基于微氣候調節(jié)的紹興傳統(tǒng)民居天井生態(tài)性研究

毛磊?周景崇

以紹興傳統(tǒng)水鄉(xiāng)民居的天井作為主要研究對象，結合當地特殊的地理氣候環(huán)境，從通風、采光、遮陽等層面的生態(tài)應變性進行分析，總結得出天井空間對房屋整體微氣候環(huán)境的具體調節(jié)方式，以期為我國生態(tài)住宅設計提供可資借鑒的被動式節(jié)能思路。

紹興傳統(tǒng)民居基本遵從了中國傳統(tǒng)建筑中以“間”為單位，沿縱、橫軸線拼聯(lián)以形成組合的布局形式。民居的進深往往很大，使得房屋整體呈長筒形，內部功能空間的整體利用率較高，通常是宅鋪結合形式。南向沿河、街的立面大多通透開敞，為室內的微環(huán)境調節(jié)提供了優(yōu)越的條件。

紹興傳統(tǒng)民居天井布局形式

從布局上來看，紹興地區(qū)的傳統(tǒng)民居多是以天井為核心，正房、廂房圍繞天井布局，從而共同構成房屋的內向封閉庭院。臨河臨街的民居由于房屋本身的空間狹小而只設置很小的天井用以采光和通風，往往只有一個開間的大小，甚至更小的只作為一個通風、采光口；大、中型民居通常會有多個天井，布局位置也都比較靈活，天井內通常都會設置水池、水缸、花草盆栽等，使房屋內部形成一個完整的小氣候體系。

作為紹興傳統(tǒng)民居中不可或缺的生活空間，天井同時又是調節(jié)房屋微環(huán)境的關鍵節(jié)點。穿插于形體間的天井在解決房屋內部采光的同時，又兼作拔風井加強了建筑垂直方向的空氣交換。此外，天井四周深遠的挑檐和高大的圍墻，又可避免夏季直接的太陽輻射，對改善民居室內外環(huán)境的舒適度起到了重要的調節(jié)作用。

紹興傳統(tǒng)民居天井空間的通風應變分析

首先，門窗作為進風口，與作為排風口的天井在空間上存在一定的高度差，這種高度差越大則形成的拔風效果就會越明顯，這為風壓通風的形成提供了條件；

其次，由于建筑各部位接收的熱輻射量不等，容易形成自然的熱壓通風。被太陽直接輻射到的地表，溫度會有明顯升高，其上部的熱空氣也會因容重的減少而上升至室外排出。處于檐廊灰空間下的空氣溫度相對較低，與天井上部的高氣壓形成壓力差，使廊內空氣產生向天井上部流動的趨勢。同時室內溫度相對較高的熱空氣上升，但由于跟天井上部的空氣溫度仍存在著溫度差，又能使室內的熱空氣不斷地流入天井。加之部分民居在東西向設置的巷道或廊道會與兩側的冷巷相連，使冷巷中的冷空氣補充進室內，加劇了熱壓通風的效果。如此循環(huán)往復，民居室內就會不斷有新鮮且溫度相對較低的冷空氣流入，而溫度相對較高的熱空氣則不斷從天井排除，且這種具有自發(fā)循環(huán)性的通風方式，不需要消耗任何的能源。

此外，中部的天井將房屋的前后一分為二，形成兩個相對獨立的通風系統(tǒng)。通過風壓通風原理可知，要形成自然的風壓通風，進風口位置不能在風影區(qū)內。紹興民居多為兩層，對于天井前部分的房屋來說，民居多是臨街或臨河，很少處于風影區(qū)的遮擋范圍內，而天井后部的房屋則可能會處于前面房屋的風影區(qū)內。

假定后排房屋一層的檐高為3米，坡屋頂坡度為30°，根據間距計算公式：

D=Hcotγ

式中：D為前后房屋的間距，m；H為后排房屋的檐口高度，m；γ為屋頂坡度，度。

可得到前后房屋的間距D為5.19m，即天井前后房屋的總間距需達到5m左右時，才能保證房屋內部的自然通風效果。這個距離對于紹興的大部分民居還是可能達到的，而對于用地緊張的房屋，在D達不到5m的情況下，假設取最容易達到的寬度D為3m時，后排房屋的檐口高度H為1.73m，即后排房屋在地面標高1.73m以上的部分都是可以不受風影區(qū)的影響，而往往房屋二層的窗臺高度在4.9m的位置，與風影區(qū)的臨界點大約處于同一水平位置。在調研中發(fā)現，紹興的大部分民居都會將天井后部的房屋整體抬高0.5-0.6m，這為二層的風壓通風創(chuàng)造了更為理想的條件。因此，紹興民居在用地緊張的情況下，通過小型天井的布置也是可以滿足二層以上房屋的通風需要，而一層則通過熱壓通風予以解決。

紹興傳統(tǒng)民居天井空間的熱應變分析

天井作為民居室內外空間流通的過渡空間，如何有效的減弱太陽輻射熱對天井院落空間的影響則直接關系到房屋內部溫度的波動程度。因此，天井四周往往會有深遠的挑檐。從天井四周屋檐挑出遮陽的層面分析，取紹興地區(qū)經緯度為東經120°、北緯30°，大暑日正午13：00時的太陽方位角為-57°42′，太陽高度角為73°24′，正南向屋頂方位角Af=0°，太陽方位角與屋頂方位角的差值為-57°42′，根據公式：

Hs=D/Sinhs·CosAfs

其中，Hs為檐口在外墻面上的投影長度，m；D為屋頂出檐深度，m；hs為太陽高度角，度； Afs為太陽方位角與屋頂方位角的差值，度。

可知天井正南向的檐口在后排房屋外墻面上的投影長度Hs=1.955D，即陰影的長度是屋頂出檐深度的1.955倍。

假設天井四周屋檐出挑1m，則檐口在外墻面上的陰影長度為1.955m，如果單層層高為4m，在夏季太陽輻射最強烈的時間點上（大暑日正午13：00時），屋檐挑出1m的南向單層墻面上就能有近49%的陰影，使得天井四周上下層溫度產生明顯的差異，為房屋內部的整體通風提供了絕佳的條件。

結語

從傳統(tǒng)中獲取房屋被動式微氣候調節(jié)的靈感，一則可在大幅降低房屋初期建造成本和后期使用維護成本的基礎上，為居者提供相對舒適的人居環(huán)境；二則在“全球化”先鋒設計理念的沖擊下，為本土的地域建筑文化在現代的延續(xù)提供更為寬闊的平臺。

（作者單位：浙江理工大學）