廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋自然通風(fēng)技術(shù)探析

熊志嘉 麥 恒

(1.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116086； 2.華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510641)

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋自然通風(fēng)技術(shù)探析

熊志嘉1麥 恒2*

(1.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116086； 2.華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510641)

對(duì)廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，探討了冷巷對(duì)風(fēng)壓通風(fēng)的加強(qiáng)效果，并研究了天井進(jìn)行風(fēng)壓通風(fēng)以及熱壓通風(fēng)的效果，同時(shí)總結(jié)了門、窗和隔斷等建筑細(xì)節(jié)增強(qiáng)自然通風(fēng)的巧妙設(shè)計(jì)方法，為同類通風(fēng)技術(shù)設(shè)計(jì)提供了思路。

竹筒屋，自然通風(fēng)，冷巷，空間

我國(guó)幅員遼闊，橫跨熱帶，亞熱帶再到溫帶，不同地區(qū)的建筑均需要考慮相應(yīng)的建筑技術(shù)以營(yíng)造舒適的居住環(huán)境。但是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越依靠人工科技設(shè)備來(lái)解決制冷、供暖、通風(fēng)等居住問(wèn)題。依靠人工設(shè)備產(chǎn)生了許多問(wèn)題：首先使得建筑的耗能增加；其次又造成了各種各樣的光污染和空氣污染——如北方冬天供暖時(shí)煤炭燃燒產(chǎn)生的顆粒污染物、硫化物就是大氣污染的主要污染源之一；甚至還會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步惡化，形成各種建筑病。因此近些年來(lái)研究者們對(duì)如何通過(guò)自然節(jié)能技術(shù)營(yíng)造舒適的居住環(huán)境進(jìn)行了廣泛和深入的研究，尤其關(guān)注北方寒冷地區(qū)的建筑保溫技術(shù)[1-4]和南方地區(qū)的通風(fēng)節(jié)能技術(shù)[5，6]。與現(xiàn)代建筑相比，傳統(tǒng)建筑更考量如何根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，通過(guò)建筑自身的材料與布局，巧妙地運(yùn)用自然的力量，不耗能或耗能極少。傳統(tǒng)建筑的這種建筑設(shè)計(jì)方式，綜合考慮了室內(nèi)空間與室外環(huán)境，使居住環(huán)境適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，在此基礎(chǔ)上一方面營(yíng)造出舒適的居住環(huán)境，另一方面又產(chǎn)生了別具風(fēng)格的地域特色。

廣州傳統(tǒng)建筑是我國(guó)傳統(tǒng)建筑中根據(jù)氣候設(shè)計(jì)的典型代表之一。廣州地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，終年炎熱，潮濕多雨，因此傳統(tǒng)廣州建筑具有其獨(dú)特的防熱、遮陽(yáng)、通風(fēng)和避雨功能，對(duì)現(xiàn)代南方建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)有重大的借鑒意義。在廣州炎熱潮濕的環(huán)境中，利用自然的通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行散熱除濕，為居住者營(yíng)造一個(gè)健康的居住環(huán)境就顯得格外重要。在廣州地區(qū)的傳統(tǒng)建筑中，自然通風(fēng)還能節(jié)約大量為保持戶內(nèi)舒適環(huán)境所消耗的能源，達(dá)到節(jié)能的效果。自然通風(fēng)的形成原因可以劃分為風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)，有時(shí)二者同時(shí)形成自然通風(fēng)，另外還有一些其他細(xì)部上的輔助措施。本文將從風(fēng)壓、熱壓以及細(xì)部輔助措施等方面對(duì)廣州地區(qū)傳統(tǒng)建筑的代表——竹筒屋的自然通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行分析，希望能將這種傳統(tǒng)的自然通風(fēng)技術(shù)靈活運(yùn)用到現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)中，促進(jìn)現(xiàn)代建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

1 冷巷是最主要的風(fēng)壓自然通風(fēng)通道

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋戶內(nèi)空間最主要的風(fēng)壓自然通風(fēng)體系就是冷巷。冷巷是傳統(tǒng)竹筒屋別具一格的特色空間：一方面在空間上串聯(lián)著戶內(nèi)各個(gè)功能空間；另一方面又能夠?qū)崿F(xiàn)自然通風(fēng)，并在通風(fēng)的過(guò)程中使戶內(nèi)空間涼爽，故稱為冷巷。

冷巷不僅僅是單純氣流通道，其巧妙之處在于對(duì)外界風(fēng)壓作用下的氣流流速具有加強(qiáng)效果。在圖1中容易發(fā)現(xiàn)，與大廳對(duì)比而言，冷巷十分狹窄，正是由于大廳與冷巷空間大小的獨(dú)特結(jié)構(gòu)差異，當(dāng)外界風(fēng)流入開(kāi)闊的大廳后，如果氣流要連續(xù)穩(wěn)定地繼續(xù)通過(guò)狹窄的冷巷，根據(jù)伯努利方程，冷巷中的氣流必須加速，因此冷巷中的空氣流速比大廳中以及外界的空氣流速都要大(見(jiàn)圖1)，根據(jù)式(1)易知風(fēng)速越大風(fēng)壓越大，所以側(cè)方戶內(nèi)空間的空氣能夠更迅速、大量地流向冷巷。因此利用冷巷與大廳的空間差異能進(jìn)一步加強(qiáng)戶內(nèi)的風(fēng)壓通風(fēng)效果。冷巷的設(shè)計(jì)方式，在利用外界風(fēng)壓自然通風(fēng)的基礎(chǔ)上，又巧妙地加強(qiáng)了風(fēng)壓自然通風(fēng)的效果，是廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋自然通風(fēng)的最主要方式。

2 天井對(duì)自然通風(fēng)存在加強(qiáng)效果

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋中房與房或房與墻所圍成的狹小露天空間常被稱為天井，天井也是傳統(tǒng)竹筒屋自然通風(fēng)技術(shù)中因地制宜而且成效顯著的代表。廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋的天井較深，橫截面面積小，高寬比大，呈筒狀(見(jiàn)圖2)。

當(dāng)外界風(fēng)速較大時(shí)，天井上部敞口附近空氣流動(dòng)速度大，壓強(qiáng)較小，天井下部以及戶內(nèi)臨近空間空氣流動(dòng)速度相對(duì)較小，壓強(qiáng)較大，在天井上部敞口處形成負(fù)壓區(qū)，天井下部的空氣在風(fēng)壓的作用下進(jìn)入上部敞口處，天井對(duì)戶內(nèi)空間起到了風(fēng)壓通風(fēng)的效果。

當(dāng)外界風(fēng)速較小時(shí)，天井又能通過(guò)豎直溫差產(chǎn)生熱壓通風(fēng)(見(jiàn)圖3)。廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋的天井獨(dú)特的構(gòu)造使得天井下部不易受太陽(yáng)直射，環(huán)境陰涼，溫度較低；而天井上部在太陽(yáng)照射下則溫度較高，整個(gè)天井豎直方向上產(chǎn)生明顯的溫度梯度。在這種溫度梯度下，天井上部的空氣溫度高，密度小，產(chǎn)生上浮的氣流運(yùn)動(dòng)。上部的上浮氣流運(yùn)動(dòng)又能進(jìn)一步帶動(dòng)天井下部周圍較低溫度的空氣向上補(bǔ)充，天井周邊戶內(nèi)空間的空氣也進(jìn)入補(bǔ)充，天井對(duì)戶內(nèi)空間起到了熱壓抽風(fēng)的效果。熱壓抽風(fēng)的作用與進(jìn)出風(fēng)口的高度差和室內(nèi)外的溫差有關(guān)，計(jì)算式為[7]：ΔP=h(ρe-ρi)。其中，ΔP為熱壓；h為進(jìn)、排風(fēng)口中心線的垂直距離；ρe，ρi分別為室外、室內(nèi)空氣密度。由熱壓抽風(fēng)的計(jì)算公式可知，天井熱壓通風(fēng)的技術(shù)往往不受外界風(fēng)速的影響，但是其影響因素也相對(duì)較多。廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋的天井比北方地區(qū)普遍窄、深，因此豎直方向進(jìn)排風(fēng)口的垂直距離h更大，溫度梯度更大，加強(qiáng)了天井的熱壓吸風(fēng)效果；當(dāng)?shù)厝送谔炀畠?nèi)挖一口水井、蓄一方水池或留一缸水，可以進(jìn)一步降低天井底部的溫度，從而增加溫度梯度，提高熱壓吸風(fēng)效果；另外廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋的天井往往設(shè)置在建筑的中后部，能與前廳形成一對(duì)出入風(fēng)口，比前天井更能促進(jìn)建筑內(nèi)部整體的通風(fēng)效果；若同一建筑內(nèi)部通常有多個(gè)天井時(shí)通風(fēng)效果也會(huì)更好：如雙天井的設(shè)計(jì)，不論外部是否有風(fēng)、風(fēng)向如何，兩個(gè)天井可以形成一對(duì)出入風(fēng)口，也可以同時(shí)作為出風(fēng)口，協(xié)作帶動(dòng)建筑內(nèi)部與外部的氣流交換[8]。

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋天井主要在豎直方向上促進(jìn)戶內(nèi)的自然通風(fēng)效果，其熱壓通風(fēng)的形式穩(wěn)定可靠，又能進(jìn)一步有效促進(jìn)戶內(nèi)空氣的水平流動(dòng)，補(bǔ)充了單一外界風(fēng)壓通風(fēng)的不足。

3 自然通風(fēng)中的細(xì)部技術(shù)

除了宏觀的冷巷和天井通風(fēng)技術(shù)，在廣州地區(qū)傳統(tǒng)的竹筒屋還有很多細(xì)部上的技術(shù)措施來(lái)進(jìn)行自然通風(fēng)。

首先，廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋門口的設(shè)計(jì)注意到戶內(nèi)外氣流的交換，廣泛采用了“趟櫳門”的設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖4)?！疤藱砷T”包括三道門：第一道為屏風(fēng)，可向外平開(kāi)；第二道為趟櫳，可沿下部軌道水平推拉；第三道為硬質(zhì)木門，可向內(nèi)平開(kāi)。需要通風(fēng)時(shí)候，將第三道門打開(kāi)，第一、二道門關(guān)閉，其中趟櫳門完全透風(fēng)，而屏風(fēng)則也有一半的透風(fēng)空間，戶內(nèi)外空氣能發(fā)生交換；當(dāng)將第一道門和第三道門同時(shí)打開(kāi)，只保留趟櫳門關(guān)閉時(shí)，等于敞開(kāi)整個(gè)門洞，戶內(nèi)外空氣交換速度更快，能夠更有效通風(fēng)?？梢?jiàn)，“趟櫳門”的設(shè)計(jì)在保證安全防盜的同時(shí)，又能夠使戶內(nèi)外空氣進(jìn)行可控的交換。

然后，廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋還希望盡可能讓戶內(nèi)外空氣從窗戶處進(jìn)行交換，常見(jiàn)的則是“滿周窗”和“滿洲窗”的設(shè)計(jì)方式?！皾M周窗”指的是在需要通風(fēng)的建筑一側(cè)(如迎街的一側(cè))，在整個(gè)墻體上(非承重墻)除保留門口的地方全部開(kāi)窗(見(jiàn)圖4)。在需要通風(fēng)時(shí)候，按照需要可以打開(kāi)一定數(shù)量的窗戶，進(jìn)行戶內(nèi)戶外空氣的交換。而“滿洲窗”則是指來(lái)源于清朝滿族人統(tǒng)治時(shí)期的窗戶形式，這種窗戶可以分為兩部分，上半部分可以上下推拉開(kāi)啟。滿洲窗關(guān)閉時(shí)如圖5左所示，在需要通風(fēng)時(shí)，窗戶上部滑動(dòng)到下部(如圖5右所示)，戶內(nèi)戶外空氣就可以通過(guò)窗戶上部的開(kāi)口進(jìn)行交換。

另外，廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋通花隔斷的設(shè)計(jì)既能夠分隔空間，又能夠保證空氣流動(dòng)的連續(xù)性。為了不阻礙空氣流動(dòng)，廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋戶內(nèi)較少使用隔墻，而是使用不到頂或通花的隔斷對(duì)廳、房等區(qū)域進(jìn)行空間分割，這樣的設(shè)計(jì)方式使得戶內(nèi)空間上部分空氣流動(dòng)就有連貫性，加強(qiáng)了通風(fēng)效果(見(jiàn)圖6)。同時(shí)，這一方式也可以用在外墻，進(jìn)一步加強(qiáng)了戶內(nèi)外氣體的交換，外墻上的通花隔斷既能美化建筑形象，又有助于自然通風(fēng)。

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋細(xì)節(jié)上的處理，在滿足建筑安全性和美觀性的同時(shí)，核心思想是加強(qiáng)建筑外部與內(nèi)部、建筑內(nèi)部各空間之間空氣流動(dòng)的連貫性，減小風(fēng)阻，進(jìn)一步促進(jìn)了自然通風(fēng)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋的發(fā)展過(guò)程中，綜合考慮了當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊懀舱业搅诉m應(yīng)的方法，主要采用狹窄冷巷風(fēng)壓通風(fēng)帶動(dòng)整個(gè)戶內(nèi)空氣的流動(dòng)；而當(dāng)戶外無(wú)風(fēng)流入戶內(nèi)時(shí)，天井的熱壓通風(fēng)又起到了主要作用。同時(shí)值得注意的是，廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋還從門、窗和隔斷等建筑細(xì)節(jié)考慮如何促進(jìn)戶內(nèi)通風(fēng)效果，起到了很好的輔助作用。

廣州地區(qū)傳統(tǒng)竹筒屋中綜合運(yùn)用的通風(fēng)技術(shù)也啟發(fā)了現(xiàn)代南方建筑的設(shè)計(jì)，具有重要的借鑒意義。從傳統(tǒng)建筑中總結(jié)出來(lái)的通風(fēng)技術(shù)是符合當(dāng)時(shí)的客觀歷史條件和地域特色的氣候條件的，因此也就為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中所提倡的綠色建筑提供了思想源泉，采用無(wú)能耗的自然通風(fēng)技術(shù)或以自然通風(fēng)技術(shù)輔助進(jìn)行低能耗的人工通風(fēng)，均能在減小資金投入的同時(shí)又保護(hù)自然環(huán)境。

[1] 茅 艷,劉加平.寒冷地區(qū)住宅窗戶節(jié)能技術(shù)[J].工業(yè)建筑,2006,36(1):11-13.

[2] 董海榮,祁少明,姜乖妮,等.寒冷地區(qū)市郊住宅建筑節(jié)能措施[J].工業(yè)建筑,2007,37(3):30-32.

[3] 張延路.寒冷地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能技術(shù)研究[J].山西建筑,2008,34(28):243-244.

[4] 吳鵬飛.寒冷地區(qū)住宅窗戶采光與節(jié)能設(shè)計(jì)研究——以西安為例[J].門窗,2009(12):38-41.

[5] 冉茂宇.福建省典型氣候區(qū)居住建筑適時(shí)通風(fēng)節(jié)能研究[J].福建建筑,2011(5):73-76.

[6] 張海遐,陳 浩,金瑞娟,等.活動(dòng)式建筑遮陽(yáng)設(shè)施對(duì)南京地區(qū)居住建筑室內(nèi)自然通風(fēng)的影響[J].江蘇建筑,2009(5):87-88.

[7] 張三明.建筑物理[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2009：

98-99.

[8] 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)，2010：105,161-162.

Analyses of the natural ventilation technology of traditional bamboo house in Guangzhou

Xiong Zhijia1Mai Heng2*

(1.DalianUniversityofTechnology,Dalian116086,China;2.ArchitecturalDesignResearchInstitute,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China)

The paper analyzes the application of the traditional bamboo tube layer natural ventilation technique in Guangzhou, explores the promotion effect of the cold lane on wind pressure ventilation, researches the effects of the wind pressure ventilation by the patio and heat pressure, and sums up the architectural details at doors, windows and partitions can enhance the natural ventilation, so as to provide some ideas for the ventilation technical design.

bamboo house, natural ventilation, cold lane, space

2014-12-17

熊志嘉(1995- ),女，在讀本科生

麥 恒(1985- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)06-0125-03

TU834.1

A