嶺南民居天井的熱環(huán)境分析

文/鄭銘儀 廣東天盾人防工程科技有限公司 廣東廣州 510000

嶺南傳統(tǒng)民居在濕熱氣候中產(chǎn)生并流傳至今，它不斷地適應(yīng)、改進(jìn)、融合，創(chuàng)造出屬于自己的特點(diǎn)。其中天井的作用更是妙不可言——天井在傳統(tǒng)民居中發(fā)揮著其獨(dú)特的調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候的作用，適應(yīng)嶺南人的生活習(xí)性，并很好地解決了嶺南氣候條件下居住環(huán)境中的“通風(fēng)散熱”問題。不管是通風(fēng)、換氣、采光、納陽、集雨、排水、晾曬衣物、飼養(yǎng)家禽等物質(zhì)生活功能，還是玩耍、觀賞、聊天、看天、祭天、美化環(huán)境等精神生活功能，都在這不顯眼不引人注目的小天井里循環(huán)上演著。嶺南地區(qū)夏季日照充足，氣溫炎熱，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；冬季溫暖、持續(xù)時(shí)間短。巨大的天然氣候屏障阻擋了大部分來自北方的干燥冷空氣，洋流則帶來大量的降雨與濕氣，因此民居的降溫通風(fēng)、防潮防濕一直都是嶺南地區(qū)備受關(guān)注的問題。民居天井則在調(diào)節(jié)室內(nèi)外微氣候上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。以下將會(huì)從天井的開口面積大小、高低、形狀和朝向、數(shù)量多少、前后布置、綠化水景配置等方面進(jìn)行探討。

1、嶺南傳統(tǒng)民居天井的熱環(huán)境分析

1.1 天井大小對(duì)民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

嶺南地區(qū)終年受太陽直射時(shí)間長(zhǎng)，太陽高度角比較大，地面獲得的太陽輻射熱量多。因此，遮擋太陽直接照射，盡可能地減少太陽輻射的熱量，是嶺南建筑防熱的重要途徑。在外部條件相同的情況下，天井開口大小會(huì)直接影響到天井內(nèi)部受太陽直射的多少。天井越大越寬敞，受太陽照射量就越多，溫度就越高。由此可見尺寸較小的天井對(duì)阻擋太陽輻射直接作用于天井乃至室內(nèi)空間起到一定作用，使天井成為一個(gè)有效的熱緩沖過渡空間，從而降低室內(nèi)空氣溫度，。因此當(dāng)?shù)鼐用褚话愣及烟炀_口面積控制在一定的范圍內(nèi)——天井大小一般在3.5～6.0 米之間，最小的僅為2.0 米。（見圖1）

1.2 天井高低對(duì)民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

天井雖為露天，但有著其自身獨(dú)特的高寬比，垂直方向較高，而平面尺寸較小，這種“高深”的井狀空間使得能直接照射到井底部的太陽直射幾乎是沒有的，天井空間特別是底部空間比較陰涼。天井的高寬比是室內(nèi)空氣進(jìn)行熱壓通風(fēng)的關(guān)鍵。在較大的高寬比條件下，天井下部幾乎受不到太陽日曬，井底溫度低；而井口上部由于長(zhǎng)時(shí)間受太陽照射，相對(duì)溫度高，隨著照射時(shí)間的增長(zhǎng)，天井內(nèi)上下溫度差異就越大，產(chǎn)生的熱壓通風(fēng)作用就越強(qiáng)。反之，天井越淺，溫度梯度差異值越小，產(chǎn)生的熱壓通風(fēng)就越弱，所以高深的天井能為熱壓通風(fēng)帶來很好的源動(dòng)力（見圖2、圖3）。

1.3 天井形狀及朝向?qū)γ窬觾?nèi)部熱環(huán)境的影響

嶺南地處熱帶-亞熱帶季風(fēng)區(qū)，太陽高度角較高，加上夏季多以東南風(fēng)和東北風(fēng)為主，當(dāng)?shù)鼐用駷榱诉m應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，多采用東西向橫長(zhǎng)方形或正方形開口處理，這樣進(jìn)風(fēng)面較寬，進(jìn)風(fēng)量也比較大。加上兩側(cè)布置輔助房，可大大減少了東西朝向的陽光輻射熱直接對(duì)室內(nèi)空間直接作用，在通風(fēng)降溫中也起到一定作用。（見圖4）

1.4 天井?dāng)?shù)量多少對(duì)民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

小型民居通常只有一個(gè)天井，較大民居一般有兩個(gè)或兩個(gè)以上的天井。單天井的民居只有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，沒有出風(fēng)口，這樣不利于室內(nèi)有效通風(fēng)換氣。雙天井的民居分別有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，兩者在特定情況下，進(jìn)風(fēng)方向可互換。如果當(dāng)室外有風(fēng)時(shí)，兩個(gè)天井一進(jìn)一出，均能帶動(dòng)室內(nèi)空氣流動(dòng)（見圖5）；當(dāng)室外無風(fēng)時(shí)，兩個(gè)天井由于室內(nèi)存在空氣密度差而產(chǎn)生熱壓通風(fēng)，使得前后天井一進(jìn)一出，或者兩者都成為出風(fēng)口，同樣能達(dá)到良好的通風(fēng)換氣效果。還有一些宅第由于內(nèi)部空間較大較多，需要多設(shè)置幾個(gè)天井來滿足通風(fēng)換氣等需要，設(shè)計(jì)原理跟兩個(gè)天井是一樣的。

1.5 天井平面位置對(duì)民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

在小型民居中，天井在平面上位于前或后，直接對(duì)室內(nèi)外風(fēng)壓通風(fēng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。如果天井位于民居前時(shí)，前天井與進(jìn)風(fēng)的門窗距離過于近，大部分氣流都沒等進(jìn)入到室內(nèi)空間就已經(jīng)被排出了戶外；而當(dāng)天井位于民居后時(shí)，由于與進(jìn)風(fēng)的門窗相隔較遠(yuǎn)，氣流必須經(jīng)過室內(nèi)通風(fēng)道，才能到達(dá)后天井，再從此口排出，這樣就形成一對(duì)進(jìn)出風(fēng)口，在這通風(fēng)過程中很好地帶動(dòng)室內(nèi)外的氣流交換。因此為了更好的達(dá)到風(fēng)壓通風(fēng)效果，天井的前后位置一定要控制一定的范圍里，不然也會(huì)很容易出現(xiàn)風(fēng)壓“短路”現(xiàn)象。

1.6 天井有無綠化或水景對(duì)民居內(nèi)部熱環(huán)境的影響

人們都習(xí)慣在天井布置一些綠色植物和小水景，以豐富和美化自己居住空間環(huán)境，還起到調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候的作用。尤其在氣候特殊的嶺南，“遮”是很重的手法，多種植比人要高的植物或擺放盆栽，而且一般以南北走向布置擺放，很好的遮擋了陽光的直射。當(dāng)太陽照射在植物和花基上時(shí)，就會(huì)在地面上形成大片陰影，有效地減弱了太陽直接對(duì)地面的照射，且綠色植物在光合作用過程中，受熱蒸發(fā)會(huì)帶走一部分熱量；天井中的小水景也有很好的反射陽光和吸熱功效——水的比熱容比較大，在受熱蒸發(fā)過程中也會(huì)帶走一部分熱量，且水的反射率比較高，可以發(fā)射陽光。所以綠化水體對(duì)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度是有一定功效的。

2、深圳萬科第五園某別墅戶型利用天井來調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境

深圳萬科第五園的某別墅戶型，是運(yùn)用傳統(tǒng)天井元素來調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候較具代表性的現(xiàn)代住宅戶型設(shè)計(jì)。其內(nèi)部設(shè)計(jì)了前庭院、下沉庭院、天井等公共空間，通過它們之間的共同作用來調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境。（見圖6）

在該戶型的地下室設(shè)計(jì)了一個(gè)小天井A 及下沉庭院（相等于天井），首層設(shè)有天井C 和天井B，及前庭院和下沉庭院。在通風(fēng)換氣過程中，由于天井的位置及高寬比大小差異，天井C 是處于主導(dǎo)作用；天井A 則為地下室與天井C 聯(lián)系的通風(fēng)過道，起到連接作用；天井B 雖然高深與天井C 是一樣的，但其作用范圍比較小，主要負(fù)責(zé)衛(wèi)生間及其周邊小范圍的通風(fēng)換氣。由于前庭院和下沉庭院尺寸與傳統(tǒng)天井尺寸范圍差異不大，因此在一定意義上可以看作是矮天井使用。整體就可以看作是前天井-天井-后天井的通風(fēng)模式。以下是對(duì)該戶型天井在形狀朝向、數(shù)量、布置、面積、高度上的具體分析。

圖6 深圳萬科第五園某別墅戶型的平面及天井布置示意圖

①從形狀上看，天井的開口形狀仍然依靠傳統(tǒng)樣式開口，采用正方形或橫長(zhǎng)開口，東西橫長(zhǎng)布置，因此遮陽和通風(fēng)達(dá)到最佳效果。

②從數(shù)量、布置上看，是多天井設(shè)計(jì)，分別為天井A、B、C，天井A 位于平面的內(nèi)側(cè)并連接地下室和天井C；天井B、C 則位于平面的內(nèi)部左右兩側(cè)，戶型前后主要布置了庭院，除了造景外，為室內(nèi)通風(fēng)換氣起到一定作用。而從該戶型平立面圖可見，樓層梯級(jí)形式遞增的，天井高低也隨之變化，這樣有利于引導(dǎo)風(fēng)主動(dòng)進(jìn)入室內(nèi)。又由于多天井存在，會(huì)形成多個(gè)進(jìn)出風(fēng)口。只要外界有主導(dǎo)風(fēng)存在，主導(dǎo)風(fēng)會(huì)從建筑上空吹過，遇到建筑物阻擋而形成向下運(yùn)動(dòng)流向室內(nèi)，并在背風(fēng)面的空洞排出。就是說主導(dǎo)風(fēng)會(huì)在該戶型的前庭院和天井B、C 進(jìn)入，經(jīng)室內(nèi)空間并從下沉庭院排出。

③從面積上看，天井尺寸均較小，天井A、B、C 進(jìn)深和面寬尺寸分別為1X3.7m、1.5X1.5m、5.4X4.7m，是嚴(yán)格符合嶺南傳統(tǒng)建筑天井尺寸大小要求的。由于的尺寸都較小，高深都較大，因此在天井內(nèi)部產(chǎn)生較深的落影，很好阻擋了太陽直射光直接對(duì)室內(nèi)空間的熱作用，使得緊鄰天井的室內(nèi)空間在一定程度上得到了降溫。也使其成為一個(gè)有效地?zé)峋彌_過渡空間。

④從高度上看，天井高深都較大，其中天井B、C 深度都貫穿三層平面，但起主導(dǎo)作用的是天井C。加上前后各有庭院布置，它們?cè)谝欢ǔ潭壬掀鸬桨炀淖饔茫⒅苯优c天井C 作用，形成很好的進(jìn)出風(fēng)口。在外界無風(fēng)情況下，熱壓通風(fēng)就會(huì)啟動(dòng)。在太陽的作用下，由于天井C 與前庭院、下沉庭院的高深比為3：1，在如此大高深比，產(chǎn)生垂直溫度梯度差異較大，其內(nèi)部氣流產(chǎn)生向上的動(dòng)力就較強(qiáng)，因此上空空氣分別從前庭院和下沉庭院進(jìn)入，經(jīng)室內(nèi)空間，從天井C 排出，并帶動(dòng)天井周邊室內(nèi)空氣氣流進(jìn)入補(bǔ)充，從而達(dá)到通風(fēng)換氣。

戶型中緊鄰天井的室內(nèi)空間，均設(shè)有門窗，向天井開放，形成“房-天井-房”模式，這樣更有利于天井與兩邊的空間緊密聯(lián)系在一起，從而形成一道貫穿“房-天井-房”的氣流，即使在房門緊閉下，天井—房之間的通風(fēng)關(guān)系仍然存在，幾乎不受任何影響。這就是人為什么在無風(fēng)或房門緊閉的情況下仍感覺到?jīng)隹臁?/p>

總之，天井是一個(gè)重要的熱緩沖過渡空間，對(duì)調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境起著重要的作用。在建構(gòu)上應(yīng)結(jié)合天井形狀朝向、面積大小，高深比差異、數(shù)量多少、位置等關(guān)系考慮，使室內(nèi)更好地達(dá)到降溫通風(fēng)效果，發(fā)揮其獨(dú)特的作用。