自然通風(fēng)技術(shù)的傳承與創(chuàng)新
——以西關(guān)大屋為例

梁家輝,袁富貴,朱國婷,謝銳生,溫武雄,梁浩鋒,張鈞賀

(廣東白云學(xué)院,廣東 廣州 510450)

自然通風(fēng)技術(shù)的傳承與創(chuàng)新
——以西關(guān)大屋為例

梁家輝,袁富貴,朱國婷,謝銳生,溫武雄,梁浩鋒,張鈞賀

(廣東白云學(xué)院,廣東 廣州 510450)

嶺南地區(qū)氣候炎熱,如何將自然風(fēng)引入室內(nèi),使居住更加舒適是嶺南建筑設(shè)計長久以來不斷思考的問題。從西關(guān)大屋到客家圍龍屋都無處不彰顯古人對自然通風(fēng)技術(shù)的妙用。但隨著溫室效應(yīng)帶來的環(huán)境惡化,傳承下來的通風(fēng)技術(shù)也需要不斷創(chuàng)新蛻變才能夠更加適應(yīng)現(xiàn)代社會的環(huán)境,以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

嶺南；創(chuàng)新；自然通風(fēng)技術(shù)；建筑通風(fēng)

如何在夏季的高溫環(huán)境下,以更少的能耗營造更為舒適的居住環(huán)境是綠色建筑中重要的研究部分,更是嶺南炎熱地區(qū)建筑設(shè)計的重點考慮對象。先民為營造舒適的居住環(huán)境而采用的天井、青云巷、木趟櫳等極具嶺南特色的通風(fēng)技術(shù)沿用至今,隨著人們對自然風(fēng)形成原理的理解以及當(dāng)?shù)貧夂蛱厣难芯?各地針對當(dāng)?shù)貧夂蚨继岢隽司哂袆?chuàng)意自然通風(fēng)方案。現(xiàn)在我們提出“冷墻”的概念,它能與現(xiàn)有通風(fēng)技術(shù)協(xié)同作用,使建筑室內(nèi)達(dá)到更好的通風(fēng)效果,營造更加舒適的居住環(huán)境。我們將以西關(guān)大屋現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)為實例,闡述“冷墻”的運作原理。

1 冷墻的造型

冷墻是建筑中的一種能夠?qū)⑹彝鉄犸L(fēng)在一定程度上達(dá)到冷卻目的和采光作用的被動式通風(fēng)結(jié)構(gòu),其獨特的外形構(gòu)造,無形之中也豐富了建筑造型。其構(gòu)造簡單,根據(jù)其原理可設(shè)計出個性的造型,如圖1冷墻效果示意圖所示。冷墻從平面上看呈鋸齒狀,在靠近室內(nèi)的一端錯位開孔,在保證節(jié)流降溫效應(yīng)發(fā)揮作用的同時兼顧了室內(nèi)的隱私,如圖2冷墻平面示意圖所示。

圖1 冷墻效果示意

圖2 冷墻平面示意

2 冷墻的起源及原理

冷墻是一種能夠使空氣溫度降低的墻,它源于生活中“吹氣與哈氣”的原理。在炎熱夏天時,人們用嘴“吹”氣會感受到?jīng)鲲L(fēng)；在冬天時則經(jīng)常通過“哈”氣以達(dá)到暖手的效果。這一生活習(xí)慣促使這一通風(fēng)技術(shù)的誕生。

通過研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)人們吹氣時會形成節(jié)流降溫的效應(yīng),其簡化模型如圖3節(jié)流降溫效應(yīng)圖所示。當(dāng)氣體通過一個縮孔時,氣流受到阻礙,氣流在閥門處產(chǎn)生漩渦、碰撞、摩擦,流體要通過縮孔,必須克服阻力,其最終體現(xiàn)在通過縮孔前的壓力比縮孔后的壓力大得多,這種由流體遇到局部阻力造成壓力有較大降落的過程通常稱為“節(jié)流過程”。在節(jié)流過程中,因為流體和外界交換的熱量很少,所以流體可以看作與外界沒有熱量交換的絕熱過程,根據(jù)能量守恒定律,節(jié)流前后的氣流內(nèi)部的總能量不變,但是組成三部分能量：分子運動能、分子相互作用的位能和流動能，每一部分是可能發(fā)生變化的。節(jié)流后壓力變小,質(zhì)量比容積增大,分子之間的距離增加,分子相互作用的位能增大。而流動能一般變化不大,所以只能靠減小分子運動的動能來轉(zhuǎn)換成位能。分子運動速度減慢體現(xiàn)在溫度降低。當(dāng)氣體節(jié)流后,由于壓力降低,氣體體積膨脹,分子間距增大,分子間的位能增加,相應(yīng)地，動能減小,而分子的動能大小可以反映出溫度的高低。這也論證了為何“吹氣”可以達(dá)到降溫的效果。

圖3 節(jié)流降溫效應(yīng)

同時由于“吹氣”的原理,使風(fēng)通過縮孔后風(fēng)速增大,風(fēng)速的增大使皮膚表面的水分蒸發(fā)速度加快,從而使人產(chǎn)生涼快的感覺。

根據(jù)以上的原理,將其運用在建筑中便得到了能使熱風(fēng)轉(zhuǎn)化為涼風(fēng)的“冷墻”了。

3 冷墻與天井、廊道的結(jié)合

天井是嶺南傳統(tǒng)建筑中重要的構(gòu)件之一,主要起水平空間及垂直空間的連接、過渡和交通樞紐的作用,此外,還兼具室內(nèi)通風(fēng)及采光的作用。在嶺南地區(qū)炎熱的氣候條件下,天井就成了室內(nèi)空氣流通的綠色發(fā)動機。其主要通風(fēng)原理是利用了熱壓通風(fēng)。當(dāng)屋頂結(jié)構(gòu)集聚太陽直射的熱量時,溫度較高；而天井附近地面的溫度受大面積的陰影以及土壤、水井水汽和植物的影響,溫度相對較低,從而使天井的上部空氣和下部空氣形成了溫度差,天井上部空氣受熱,密度減小從而產(chǎn)生上升氣流,帶動下部空氣向上運動,進而形成風(fēng),將室內(nèi)的污濁空氣和熱量帶走。若將冷墻加入,能夠使室內(nèi)的溫度相對更低,使溫差加大,從而促進了天井的熱壓通風(fēng)效果,兩種通風(fēng)技術(shù)相輔相成,使室內(nèi)環(huán)境在嶺南炎熱的環(huán)境中更加舒適(如圖4所示)。

圖4 冷墻與天井協(xié)同作用

為了使西關(guān)大屋達(dá)到更好地通風(fēng)換氣的效果,常常將廳堂及室內(nèi)狹小的廊道與天井結(jié)合起來,當(dāng)風(fēng)經(jīng)過天井上空時,在天井的引導(dǎo)下進入天井,由于開敞的天井風(fēng)速小風(fēng)壓大，而狹小的廊道風(fēng)速大風(fēng)壓小,從而在天井和廊道之間形成壓力差,在壓力差的作用下進入天井的風(fēng)會轉(zhuǎn)而進入狹小的廊道,而經(jīng)過廊道的風(fēng)又會帶動廊道旁邊空間室內(nèi)氣體的流動,從而達(dá)到風(fēng)壓通風(fēng)的效果。但不是通風(fēng)量越大越好,如果通風(fēng)量過大,不僅不能起到降溫作用,而且還會將室外的熱量帶入室內(nèi)。若在迎風(fēng)及靠近天井的一側(cè)墻面引入“冷墻”這一結(jié)構(gòu),氣流將進行室外—天井(冷墻)—廳堂(廊道)—室外的流動過程,帶走室內(nèi)污濁的熱空氣,以達(dá)到凈化和降溫的目的。

冷墻這個構(gòu)件相當(dāng)于在原有的通風(fēng)系統(tǒng)上再加一個“發(fā)動機”,具備加強通風(fēng)效果。冷墻可以與多種常用的通風(fēng)結(jié)構(gòu)進行組合,除上文提到的天井和廊道外還可以與引風(fēng)墻、冷墻等通風(fēng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生聯(lián)動作用,以達(dá)到一加一大于二的通風(fēng)效果。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合現(xiàn)有的自然通風(fēng)技術(shù),輔以科學(xué)的理論體系,以西關(guān)大屋為載體,在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新,且冷墻的運作原理及構(gòu)造并不復(fù)雜,具有很強的可操作性,在最低的材料能源消耗下起到良好的通風(fēng)效果,能夠在較小的改動下獲得最大的效益,同時也是對沿用至今的通風(fēng)技術(shù)的拓展延伸。

[1]袁運開.科學(xué)技術(shù)社會詞典[M].杭州：浙江教育出版社,1991.

[2]曾志輝.廣府傳統(tǒng)民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學(xué),2010.

10.13939/j.cnki.zgsc.2016.49.097

本文受廣東大學(xué)生科技培育專項資金資助。

梁家輝(1995—),男,山西太原人,在校學(xué)生,本科。研究方向：自然通風(fēng)技術(shù)。