綠色低碳視野下瓊北火山石民居改造研究

【摘要】瓊北獨(dú)特的火山口文化和豐富的火山石材料，造就了獨(dú)具特色的瓊北火山石民居。文中以?？谑胁虧蓶|宅為例，運(yùn)用斯維爾綠色建筑性能模擬軟件從通風(fēng)、采光、住區(qū)熱環(huán)境對(duì)火山石民居營建智慧進(jìn)行解析，基于分析結(jié)果提出了應(yīng)對(duì)現(xiàn)有問題的改造策略，為傳統(tǒng)民居更新適應(yīng)當(dāng)代鄉(xiāng)村生活以及火山石綠色低碳營建智慧的更新與傳承提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】綠色低碳；火山石民居；綠色建筑性能模擬

【中圖分類號(hào)】TU241.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0083-03

0 引言

近年來，國家陸續(xù)出臺(tái)了綠色低碳發(fā)展相關(guān)文件，對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展作了相應(yīng)部署。海南省自2023年1月1日起施行《海南省綠色建筑發(fā)展條例》，該條例的實(shí)施標(biāo)志著海南建筑進(jìn)入了“全綠時(shí)代”[1]。為貫徹國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，推動(dòng)海南農(nóng)村自建住宅綠色發(fā)展，助力美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，2023年7月，海南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳結(jié)合海南實(shí)際發(fā)布《海南省農(nóng)村自建住宅建設(shè)綠色技術(shù)導(dǎo)則（征求意見稿）》。研究擬運(yùn)用綠色建筑性能模擬軟件對(duì)?？谑胁虧蓶|宅民居進(jìn)行分析，以了解火山石民居綠色低碳營建智慧，提出改造策略，為傳統(tǒng)民居更新適應(yīng)當(dāng)代鄉(xiāng)村生活提供借鑒。

1 海口市蔡澤東宅民居概況

蔡澤東宅基本符合當(dāng)代人們的生活習(xí)慣，是火山石民居的典型代表。蔡澤東宅占地面積461.1 m2，其形制是標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)三院，前面的正屋為客屋，中間為主屋，后院設(shè)廂房，如圖1所示。其功能結(jié)構(gòu)完全符合現(xiàn)代的起居生活，主屋加設(shè)配套衛(wèi)生間、給排水系統(tǒng)，同時(shí)后院廂房有農(nóng)具儲(chǔ)存和作物加工的房間以及現(xiàn)代廚房。蔡澤東宅為東南朝向，中軸對(duì)稱，照壁上刻“?！弊?，有魚石雕，前院的鋪地是統(tǒng)一的火山石鋪地。院大門位于前院東側(cè)，門上有豐富的木作雕花。主客屋的石作屬于無漿砌筑，加工精細(xì)，木作也相當(dāng)精美，距今有近70年歷史，色澤依然鮮艷。中庭院是匯水庭院，象征著聚財(cái)，布置著許多水缸小品。后庭院是生活庭院，單獨(dú)設(shè)有進(jìn)出院門。

2 綠色建筑性能模擬

研究使用的綠色建筑性能模擬系列軟件是國內(nèi)目前唯一一家構(gòu)建并運(yùn)行于Auto CAD的平臺(tái)，全面覆蓋風(fēng)、光、熱三大環(huán)境計(jì)算和模擬，與各大主流建筑建模軟件兼容性好，通過住建部權(quán)威認(rèn)證，是緊扣國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的綠色建筑環(huán)境分析軟件，代表綠建評(píng)估的最新技術(shù)趨勢(shì)。具體使用的軟件為綠建斯維爾建筑通風(fēng)（VENT）軟件、綠建斯維爾采光分析（DALI）軟件和綠建斯維爾住區(qū)熱環(huán)境（TERA）軟件。

2.1 通風(fēng)模擬

使用綠建斯維爾建筑通風(fēng)（VENT）軟件對(duì)蔡澤東宅進(jìn)行建筑通風(fēng)性能模擬分析。模擬分析對(duì)照的標(biāo)準(zhǔn)為《綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》和JGJ/T 309—2013《建筑通風(fēng)效果測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》以及GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。

?？趯贌釒Ъ撅L(fēng)海洋性氣候，氣候溫和宜人，長夏無冬，對(duì)夏季和過渡季分別進(jìn)行了通風(fēng)模擬。GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：當(dāng)建筑可開啟的外窗50%以上滿足室內(nèi)外表面風(fēng)壓差大于0.5 Pa，可以獲得2分；當(dāng)場(chǎng)地里人活動(dòng)的區(qū)域沒有出現(xiàn)渦旋或者無風(fēng)區(qū)域，可以獲得3分。通過通風(fēng)模擬，蔡澤東宅可開啟的外窗84.62%以上滿足室內(nèi)外表面風(fēng)壓差大于0.5 Pa，但室外場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)域存在較多無風(fēng)區(qū)。當(dāng)進(jìn)行室內(nèi)外風(fēng)速協(xié)同測(cè)算時(shí)，室外場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)域風(fēng)速有明顯改善。

參照GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，根據(jù)蔡澤東宅窗戶可開啟面積占比和通風(fēng)換氣次數(shù)來判定其室內(nèi)通風(fēng)效果。通過模擬測(cè)算，其100%主要功能房間為大于2次/h的換氣次數(shù)，可以得到滿分8分。標(biāo)準(zhǔn)中第5.2.10條第1款規(guī)定：夏熱冬暖地區(qū)的住宅建筑，房間通風(fēng)開口與房間地板的面積比值達(dá)到12%，得5分，每增加2%，再得1 分，最高得8分。通過計(jì)算該建筑各套住宅的通風(fēng)開口面積比例，得出其中最小值為11.9%，按照標(biāo)準(zhǔn)要求該項(xiàng)不得分。

2.2 采光模擬

使用綠建斯維爾采光分析（DALI）軟件對(duì)蔡澤東宅進(jìn)行建筑采光分析。模擬分析依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5699—2008《采光測(cè)量方法》、GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。采光模擬分析有動(dòng)態(tài)采光分析和靜態(tài)采光分析之分，動(dòng)態(tài)采光分析能夠?qū)崿F(xiàn)GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于采光指標(biāo)的計(jì)算和對(duì)標(biāo)，靜態(tài)采光分析主要用于對(duì)建筑采光系數(shù)的全面計(jì)算。

參照GB 55016—2021《建筑環(huán)境通用規(guī)范》的規(guī)定，民居中采光等級(jí)不應(yīng)小于Ⅳ級(jí)的為起居室、臥室，且需同時(shí)需滿足GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，研究通過對(duì)民居的采光模擬和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)采光系數(shù)達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采光面積201.04 m2，均不滿足采光要求。

GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：5.2.8-3 主要功能房間有眩光控制措施，得3分。眩光控制需實(shí)現(xiàn)主要功能房間的采光系數(shù)最大值與平均值的比小于6。如果沒有眩光控制措施或采光均勻度不達(dá)標(biāo)不得分。

考慮靜態(tài)采光系數(shù)評(píng)價(jià)，無法預(yù)測(cè)建筑物有沒有遮擋，也無法預(yù)測(cè)強(qiáng)光問題，同時(shí)也沒有考慮建筑的朝向以及天氣變化。所以有必要分析民居的動(dòng)態(tài)采光。GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》條文5.2.8明確對(duì)建筑光環(huán)境做出規(guī)定：住宅室內(nèi)300 lx的小時(shí)數(shù)平均不少于每天8小時(shí)的主要功能空間需占60%以上面積比例，可以獲得9分。該民居通過分析室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光，達(dá)標(biāo)面積比例僅為11%。

參照GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，綜合以上評(píng)分，采光指標(biāo)滿分為12分，蔡澤東宅總得分0分。由此可知，民居室內(nèi)空間的照度分布不均勻，離窗戶距離較遠(yuǎn)的區(qū)域照度明顯不夠，平均采光系數(shù)低。

2.3 住區(qū)熱環(huán)境模擬

使用綠建斯維爾住區(qū)熱環(huán)境（TERA）軟件對(duì)蔡澤東宅進(jìn)行住區(qū)熱環(huán)境分析?！冻鞘芯幼^(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的指標(biāo)體系包括必須滿足的強(qiáng)制性條文，在此基礎(chǔ)上采用規(guī)定性設(shè)計(jì)或評(píng)價(jià)性設(shè)計(jì)?！冻鞘芯幼^(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的指標(biāo)體系除了有強(qiáng)制性條文規(guī)定，還采用評(píng)價(jià)性設(shè)計(jì)或規(guī)范性設(shè)計(jì)。民居屬于第Ⅳ建筑氣候區(qū)，應(yīng)滿足強(qiáng)制性條文4.1.1 居住區(qū)的夏季平均迎風(fēng)面積比應(yīng)不大于0.7。4.2.1規(guī)定夏季居住區(qū)室外活動(dòng)場(chǎng)地必須有遮陽設(shè)計(jì)，廣場(chǎng)遮陽覆蓋率需≥25%。民居測(cè)算采用評(píng)價(jià)性設(shè)計(jì)，居住區(qū)熱環(huán)境的設(shè)計(jì)指標(biāo)為平均熱島強(qiáng)度和逐時(shí)濕球黑球溫度，相應(yīng)指標(biāo)需達(dá)到：①夏季的平均熱島強(qiáng)度值不能大于1.5 ℃；②夏季的逐時(shí)濕球黑球溫度不能大于33 ℃ 。通過運(yùn)用住區(qū)熱環(huán)境軟件測(cè)算，民居平均迎風(fēng)面積比0.834 6，數(shù)值過大不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的平均迎風(fēng)面積比應(yīng)≤0.70；民居的活動(dòng)場(chǎng)地遮陽覆蓋率為0，低于標(biāo)準(zhǔn)要求限值25%；民居平均熱島強(qiáng)度0.19 ℃ ，濕球黑球溫度30.64 ℃ ，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求限值。

3 綠色低碳營建智慧總結(jié)

3.1 建筑通風(fēng)營建智慧

首先，民居沿中軸線對(duì)稱布置，正廳兩側(cè)門沿軸線方向?qū)R。常年開啟，使大廳成為半開放空間，具有良好的通風(fēng)效果。大廳前后的軸向布局極大增強(qiáng)了濕熱地區(qū)民居的通風(fēng)效果。其次，民居的布局是基于三開間布局。兩側(cè)房間的深度較大，根據(jù)使用需求可以靈活將其分為兩個(gè)房間。為了讓兩側(cè)房間能進(jìn)行自然通風(fēng)，中間的隔斷上部處理成鏤空形式。受限于火山石材料和工藝水平，室內(nèi)空間相對(duì)較小。此外，大廳的平均凈高只有3米多，檐高只有2米左右，較小的建筑尺寸更有利于保護(hù)建筑免于臺(tái)風(fēng)的侵襲。民居窗戶為直欞窗，沒有窗扇，全年處于開啟狀態(tài)，有利于建筑的通風(fēng)效果。

3.2 建筑采光營建智慧

海南屬于熱帶，太陽輻射強(qiáng)度高[2]。不同的建筑朝向接收到太陽輻射量差異較大。民居朝向?yàn)闁|南向，主要與減少太陽輻射有關(guān)。民居僅在東南墻面和西北墻面開窗，且每個(gè)開窗面積僅為1.8 ㎡，有效地避免了熱輻射通過窗口進(jìn)入室內(nèi)。

3.3 住區(qū)熱營建智慧

民居為坡屋頂，當(dāng)風(fēng)吹到屋頂時(shí)，在屋頂坡度的作用下，迎風(fēng)面的風(fēng)速加大。同時(shí)坡屋面下的空間具有一定的隔熱作用。民居的檐廊寬度為1.26 m，在太陽高度角較大的?？谑校陉栃Ч@著。屋頂檐廊空間是建筑的輔助組成部分，不僅是將庭院與主屋連接起來的交通空間，同時(shí)還是一個(gè)半室外空間，起到熱緩沖作用的同時(shí)提供了陰涼和遮雨的地方。

火山石的特點(diǎn)為耐腐蝕、強(qiáng)度高、保溫隔熱、防水，非常適合瓊北高溫潮濕的氣候環(huán)境[3]。首先，火山石表面有密集的孔洞，透氣的表面對(duì)室內(nèi)潮濕環(huán)境有較好的改善作用，并能在一定程度上起到降溫的作用。其次，火山石較強(qiáng)的蓄熱能力可以減低室內(nèi)空氣溫度和濕度的浮動(dòng)。在夏季的日間，室內(nèi)空氣的溫度得到降低，而在冬季的夜間，室內(nèi)空氣溫度可以得到提高。此外，火山巖本身的防水和耐腐蝕特性也導(dǎo)致了其在住宅建筑中的廣泛應(yīng)用，尤其是在墻基礎(chǔ)和柱基礎(chǔ)的運(yùn)用中，延長了建筑的使用壽命。

4 改造策略

4.1 基于通風(fēng)改造策略

?？趯儆谙臒岫貐^(qū)，氣候條件較好，日間基本全天通風(fēng)開窗[4]。良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)能夠有效改善居民的居住環(huán)境，減少空調(diào)等機(jī)械設(shè)備的使用頻率節(jié)約建筑能耗。民居四周圍墻約2.5 m，且密不透風(fēng)。為改善通風(fēng)環(huán)境，可在迎風(fēng)面圍墻上適當(dāng)布置鏤空花窗，讓更多的自然風(fēng)能進(jìn)入庭院及建筑內(nèi)部。

4.2 基于采光改造策略

民居窗戶為直欞窗，沒有窗扇，但豎向橫向的木條一定程度影響了采光，可以將直欞窗改為玻璃平開窗，改善采光的同時(shí)不影響通風(fēng)。為了解決采光不足的問題，可以利用光線的反射效果，添加反射面板或百葉。當(dāng)光線照射在反射板上時(shí)，反射板會(huì)將光線以漫反射的形式反射到室內(nèi)，從而提高室內(nèi)采光的均勻分布。使用反光百葉，增加室內(nèi)光照的同時(shí)利用其正面的W形構(gòu)件，可將夏季大角度入射的光線一次反射到室外，避免過多的光線進(jìn)入室內(nèi)造成室內(nèi)溫度過高[5]。

4.3 基于住區(qū)熱環(huán)境改造策略

民居活動(dòng)場(chǎng)地遮陽覆蓋率為7%。僅西北側(cè)的菜園種植了四棵喬木。前院和中庭均可通過種植葉面積指數(shù)大于3的樹種，提高場(chǎng)地遮陽覆蓋率。前庭和中庭均為普通水泥地面，為改善住區(qū)熱環(huán)境，可以改為透水磚，從而增加滲透蒸發(fā)量。

5 結(jié)語

瓊北居民有著豐富的歷史文化底蘊(yùn)，數(shù)千年的傳承和積累賦予了當(dāng)?shù)鼐用駪?yīng)對(duì)特定氣候和生活習(xí)慣的獨(dú)特智慧與策略。研究對(duì)推進(jìn)瓊北民居的綠色低碳營造具有重要意義。文中基于綠色建筑性能模擬軟件斯維爾測(cè)算，對(duì)?？诘湫突鹕绞窬釉谕L(fēng)、采光、住區(qū)熱環(huán)境三方面的綠色低碳營建智慧進(jìn)行了梳理，并提出了對(duì)應(yīng)的改造策略，為火山石民居綠色低碳營建智慧的更新與傳承提供借鑒。

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[作者簡(jiǎn)介]李琳玲（1988—），女，?？谌?，碩士，講師，研究方向：地域性建筑與綠色建筑。

[通信作者]何明（1983—），男，?？谌?，碩士，講師，研究方向：地域性建筑與民宿設(shè)計(jì)。