福建圓形土樓光環境的生態適應性

袁炯炯，陳沂，趙紅利

（1.華僑大學建筑學院，福建廈門361021；2.福州大學建筑學院，福建福州350108）

福建圓形土樓光環境的生態適應性

袁炯炯1，陳沂2，趙紅利1

（1.華僑大學建筑學院，福建廈門361021；2.福州大學建筑學院，福建福州350108）

從福建客家土樓民居的建筑布局、形式和材料等建筑設計方面入手，分析福建土樓的建筑光環境.選擇該地區典型圓形土樓建筑——福建南靖“懷遠樓”作為實驗數據的采集點，采取實地測試的方法研究單體土樓的光氣候環境.研究結果表明：福建圓形土樓整體建筑的被動采光性能與居民的生活習性結合良好，具有良好的生態適應性能；在居民白天活動頻繁的區域的太陽直射光和反射光照度充分，利于居民活動；土樓獨特的空間形式和建筑材料使得其內部光環境的亮度對比度適中，減少了眩光級的可能性，光環境舒適度高.

圓形土樓；傳統民居；生態適應性；光環境；福建

關于傳統聚落和民居建筑的研究始于20世紀50年代，在20世紀的后20年形成一個發展的高潮，涌現出大量的民居建筑研究專題著述.但是，如果對這些民居建筑論述進行一個整體梳理，就會發現其方法還是停止在“靜態的觀點”上.即大部分是停留在即時性的狀態觀察，及在此基礎上進行各種建筑人文和測繪類型的分析，強調的是“居”的物質和人文屬性，而沒有強調“民”居的生活環境特性［1］.對于福建土樓民居聚落的研究也不例外.總的說來，目前的研究現狀缺乏從生態人居的角度，采用科學的技術方法，對福建土樓傳統民居的人居生態環境特征進行深入分析和研究.福建土樓民居主要分布在西南山區，是客家人和閩南人所共有的一種民居形式.由于福建土樓的類型豐富多樣，一般分為圓樓、方樓、五鳳樓，另外還有變形的凹字型、半圓型和八卦型等多種形式.本文針對福建土樓傳統民居的光氣候環境進行理論和實測分析，通過科學的數據分析，研究其建成環境的可見光環境對居民生活狀態的影響.

1 福建土樓的光氣候環境概述

光氣候環境主要分為天然光環境和人工光環境，而不同形式的建筑，其光環境也是不同的.福建土樓位于我國光氣候Ⅳ區，光氣候系數K值為1.1，室外天然光臨界照度值為4 500 lx［2］.建筑設計的諸多因素都對建筑室內空間的自然光環境產生影響和制約［3］.

從外部環境的角度來看，外部環境事物之間的體型關系，包括建筑物、山體或樹種植被對建筑整體環境的相互遮擋，影響建筑外部光環境；其次，外環境中是否有對光線影響較大的界面存在，如外部具有鏡面反光性能的材料對外部光線的反復反射增強局部光照度.

從建筑單體設計的角度來看，有4個需要考慮的因素：1）建筑三維形體參數，包括開間、進深、層高等建筑參數；2）建筑朝向，直接決定了太陽直射光量；3）采光系統，其選擇和設計直接決定了太陽光的直射量，影響室內光環境；4）室內建筑界面，包括各個裝修界面，如天花板的材料和形式、墻面材料及地面鋪裝等，各個界面的反射比影響了室內漫射光環境.

福建土樓具有傳統民居聚落的屬性，作為大型的集合住宅而言，與現代建筑所不同的是土樓居民的活動場所還有一個豐富的灰空間，主要是指向天開敞的內院空間和廊下、入口門廳的溝通交流空間.因此，福建土樓的光環境主要從兩個空間層面來分析，然后結合光與色的關系研究其生態適應特性［4］.

其一，從建筑灰空間的活動場所分析［5］.內院向天開敞，太陽直射光充足；門廳兩側開敞，直射陽光較少，但沒有墻體的遮擋，反射光量大；走廊則單向開敞，由于在一天不同的時刻直射陽光和反射光的共同作用，走廊空間的亮度隨時間和方位的不同而變化，但總的來說亮度充足.

其二，從建筑的室內使用空間分析.主要通過門窗洞口的側向采光滿足室內采光的需要，頂層局部或有天光采光；底層和二層受建筑形式的制約只能單向從走廊和向天內院采光，外墻窗戶一般采用外小內大的平面形式，盡量加大室內空間的采光量.福建山區土樓的外墻上屋頂出檐一般較之沿海區域土樓大，遮擋陽光直射的同時減少了室內的采光量.

研究光環境的同時必須考慮顏色對光環境的影響.光與色共同作用于建筑的光氣候環境，照度和均勻度受建筑形式的限制而往往不足，但從對比度的角度來說，福建土樓的建筑材料色主要是土色系的暖色調.這與和當地自然環境綠色系相互作用，與太陽光一起形成了柔和的光環境，提高了可見光環境的舒適度［6］.從生態的角度來說，土樓光色結合的舒適光環境是一種對自然環境和人文環境適應的結果.對于早期的土樓住民而言，舒適的光環境利于心理歸屬感的形成，加強了家族凝聚力，為后代的繁衍延續提供條件.即在當時的背景下，土樓光環境具有良好的生態適應性特性.

圖1 “懷遠樓”測點示意圖Fig.1 Layout of testing points in Huaiyuan Building

2 典型圓形土樓的光環境實測與模擬

2.1 現場實測

為了更好的表現福建圓形土樓建筑的采光特點，更實際地體現其內部的生活環境，選定具有代表性的4層土樓建筑——福建南靖梅林的“懷遠樓”作為此次實驗數據的采集點.“懷遠樓”是中型雙環圓土樓的代表，目前仍有100多人在其中居住，保留了福建圓形土樓原有的生活模式.“懷遠樓”為土木共濟結構，樓四層高13 m，直徑38 m，墻基用大河卵石和三合土壘筑了3 m多高.底層34個開間，4層共136間，只設一個大門.4座樓梯均勻分布，可通向各層樓.1～4層均為單側內向開敞型回廊.單個房間軸線內寬3.1 m，進深3.5 m，在樓外周墻頂層4個方向出挑建有4個了望小樓臺.

圖1為“懷遠樓”的測點布置圖.測量時間段為夏季的典型一日（2011年7月21日）的9∶00～14∶00，每0.5 h取一組對比數據，實驗日云量為5～6級晴天.首先，分別同時對“懷遠樓”外圈、中庭以樓口為起點的0°，90°，180°，270°共4個方向測量正常夏日天氣狀況下的照度；其次，分別在土樓4個樓層的4個相同方向，分縱向及同一水平方向測量同一時刻土樓的內走廊、室內居中、室內靠窗等日常生活中經常停留位置的照度.為了保證所列表數值的真實性，采用平均值的方法采集數據，列表對比研究，即每個數據點平均讀數3次，以3次數值的平均值為列表對比的數據，測試結果如圖2，3所示.

2.2 模擬分析

采取ECOTECT軟件對“懷遠樓”光環境進行模擬分析，模型數據采用實際建筑尺度，分析參數為全云天時的天然采光系數和照度，室外臨界照度為4 500 lx.“懷遠樓”南北剖面的照度模擬圖，如圖4所示.

2.3 實驗結果和分析根據國家標準GB／T 50033－2001《建筑采光設計標準》規定：起居室、臥室、書房、書房的室內天然光臨界照度為50 lx；衛生間、過廳、樓梯間、餐廳的室內天然光臨界照度為25 lx.將國標中居住建筑的室內天然光臨界照度數值與圖2，3，4的數據進行綜合分析，并與ECOTECT軟件模擬的數據進行對比，可以得出以下3點結論.

1）土樓內部各個空間的天然光照度滿足國家標準GB／T 50033－2001《建筑采光設計標準》的要求，且模擬數據與實測數據的變化情況基本吻合，證實實測數據的科學性和真實性.

2）由于土樓的內向開敞性，主要靠天井采光，即靠近天井的走廊采光最好.因此隨著太陽角增大，天井內的采光量將增大，接近垂直角度采光最好.門廳和走廊部分的照度最亮，適合居民作為集中活動場所.

圖2 同層單元房間內測點照度對比圖Fig.2 Illumination contrast among the testing points in the rooms of the same floor

圖3 不同樓層測點照度對比圖Fig.3 Illumination contrast among the testing points on various floors

圖4 南北剖面照度模擬圖Fig.4 Simulation of illumination intensity on north and south profiles

3）在開窗和開門的情況先，靠近內院天井的的位置采光較好；在建筑水平面上，各個方向采光較均勻，其中東向房間（B點方向）采光較之其他稍好.在建筑縱向剖面上，靠近內院天井位置一樓采光較好，而靠近外墻的空間區域相對而言采光量不足.

3 結論

針對福建圓形土樓光環境的研究發現，其整體建筑的被動采光性能與居民的生活習性結合良好，具有良好的生態適應性能.在居民白天活動區域頻繁的區域，例如門廳、走廊、內院和祖堂空間中的太陽直射光和反射光照度充分，利于居民活動；臥室室內主要用于夜晚活動，其功能區域內的照度不充足是允許的.土樓獨特的空間形式和建筑材料使得其內部光環境的亮度對比度適中，減少了眩光級的可能性，光環境舒適度高.

然而，在現代生活需要的條件下，土樓臥室功能更加豐富了，例如兼做書房、起居室和兒童室等，那么其室內的照度就遠遠不能滿足需要了.因此，需要根據現代生活狀況改變的要求，以被動技術結合主動技術，如增加采光儀器，提高地板、墻面和天花的反射率，提高室內亮度，將光環境和熱環境改造設計相結合，減少營造良好光環境和舒適熱環境的沖突，延續和推進福建土樓良好的生態適應性能.

［1］ 徐悅，馬劍.中國古建筑天然光環境給予的啟發［J］.華中建筑，2007，25（2）：141－143.

［2］ 華南理工大學.建筑物理［M］.廣州：華南理工大學出版社，2002：202－244.

［3］ 張昕，楊光，詹慶旋.中國傳統建筑光環境保護的類型域研究［J］.照明工程學報，2009，20（4）：5－8.

［4］ 袁炯炯.石橋村客家土樓傳統生態理念的生態適應性研究［D］.泉州：華僑大學，2005：38－43.

［5］ 謝浩.住宅建筑采光的技術途徑［J］.現代物業：上旬刊，2011（5）：108－110.

［6］ 日本建筑學會.光和色的環境設計［M］.劉南山，等譯.北京：機械工業出版社，2006：100－111.

［7］ 中華人民共和國建設部.GB／T 50033－2001建筑采光設計標準［M］.北京：中國建筑工業出版社，2001：13.

Ecological Adaptation of Circular"Hakka Earth Buildings" Light Environment in Fujian

YUAN Jiong－jiong1，CHEN Yi2，ZHAO Hong－li1
（1.School of Architecture，Huaqiao University，Xiamen 361021，Fujian，China；2.School of Architecture，Fuzhou University，Fuzhou 350108，Fujian，China）

Based on the layout，form and materials of Fujian Hakka earth Buildings，the light environment was analyzed.Investigating Huaiyuan Building by on－site testing，one of the typical circular earth buildings in Nanjing Fujian，the experimental data were obtained to study the light environment of single building.The results show that：the passive daylighting performance of the whole circular Hakka house is consistent with the living habits of the residents，the ecological adaptability is benign；the intensity of both direct and reflected sun light is sufficient in the region for the resident frequent activities；the unique form of space and building materials of Hakka house moderate both the brightness and contrast of internal light environment，reduce the possibility of glare，and upgrade the comfortable degree of light environment.

circular Hakka house；traditional house；ecological adaptability；light environment；Fujian

TU 113.51；TU 241.5（257）

A

（責任編輯：黃曉楠 英文審校：方德平）

1000－5013（2012）05－0569－04

2012－04－25

袁炯炯（1979－），女，講師，主要從事生態建筑和技術的研究.E－mail：yjj2006＠hqu.edu.cn.

國家自然科學基金資助項目（51078156）；福建省自然科學基金資助項目（2010J01297）；華僑大學自然科學基金資助項目（11 HZR13）