梅州地區(qū)客家民居自然通風(fēng)的分析與研究

張靈輝，胡土山，賴俊發(fā)

(嘉應(yīng)學(xué)院土木工程學(xué)院，廣東 梅州 514015)

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梅州地區(qū)客家民居自然通風(fēng)的分析與研究

張靈輝，胡土山，賴俊發(fā)

(嘉應(yīng)學(xué)院土木工程學(xué)院，廣東 梅州 514015)

摘要：梅州客家民居建筑構(gòu)思嚴(yán)謹(jǐn)緊湊，突出防御功能，圍合封閉性較強(qiáng)，同時(shí)為通風(fēng)采光形成了建筑虛實(shí)結(jié)合的特色格局，在建筑布局和結(jié)構(gòu)上具有重要的研究?jī)r(jià)值。今通過(guò)實(shí)地勘測(cè)、軟件模擬和計(jì)算分析相結(jié)合的方法，研究客家民居建筑選址布局和結(jié)構(gòu)形式對(duì)自然通風(fēng)效果的影響,旨在為建筑設(shè)計(jì)時(shí)的建筑布局與自然和諧及建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)合理上做有意義的探索。

關(guān)鍵詞：客家民居；選址布局；結(jié)構(gòu)形式；自然通風(fēng)

梅州客家古村落具有典型的地域性和獨(dú)特性，在中國(guó)民居建筑史上具有一定的影響。梅州市現(xiàn)有國(guó)家級(jí)和廣東省級(jí)古村落共51個(gè)，其中國(guó)家級(jí)5個(gè)。古村落中現(xiàn)存的客家民居歷史悠久，具有重要的歷史文化價(jià)值和現(xiàn)實(shí)借鑒意義。如國(guó)家級(jí)古村落茶山村民居始建于明朝后期，多建于清朝末期和民國(guó)初年，建筑占地面積500～2 000 m2不等[1]。目前，對(duì)客家古村落的研究?jī)?nèi)容主要集中在客家傳統(tǒng)民居、風(fēng)水文化、民俗民風(fēng)、建筑裝飾等方面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和族譜記載資料顯示，民居建設(shè)過(guò)程中地址選擇、結(jié)構(gòu)的平面布置、結(jié)構(gòu)形式的采用、建筑材料的選用、裝飾方式的選擇等，均憑借工匠相關(guān)建筑經(jīng)驗(yàn)，并無(wú)詳細(xì)的、科學(xué)的數(shù)據(jù)作依據(jù)。據(jù)記載，客家古民居最多時(shí)曾居住80余戶人家，多達(dá)1 000多人，人口十分密集，在夏季散熱、冬季御寒的要求下，對(duì)民居自然通風(fēng)環(huán)境合理性提出較高的要求。

本文通過(guò)對(duì)梅州客家地區(qū)的圍龍屋和客家土圍樓兩種建筑進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，建立建筑模型，運(yùn)用軟件進(jìn)行計(jì)算分析，以研究客家民居古建筑結(jié)構(gòu)形式對(duì)通風(fēng)的影響。同時(shí)，針對(duì)梅州古民居“靠山式”的特點(diǎn)，研究分為山脊線與建筑屋脊線平行、山脊線與建筑屋脊線呈夾角兩種選址布局對(duì)自然通風(fēng)的影響。

1梅州地區(qū)傳統(tǒng)民居介紹

客家傳統(tǒng)民居屬于宗族群居性建筑,其造型大，方向布局明確，類(lèi)型主要有杠式圍屋、圓形土圍樓、方形圍屋、半月形圍屋、堂橫式圍屋。杠式圍屋見(jiàn)圖1，其結(jié)構(gòu)以中間的正堂或堂屋為基準(zhǔn)。正堂一般呈方形結(jié)構(gòu)，分為上堂、中堂和下堂。正堂左右兩旁有同樣是方正結(jié)構(gòu)的橫屋，一排橫屋稱(chēng)為一杠，堂屋被夾在杠與杠之間，廳堂之間設(shè)有天井，空間通透性很好。廳堂的兩邊有通廊連接廂房，堂具有決定朝向的作用，而且必須正對(duì)大門(mén)。土圍樓見(jiàn)圖2，形同城堡，厚實(shí)堅(jiān)固。就地取材以土、石、磚、砂、木材為主要材料，逐層夯實(shí)成墻體，加上梁、桁、角等相互牽引，成為一個(gè)富有彈性、整體性能良好的建筑體[2]。外圍土墻厚達(dá)1 m以上，1層和2層都不開(kāi)窗，3層以上也只開(kāi)小窗。如圖2中土圍樓直徑約為50 m，共有3環(huán)，內(nèi)環(huán)為1層30個(gè)房間，2環(huán)為2層60間，外環(huán)為3層120間，共有210個(gè)房間，3層樓的高度為11.9 m。

圖1　客家杠式圍屋

圖2　客家土圍樓

2調(diào)研情況和計(jì)算結(jié)果

2.1調(diào)研結(jié)果

民居現(xiàn)狀及建設(shè)方法采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和訪問(wèn)的方式，并對(duì)民居建筑的開(kāi)間、進(jìn)深、層高、檐口高度、窗臺(tái)高度、窗高、門(mén)高等進(jìn)行測(cè)量，對(duì)墻體材料、隔斷材料、門(mén)窗材料等進(jìn)行考察，勘測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　客家民居建筑勘測(cè)數(shù)據(jù)

2.2計(jì)算模型的建立

采用風(fēng)環(huán)境模擬軟件Phoenics對(duì)客家民居建筑自然通風(fēng)方面進(jìn)行分析。梅州地區(qū)地形復(fù)雜，山脈、丘陵相互交錯(cuò)，風(fēng)向多變，風(fēng)速差異較大，但是整個(gè)嶺南地區(qū)主要受季風(fēng)的影響，所以冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)[3]。下面氣體流動(dòng)的邊界條件以夏季風(fēng)氣候條件作為參數(shù)設(shè)定，根據(jù)廣東省梅州市氣象數(shù)據(jù)分析，夏季平均氣溫在28℃～30℃，夏季盛行南風(fēng)，平均風(fēng)速為1.5 m/s。

圍龍屋大小為58.5 m×27.3 m×6.9 m，設(shè)定計(jì)算區(qū)域大小為160 m×90 m×30 m，三維模型圖見(jiàn)圖3。土圍樓為半徑48.9 m，高為9.6 m，設(shè)定計(jì)算區(qū)域大小為120 m×120 m×28 m，三維模型圖見(jiàn)圖4。具體操作步驟如下：建立仿真模型→物質(zhì)屬性及設(shè)置邊界條件→調(diào)整網(wǎng)格設(shè)定計(jì)算參數(shù)→迭代計(jì)算→后期處理結(jié)果分析。

圖3　圍龍屋三維模型圖

圖4　土圍樓三維模型圖

2.3計(jì)算結(jié)果

客家民居多數(shù)建在山區(qū)，針對(duì)梅州古民居“靠山式”的特點(diǎn)，把研究分為山脊線與建筑屋脊線平行、山脊線與建筑屋脊線呈夾角兩種情況分析。同時(shí)，針對(duì)圍龍屋和土圍樓兩種典型結(jié)構(gòu)形式的客家民居，在相同的條件下進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)模擬。模擬計(jì)算中計(jì)算區(qū)域兩側(cè)的空氣幾乎不受建筑物影響，主要考慮夏季風(fēng)主導(dǎo)方向，圖5～8為夏季風(fēng)吹過(guò)建筑與山體形成的風(fēng)場(chǎng)，以及圍龍屋與土圍樓的兩種夏季風(fēng)場(chǎng)。

圖5　山脊線與建筑屋脊線平行的風(fēng)速平面分布圖

圖6　山脊線與建筑屋脊線平行的風(fēng)速垂直分布圖

圖8　山脊線與建筑屋脊線呈夾角的風(fēng)速垂直分布圖

3結(jié)果分析

3.1選址布局對(duì)通風(fēng)的影響

客家民居多數(shù)建在山區(qū)，針對(duì)梅州古民居“靠山式”的特點(diǎn)，把研究分為山脊線與建筑屋脊線平行、山脊線與建筑屋脊線呈夾角兩種情況分析。在夏季風(fēng)主導(dǎo)方向下，圖5和圖6為山脊線與建筑屋脊線平行的風(fēng)速分布圖，圖7和圖8則為山脊線與圍龍屋水平屋脊線呈夾角的風(fēng)速分布圖。由圖可知，山脊線與建筑屋脊線平行、山脊線與建筑屋脊線呈夾角兩種不同情況，且房屋周?chē)L(fēng)速產(chǎn)生變化。在風(fēng)向正對(duì)建筑的情況下，由于山體對(duì)風(fēng)的流動(dòng)有阻擋作用，風(fēng)前進(jìn)遇到山體阻擋而后流向迎風(fēng)坡，并改變山體的位置，而建筑與山體的位置存在夾角時(shí)，氣體流入形成渦流區(qū)，此處的風(fēng)速較大，為2.3～2.7 m/s。

3.2結(jié)構(gòu)形式對(duì)通風(fēng)的影響

針對(duì)圍龍屋和土圍樓不同結(jié)構(gòu)形式的客家民居，在相同的條件下進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)模擬。由圖5a、圖6a可見(jiàn)，風(fēng)在圍龍屋外部的流動(dòng)和風(fēng)速分布情況，風(fēng)都是從圍龍屋正面吹來(lái)，下部氣流從門(mén)窗流入，經(jīng)過(guò)庭院通廊為穿堂風(fēng)，風(fēng)速較大，而后進(jìn)入庭院內(nèi)的天井，并從后門(mén)流出，風(fēng)速為1.13～1.51 m/s，上部氣流被坡屋頂和圍墻引導(dǎo)向上流動(dòng)，經(jīng)過(guò)屋脊后，經(jīng)下坡屋頂引導(dǎo)流向庭院天井，風(fēng)速為2.0～2.3 m/s。

在同樣的風(fēng)向正對(duì)建筑和對(duì)應(yīng)山體位置的情況下，圖5b、圖6b分別是土圍樓與山體正對(duì)建筑的風(fēng)速分布圖。當(dāng)風(fēng)吹到有屋頂?shù)慕ㄖγ鏁r(shí)，氣流受阻，速度減小并且沿著墻面上升，上升至屋頂后繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)風(fēng)從門(mén)口吹入，流入空曠的圓形天井，而后遇到后院阻擋上升，繼續(xù)沿著坡屋頂向前運(yùn)動(dòng)，最后吹向山體。由于外墻高度較大，沿墻面風(fēng)抬升，上層氣流風(fēng)速基本在2.7～3.3 m/s，在天井中抬升氣流風(fēng)速在3 m/s左右。

3.3室內(nèi)自然通風(fēng)分析

根據(jù)室外風(fēng)場(chǎng)分析，得出建筑周?chē)L(fēng)壓以及風(fēng)速，針對(duì)通風(fēng)最不利位置，選取底層作為計(jì)算區(qū)域，設(shè)定進(jìn)風(fēng)口速度，出風(fēng)口位置，包括門(mén)窗、天井等關(guān)鍵位置。進(jìn)行室內(nèi)通風(fēng)模擬，得出室內(nèi)空氣齡分布云圖，結(jié)果如下。

3.3.1圍龍屋自然通風(fēng)分析

圍龍屋底層局部平面的空氣齡分布云圖見(jiàn)圖9，由于圍龍?jiān)诮Y(jié)構(gòu)上是對(duì)稱(chēng)的，我們?nèi)∫话氲刃Х治觯鶕?jù)數(shù)據(jù)可知，大部分房間的空氣齡小于180 s，空氣流通情況良好，而靠近主殿后部以及周?chē)糠址块g的空氣齡大于300 s，空氣流通情況相對(duì)較差，局部室內(nèi)熱環(huán)境仍然存在通風(fēng)不利的缺點(diǎn)。

圖9　圍龍屋底層平面空氣齡分布云圖

圖10　土圍樓底層平面空氣齡分布云圖

3.3.2土圍樓自然通風(fēng)分析

由于注重防御功能，土圍樓在底層外圍沒(méi)有開(kāi)窗洞，僅大門(mén)一個(gè)出入口，主要靠?jī)?nèi)部中心庭院和大門(mén)通風(fēng)，因此，土圍樓建筑依賴庭院來(lái)提供較好通風(fēng)，相對(duì)于杠式圍屋，寬廣的庭院是通風(fēng)的關(guān)鍵因素，如圖10所示，設(shè)定了正大門(mén)處為進(jìn)風(fēng)口及天井處的出風(fēng)口的室內(nèi)空氣齡分布圖[4]。因此，土圍樓不開(kāi)窗或者開(kāi)很小的窗，不利于引入外界風(fēng)壓通風(fēng)，室內(nèi)氣流分布不均，室內(nèi)風(fēng)速過(guò)高和過(guò)低的現(xiàn)象同時(shí)存在。同時(shí)，土圍樓兩側(cè)房間由于不開(kāi)窗或開(kāi)很小的窗，不利于引入外界風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)，從而造成建筑室內(nèi)風(fēng)速過(guò)低。

4結(jié)語(yǔ)

1)選址布局的選擇

梅州地處南嶺以南，民居多數(shù)建在山區(qū)，在亞熱帶氣候條件下，客家民居古建筑主要都是利用天井作為主要通風(fēng)渠道。以靠山式的特點(diǎn)作為選址，山體對(duì)風(fēng)的流動(dòng)有影響，其影響程度與山體的位置有一定關(guān)系，若改變山體的位置，建筑與山體的夾角大小不同，引導(dǎo)風(fēng)匯入形成渦流，從而在建筑周?chē)纬蓽u流區(qū)。由于此處風(fēng)速較大，不利于人們的生活與生產(chǎn)，故在建筑與山體位置布局上應(yīng)盡量選取山脊線與建筑屋脊線平行。

2)結(jié)構(gòu)形式的影響

杠式圍龍屋更注重居住空間，在廳堂之間設(shè)立天井，廂房與廂房之間的通廊有風(fēng)速較大的“過(guò)堂風(fēng)”，兩者結(jié)合使得空間通透性很好，庭院附近的房間有著良好的通風(fēng)，而在建筑外圍門(mén)窗小，使得進(jìn)風(fēng)速度很小，局部房間通風(fēng)效果較差。

土圍樓建筑注重防御功能，通風(fēng)主要依靠大門(mén)和天井，同時(shí)又由于1層和2層都不開(kāi)窗，3層以上也只開(kāi)小窗，并且土圍樓正門(mén)口與庭院通風(fēng)效果好但房間熱環(huán)境存在陰暗、潮濕、通風(fēng)不利的缺點(diǎn)，因此在夏季時(shí)，土圍樓經(jīng)常出現(xiàn)人們到庭院里納涼的情景。

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)居住的環(huán)境要求越來(lái)越高，在不同的地區(qū)有著不同的要求?？图覀鹘y(tǒng)民居也隨著時(shí)代的變化而變化，杠式圍屋和土圍樓在客家傳統(tǒng)建筑里各具特色，是古代居民流傳至今智慧的結(jié)晶。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]高云飛，趙立華，陳海銘.殿堂式客家民居自然通風(fēng)實(shí)測(cè)[J].歷史建筑與民居,2012,12(1):72-85.

[2]李婷婷.兩種傳統(tǒng)民居自然通風(fēng)比較分析[J].建筑科學(xué),2010,26(8):77-82.

[3]秦翠翠.廣州地區(qū)居住建筑自然通風(fēng)節(jié)能效果與措施研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2009.

[4]楊麗.不同通風(fēng)方式與室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的數(shù)值模擬分析[J].建筑科學(xué),2014,30(4):79-83.

收稿日期：2015-11-27

基金項(xiàng)目：廣東省團(tuán)委“攀登計(jì)劃”項(xiàng)目(PDJH2015B0498)；廣東省質(zhì)量工程項(xiàng)目(GDJG20142451)；嘉應(yīng)學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目(JYJG20150223)

作者簡(jiǎn)介：張靈輝(1974—)，男,廣東梅州人,講師,主要從事土木工程教學(xué)與研究。

中圖分類(lèi)號(hào)：TU241

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-3707(2016)03-0055-05

Analysis and Study on the Natural Draft of theHakka House in the Region of Meizhou

ZHANG Linghui, HU Tushan, LAI Junfa