cè)通風(fēng)相當(dāng)。

3.2 室內(nèi)溫度對比

客廳位于室內(nèi)外空氣流通的主要路徑上，因此，將其作為各層的典型房間，不同工況的室內(nèi)氣溫，如圖6所示。圖6中：θ為空氣溫度。由圖6可知以下3點結(jié)論。

1） 9：00-15：40期間，熱壓通風(fēng)的室外氣溫高于單側(cè)通風(fēng)，平均溫差達(dá)1.3 ℃；15：40-18：00期間，熱壓通風(fēng)的室外氣溫低于單側(cè)通風(fēng)，平均溫差達(dá)1.5 ℃。

2） 9：00-15：40期間，熱壓通風(fēng)在室外氣溫高于單側(cè)通風(fēng)的情況下，其2層客廳的室內(nèi)氣溫始終低于單側(cè)通風(fēng)，平均溫差為0.63 ℃；15：40-18：00期間，該溫度仍持續(xù)低于單側(cè)通風(fēng)，平均溫差為0.49 ℃?？梢?，熱壓通風(fēng)對2層的降溫效果顯著優(yōu)于單側(cè)通風(fēng)，該優(yōu)勢受室外氣溫影響很小。

3） 9：00-15：40期間，熱壓通風(fēng)的3層客廳的室內(nèi)平均氣溫比單側(cè)通風(fēng)的高0.18 ℃；15：40-18：00期間，受室外氣溫影響，該平均溫度比單側(cè)通風(fēng)的低0.14 ℃。

可見，由于屋頂隔熱措施不完備，3層的室內(nèi)氣溫明顯隨室外氣溫而波動，自然通風(fēng)方式轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的室內(nèi)風(fēng)速變化對其影響權(quán)重遠(yuǎn)不及室外氣溫。

3.3 室內(nèi)綜合補償溫度對比

夏季偏熱環(huán)境下，加強空氣流動能夠降低人體熱感覺，改善人體熱舒適性；而相對濕度的上升會降低人體的蒸發(fā)和呼吸的散熱效率，增加人體熱感覺，加劇熱不適感［5-13］。熱壓通風(fēng)測試期間，在通風(fēng)最佳時段（13：00-15：00）內(nèi)，室內(nèi)氣溫和風(fēng)速同時處于高峰，室內(nèi)風(fēng)速的升高一定程度上消除了氣溫上升對人體熱感覺的影響，提升了人體的熱適應(yīng)性。

將風(fēng)速和濕度對人體熱感的影響表示為對人體造成同等熱感的空氣溫度，即綜合補償溫度，其中包括風(fēng)速補償溫度θv［14］和濕度補償溫度θφ［5］，即

θv=0.55v/0.15-4（φ-70%），" φ≥70%， 0.55v/0.15，" φlt;70%，（1）

θφ=（0.25/10%）×（60%-φ），" φ≥60%，（2）

θc=θv+θφ。（3）

式（1）～（3）中：v為室內(nèi)風(fēng)速；φ為相對濕度；θc為綜合補償溫度。

夏季綜合補償溫度越高，表明室內(nèi)的風(fēng)速和相對濕度在降低人體熱感方面的效果越明顯，室內(nèi)熱環(huán)境越佳。利用式（1）～（3）分別計算兩種工況各層客廳在不同時刻的綜合補償溫度。計算時，熱壓通風(fēng)的室內(nèi)風(fēng)速取各層最不利值（測點B2，B6的測量值），單側(cè)通風(fēng)的室內(nèi)風(fēng)速取各層最優(yōu)值（測點B1，B4的測量值）。計算結(jié)果，如圖7所示。由圖7可知以下3點結(jié)論。

1） 測試期間各層濕度補償溫度的平均值均為負(fù)值，且同層2種工況的數(shù)值非常接近。可見，室內(nèi)濕度加大了人體熱感覺負(fù)擔(dān)，且同層濕度對熱感覺的負(fù)作用受自然通風(fēng)狀態(tài)的影響很小。

2） 測試期間，單側(cè)通風(fēng)當(dāng)日的室外氣象條件更有利于室內(nèi)散熱和降低人體熱感覺，但其2層的綜合補償溫度均小于或接近0?？梢妴蝹?cè)通風(fēng)對2層的人體熱感覺無積極效應(yīng)。

3） 在室外平均氣溫最高的13：00-15：00期間，2層和3層熱壓通風(fēng)的綜合補償溫度的平均值分別為1.07，0.40 ℃，且大部分時間熱壓通風(fēng)各層的綜合補償溫度均比同層單側(cè)通風(fēng)的高，2層和3層的平均值分別比單側(cè)通風(fēng)的高1.10，0.12 ℃?？梢?，在夏季室內(nèi)外氣溫的高峰時段（13：00-15：00），熱壓通風(fēng)對人體熱感覺的改善效果比單側(cè)通風(fēng)的好，尤對2層的效果更佳。

4 結(jié)論

廈門營平片區(qū)77.15%的近代騎樓樓梯位于住宅中心且四周臨內(nèi)墻，公共樓梯間具備良好的熱壓通風(fēng)潛能。

相較單側(cè)通風(fēng)，利用樓梯豎向空間進(jìn)行熱壓通風(fēng)能有效改善2層的室內(nèi)熱環(huán)境和風(fēng)環(huán)境。測試期間，熱壓通風(fēng)的2層風(fēng)速最低區(qū)域的風(fēng)速比平均值是單側(cè)通風(fēng)風(fēng)速最高區(qū)域的2.3倍；2層室內(nèi)通風(fēng)和降溫效果均顯著優(yōu)于單側(cè)通風(fēng)期間，該優(yōu)勢受室外氣溫影響很小。而且在室外氣溫最高的13：00-15：00期間，熱壓通風(fēng)能使2層的人體熱感降低1.07 ℃，而單側(cè)通風(fēng)卻使人體熱感增加了0.03 ℃，對人體熱感無積極效應(yīng)。

由于屋頂隔熱措施不完備，3層室內(nèi)氣溫明顯隨室外氣溫而波動；熱壓通風(fēng)的3層風(fēng)速與單側(cè)通風(fēng)的相當(dāng)，13：00-15：00期間，熱壓通風(fēng)使3層的人體熱感降低0.40 ℃，僅比單側(cè)通風(fēng)的多0.12 ℃，自然通風(fēng)方式不同，產(chǎn)生的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境差異對室內(nèi)氣溫的影響權(quán)重遠(yuǎn)不及室外氣溫。

因此，增設(shè)屋面隔熱保溫層，減少室內(nèi)的太陽輻射得熱，是改善頂層室內(nèi)熱環(huán)境的最有效措施。其次，適當(dāng)增加樓梯間伸出屋面的高度［15］與樓梯間的頂部開口率［16］，增加熱壓通風(fēng)的風(fēng)口高度差，以加強頂層熱壓，提升3層室內(nèi)風(fēng)速，是擴大熱壓通風(fēng)對單側(cè)通風(fēng)領(lǐng)先優(yōu)勢的重要措施。

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（責(zé)任編輯： "黃曉楠" 英文審校： 方德平）

通信作者： 黃鷺紅（1979-），女，副教授，博士，主要從事建筑設(shè)計及其理論研究。E-mail：287069663@qq.com。

基金項目： 國家自然科學(xué)基金資助項目（51408515）； 福建省自然科學(xué)基金面上資助項目（2021J01301）https：//hdxb.hqu.edu.cn/