夏熱冬冷地區帶防雨天井的農宅夏季室內環境實測分析

林姝穎 賴婉玲 吳正旺

摘要： 為了厘清防雨天井對農宅夏季室內舒適度的影響，選取具有較高可比性的典型案例，開展室內外溫濕度、風速、照度等指標的實測分析。結果表明：防雨天井能穩定且有效地組織室內的自然通風，但風速較?。环烙晏炀苡行Ц纳妻r宅的室內天然采光，但午間偶有輕微眩光；防雨天井特別適宜于東西向布局的農宅，可有效緩解夏季東西曬的不利影響；設置該天井的農宅室內熱環境較未設者更舒適；在夏熱冬冷地區的農宅建設中，恰當地設置防雨天井可有效改善居住環境。

關鍵詞：夏熱冬冷地區； 防雨天井； 農宅； 室內舒適度

中圖分類號： TU 119.22文獻標志碼： A?? 文章編號： 1000-5013（2024）01-0029-06

Measurement and Analysis of Summer Indoor Environment of Farmhouse With Rainproof Patio in Hot Summer and Cold Winter Regions

LIN Shuying， LAI Wanling， WU Zhengwang

（College of Architecture， Huaqiao University， Xiamen 361021， China）

Abstract：

In order to clarify the impact of rainproof patio on the summer indoor comfort of farmhouses， typical cases with high comparability are selected to conduct measurement and analysis of indoor and outdoor temperature and humidity， wind speed， illumination and other indexs. The results show that rainproof patio can stably and effectively organize indoor natural ventilation， but the wind speed is small. Rainproof patio can effectively improve the indoor natural lighting of farmhouses， but there is occasional slight glare during the noon. Rainproof patio is particularly suitable for farmhouses with east-west layout， which can effectively alleviate the adverse effects of east-west sun exposure in summer. The indoor thermal environment of farmhouses with this patio is more comfortable than those without it. In the construction of farmhouses in hot summer and cold winter regions，the appropriate rainproof patio can effectively improve the living environment.

Keywords：

hot summer and cold winter regions； rainproof patio； farmhouse； indoor comfort

農宅建設是鄉村振興的重要內容之一。作為傳統民居的典型要素，天井具有改善天然采光、組織自然通風等功能，并一直廣受夏熱冬冷地區居民的喜愛。同時，天井也具有改善民居內部熱環境［1-5］，加強民居室內的自然通風［6-8］，改善民居通風、降溫等生態功能［9-13］。

當前鄉村振興中，農宅普遍基地面積較小，層數較多。近年來，在閩北夏熱冬冷地區的農宅建設中，出現了一種帶防雨功能的新型天井，其長、寬約2～3 m，高約3～5層，頂部設玻璃等采光防雨構造，并留有空隙通風，相關案例逐年增加。然而，增加頂部必然會影響天井的通風、采光及散熱等功能。當樓層較多、用地局促時，這種建筑要素的適宜性仍有待研究。為厘清防雨天井對農宅夏季室內舒適度的影響，本文選取3個典型案例，在夏季對農宅開展溫濕度、風環境、光環境等實測分析。

1 研究對象

以福建省南平市順昌縣仁壽鎮的3幢農宅為研究對象。

農宅鳥瞰圖，如圖1所示。

圖1中：農宅A（東西朝向）和農宅B（南北朝向）均設防雨天井，農宅A，B的天井平面尺寸分別約為2.2 m×4.2 m，1.0 m×6.0 m；農宅C未設防雨天井。

防雨天井剖面示意圖，如圖2所示。

農宅平面圖，如圖3所示。

農宅的基本信息，如表1所示。

當地夏季最高平均氣溫為34.4 ℃。實測期間，室外平均氣溫為31.6 ℃，最高氣溫為38.7 ℃，最低氣溫為25.0 ℃，全天最大波動幅度為12.4 ℃。相對濕度為39.6%～89.0%，平均相對濕度為67.4%。

2 研究概況

2.1 實測時間

2023年6月28日-7月5日，共計8日，選取晴天、多云、陰天等當地夏季的典型天氣進行測量，時段為每日0：00-24：00，包括氣溫、相對濕度、風速和照度等4項指標。

2.2 測量儀器

TESTO 405i型熱敏風速測速儀（量程0～30 m·s-1，測量精度±5%）、AZ88162型溫濕度儀（（溫度量程-30～70 ℃，測量精度±0.5 ℃；濕度量程0%～99%，測量精度±3%）、GM1030型照度儀（量程0～200 000 lx，測量精度±4%）各9臺，均具有自動記錄功能。熱敏風速測速儀間隔5 min進行自動記錄；溫濕度儀和照度儀間隔30 min進行自動記錄。

2.3 測點布置

在各農宅1層室內、室外及防雨天井頂部等處放置溫濕度儀、熱敏風速測速儀和照度儀，在農宅A的2層和天井頂部放置熱敏風速測速儀。測點距地面均為1.5 m，設有防雨天井的農宅測點均布置于1層地面天井的正下方，未設天井的農宅測點布置于1層室內的對角線上［14］。按照居民既有的開窗、開門及閉戶等日常習慣進行實測。

3 實測分析

3.1 設置防雨天井對農宅室內舒適度的影響

3.1.1 熱環境分析

農宅B，C的氣溫（θ）和相對濕度（F）實測數據對比，如圖4，5所示。

由圖4，5可知：農宅B的日間平均氣溫為29.3 ℃，日間平均相對濕度為73.7%，夜間平均氣溫為28.6 ℃，夜間平均相對濕度為79.5%，每日最低氣溫出現在6：20-7：20，最高氣溫出現在正午時段；農宅C主要依賴入戶門及東側門窗進行采光通風，日間平均氣溫為29.7 ℃，日間平均相對濕度為74.0%，夜間平均氣溫為29.2 ℃，夜間平均相對濕度為80.8%，農宅C日間多數時間只開啟局部門窗，晝夜平均氣溫較接近。

總體上看，在全天約95%的時段，農宅B的室內氣溫均低于無防雨天井的農宅C，僅在正午短時段內略高于農宅C；農宅B，C的室內氣溫波動較小，但農宅B的熱環境更為舒適。

3.1.2 風環境分析

農宅B，C的風速（v）實測數據對比，如圖6所示。

由圖6可知：農宅B，C的室內風速變化趨勢與室外較接近，農宅C的風速波動幅度較大，農宅B的風速雖小但更穩定；農宅C上午的風速明顯大于下午，農宅B則相反，故兩幢農宅的風速峰值出現的時間也不相同；

在保持南側入戶門開啟的狀態下，農宅C的風速大部分時段大于農宅B。農宅C的居民習慣在午休時段將入戶門關閉，導致某些時段內無風，由此可推斷保持無防雨天井的農宅入戶門窗的開啟是組織通風流線的重要因素。

3.1.3 光環境分析

農宅B，C的室內照度（E）實測數據對比，如圖7所示。

由圖7可知：農宅B的室內采光優于農宅C，農宅B的室內最大照度值為1 745 lx，農宅C的室內最大照度僅有48.4 lx。

在朝向與周邊環境相同的情況下，若不完全開啟入戶大門，農宅C的室內在絕大多數時段內須借助人工照明來滿足日常生活的需求。農宅B的室內采光得益于防雨天井的設置，即使在午后入戶門關閉的情況下，室內依舊能夠滿足采光的需求。由此可知，防雨天井可以很好地改善室內的光環境，減少人工照明。

3.2 防雨天井對不同朝向農宅室內舒適度的影響

3.2.1 熱環境分析

農宅A，B的氣溫和相對濕度實測數據對比，如圖8，9所示。

由圖8，9可知：農宅A的最高氣溫為31.4 ℃，平均氣溫為28.9 ℃，氣溫波幅為3.4 ℃，最高氣溫出現在12：00-13：00，最低氣溫出現在6：30-7：00；兩座農宅的室內平均氣溫約低于室外平均氣溫2.7 ℃，農宅A的室內最高氣溫低于室外最高氣溫7.3 ℃，農宅B的室內最高氣溫低于室外最高氣溫6.1 ℃，農宅A的隔熱效果略優于農宅B；在22：00-8：00時段內，農宅B的室內平均氣溫高于農宅A約0.4 ℃，在8：00-22：00時段內，農宅A的平均氣溫高于農宅B約0.3 ℃；

在7：00-15：00時段內，農宅A，B室內氣溫均上升快，波動大，相對濕度則顯著下降。

由此可知，兩座農宅的相對濕度與氣溫的變化規律都存在時段上的差異，夜間及上午時段，農宅B的相對濕度（65.2%～84.8%）低于農宅A（65.2%～86.1%），而午后農宅B的相對濕度則高于農宅A。

3.2.2 風環境分析

農宅A，B的室內風速實測數據對比，如圖10所示。

由圖10可知：農宅A與農宅B的室內風速都不大，全天大部分時段有風，但也有部分時段的風速為0；農宅A的室內風速峰值出現在11：00-11：30，最低風速出現在14：30-15：30；農宅B的室內最高風速出現在17：00-17：30，農宅A，B最低風速出現的時段相同，主要原因是室外此時也處于風速的最低值。無論是東西朝向的農宅A還是南北朝向的農宅B，設置天井都能較有效地組織室內通風。

熱壓通風能夠用于輔助風壓通風，改善農宅室內的通風情況［15］。為了驗證天井的熱壓通風潛力，在農宅A的天井底部、天井5.5 m處（農宅2層）及天井頂部布置了熱敏風速測速儀，對天井不同高度的風速進行比較。

防雨天井不同高度的風速實測數據對比，如圖11所示。

由圖11可知：在實測的大部分時段內，天井頂部風速＞天井5.5 m處風速＞天井底部風速；

由于熱壓通風的大小與進出風口高差成正比關系［16］，在14：00-16：30時段內，天井底部由于入戶門關閉風速為0，而天井5.5 m處和天井頂部仍保持有風狀態。

3.2.3 光環境分析

農宅A，B的室內照度實測數據對比，如圖12所示。

由圖7，12可知：農宅A，B室內采光比農宅C有較大的改善，室內照度能較好地滿足居民的日常生活需求，在日間無需人工照明輔助；在11：30-12：00時段內，農宅A，B的照度比11：00-11：30時段有明顯下降，這是由于云層的遮擋導致太陽直射光減弱（當日多云），室內照度下降；農宅B的照度整體上變化幅度較小，農宅A的總體室內采光優于農宅B，但局部時段照度過高，需采取一定的遮陽措施以減少眩光。

4 討論及結論

1） 防雨天井可穩定地組織自然通風，但風速較小。與傳統天井不同，防雨天井平面尺寸小，高度大，因此，有利于形成熱壓通風，但風壓通風則不穩定，且加設了采光頂部后，通風量減少。在實測中，室外風速一直很小，但除居民關閉入戶門的時段外，設有防雨天井的農宅在大部分時段內均有微風，特別是農宅A，其進出風口高差約12 m，即便在入戶門關閉的情況下，仍能產生明顯的熱壓通風。

2） 恰當地設置防雨天井的形態及界面能進一步改善天然采光。農宅A為東西朝向，用地極其狹長，但內部設置的天井南北長、東西短，且天井內壁3面均為白墻，有利于陽光漫射，很好地改善了天然采光。農宅B也設置了防雨天井，其平面尺度、高度與農宅A近似，且兩個天井的長邊均為南北朝向，但農宅B的天井內壁白墻面積較少，且頂部采用陽光板，其透光率低于農宅A的玻璃，因此室內照度低于農宅A。需要注意的是，由于夏季午間太陽高度角大，陽光幾乎垂直入射，導致防雨天井的底部四壁的照度遠遠高于室內平均值，可能會產生眩光。

3） 防雨天井可緩解由于建筑朝向不良導致的天然采光及自然通風缺陷。密集的建筑群能有效減少太陽輻射得熱，也會導致通風采光不良，而防雨天井可加以改善。坐北朝南的農宅B的夜間氣溫高于農宅A，這是由于農宅B的東、西、北側均被建筑緊貼，夜間散熱能力減弱，而農宅A與周邊建筑之間設有狹長的巷道，其作用與冷巷相似，可在夜間較好地輔助建筑散熱。午后，由于農宅A西曬，故氣溫高于農宅B。由實測結果可知，防雨天井較好地改善了農宅內部的通風，兩座農宅雖然朝向不同，但室內熱環境差異不大，較為舒適。綜上，天井的置入有效地改善了農宅的室內舒適度，但對東西朝向農宅的效果更加明顯一些。

4） 設置防雨天井的農宅熱環境較為舒適，但在午間時段（12：00-13：00）氣溫略高于同類農宅。農宅B在全天大部分時間的氣溫都低于農宅C。在12：00-12：30時段內，由于太陽直射導致農宅B的室內氣溫急速上升，但持續時間很短。防雨天井在改善采光的同時仍可通過組織自然通風將室內熱量排出，提高了舒適度。

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