夏熱冬冷地區(qū)帶防雨天井的農(nóng)宅夏季室內(nèi)環(huán)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(nóng)宅夏季室內(nèi)舒適度的影響，選取具有較高可比性的典型案例，開展室內(nèi)外溫濕度、風(fēng)速、照度等指標(biāo)的實測分析。結(jié)果表明：防雨天井能穩(wěn)定且有效地組織室內(nèi)的自然通風(fēng)，但風(fēng)速較??；防雨天井能有效改善農(nóng)宅的室內(nèi)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(nóng)宅，可有效緩解夏季東西曬的不利影響；設(shè)置該天井的農(nóng)宅室內(nèi)熱環(huán)境較未設(shè)者更舒適；在夏熱冬冷地區(qū)的農(nóng)宅建設(shè)中，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置防雨天井可有效改善居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：夏熱冬冷地區(qū)； 防雨天井； 農(nóng)宅； 室內(nèi)舒適度

中圖分類號： TU 119.22文獻(xiàn)標(biāo)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(nóng)宅建設(shè)是鄉(xiāng)村振興的重要內(nèi)容之一。作為傳統(tǒng)民居的典型要素，天井具有改善天然采光、組織自然通風(fēng)等功能，并一直廣受夏熱冬冷地區(qū)居民的喜愛。同時，天井也具有改善民居內(nèi)部熱環(huán)境［1-5］，加強(qiáng)民居室內(nèi)的自然通風(fēng)［6-8］，改善民居通風(fēng)、降溫等生態(tài)功能［9-13］。

當(dāng)前鄉(xiāng)村振興中，農(nóng)宅普遍基地面積較小，層數(shù)較多。近年來，在閩北夏熱冬冷地區(qū)的農(nóng)宅建設(shè)中，出現(xiàn)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(shè)玻璃等采光防雨構(gòu)造，并留有空隙通風(fēng)，相關(guān)案例逐年增加。然而，增加頂部必然會影響天井的通風(fēng)、采光及散熱等功能。當(dāng)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(nóng)宅夏季室內(nèi)舒適度的影響，本文選取3個典型案例，在夏季對農(nóng)宅開展溫濕度、風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境等實測分析。

1 研究對象

以福建省南平市順昌縣仁壽鎮(zhèn)的3幢農(nóng)宅為研究對象。

農(nóng)宅鳥瞰圖，如圖1所示。

圖1中：農(nóng)宅A（東西朝向）和農(nóng)宅B（南北朝向）均設(shè)防雨天井，農(nóng)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(nóng)宅C未設(shè)防雨天井。

防雨天井剖面示意圖，如圖2所示。

農(nóng)宅平面圖，如圖3所示。

農(nóng)宅的基本信息，如表1所示。

當(dāng)?shù)叵募咀罡咂骄鶜鉁貫?4.4 ℃。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(dāng)?shù)叵募镜牡湫吞鞖膺M(jìn)行測量，時段為每日0：00-24：00，包括氣溫、相對濕度、風(fēng)速和照度等4項指標(biāo)。

2.2 測量儀器

TESTO 405i型熱敏風(fēng)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(fēng)速測速儀間隔5 min進(jìn)行自動記錄；溫濕度儀和照度儀間隔30 min進(jìn)行自動記錄。

2.3 測點布置

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

3 實測分析

3.1 設(shè)置防雨天井對農(nóng)宅室內(nèi)舒適度的影響

3.1.1 熱環(huán)境分析

農(nóng)宅B，C的氣溫（θ）和相對濕度（F）實測數(shù)據(jù)對比，如圖4，5所示。

由圖4，5可知：農(nóng)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(xiàn)在6：20-7：20，最高氣溫出現(xiàn)在正午時段；農(nóng)宅C主要依賴入戶門及東側(cè)門窗進(jìn)行采光通風(fēng)，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(nóng)宅C日間多數(shù)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(nóng)宅B的室內(nèi)氣溫均低于無防雨天井的農(nóng)宅C，僅在正午短時段內(nèi)略高于農(nóng)宅C；農(nóng)宅B，C的室內(nèi)氣溫波動較小，但農(nóng)宅B的熱環(huán)境更為舒適。

3.1.2 風(fēng)環(huán)境分析

農(nóng)宅B，C的風(fēng)速（v）實測數(shù)據(jù)對比，如圖6所示。

由圖6可知：農(nóng)宅B，C的室內(nèi)風(fēng)速變化趨勢與室外較接近，農(nóng)宅C的風(fēng)速波動幅度較大，農(nóng)宅B的風(fēng)速雖小但更穩(wěn)定；農(nóng)宅C上午的風(fēng)速明顯大于下午，農(nóng)宅B則相反，故兩幢農(nóng)宅的風(fēng)速峰值出現(xiàn)的時間也不相同；

在保持南側(cè)入戶門開啟的狀態(tài)下，農(nóng)宅C的風(fēng)速大部分時段大于農(nóng)宅B。農(nóng)宅C的居民習(xí)慣在午休時段將入戶門關(guān)閉，導(dǎo)致某些時段內(nèi)無風(fēng)，由此可推斷保持無防雨天井的農(nóng)宅入戶門窗的開啟是組織通風(fēng)流線的重要因素。

3.1.3 光環(huán)境分析

農(nóng)宅B，C的室內(nèi)照度（E）實測數(shù)據(jù)對比，如圖7所示。

由圖7可知：農(nóng)宅B的室內(nèi)采光優(yōu)于農(nóng)宅C，農(nóng)宅B的室內(nèi)最大照度值為1 745 lx，農(nóng)宅C的室內(nèi)最大照度僅有48.4 lx。

在朝向與周邊環(huán)境相同的情況下，若不完全開啟入戶大門，農(nóng)宅C的室內(nèi)在絕大多數(shù)時段內(nèi)須借助人工照明來滿足日常生活的需求。農(nóng)宅B的室內(nèi)采光得益于防雨天井的設(shè)置，即使在午后入戶門關(guān)閉的情況下，室內(nèi)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(nèi)的光環(huán)境，減少人工照明。

3.2 防雨天井對不同朝向農(nóng)宅室內(nèi)舒適度的影響

3.2.1 熱環(huán)境分析

農(nóng)宅A，B的氣溫和相對濕度實測數(shù)據(jù)對比，如圖8，9所示。

由圖8，9可知：農(nóng)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(xiàn)在12：00-13：00，最低氣溫出現(xiàn)在6：30-7：00；兩座農(nóng)宅的室內(nèi)平均氣溫約低于室外平均氣溫2.7 ℃，農(nóng)宅A的室內(nèi)最高氣溫低于室外最高氣溫7.3 ℃，農(nóng)宅B的室內(nèi)最高氣溫低于室外最高氣溫6.1 ℃，農(nóng)宅A的隔熱效果略優(yōu)于農(nóng)宅B；在22：00-8：00時段內(nèi)，農(nóng)宅B的室內(nèi)平均氣溫高于農(nóng)宅A約0.4 ℃，在8：00-22：00時段內(nèi)，農(nóng)宅A的平均氣溫高于農(nóng)宅B約0.3 ℃；

在7：00-15：00時段內(nèi)，農(nóng)宅A，B室內(nèi)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(nóng)宅的相對濕度與氣溫的變化規(guī)律都存在時段上的差異，夜間及上午時段，農(nóng)宅B的相對濕度（65.2%～84.8%）低于農(nóng)宅A（65.2%～86.1%），而午后農(nóng)宅B的相對濕度則高于農(nóng)宅A。

3.2.2 風(fēng)環(huán)境分析

農(nóng)宅A，B的室內(nèi)風(fēng)速實測數(shù)據(jù)對比，如圖10所示。

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

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

防雨天井不同高度的風(fēng)速實測數(shù)據(jù)對比，如圖11所示。

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

由于熱壓通風(fēng)的大小與進(jìn)出風(fēng)口高差成正比關(guān)系［16］，在14：00-16：30時段內(nèi)，天井底部由于入戶門關(guān)閉風(fēng)速為0，而天井5.5 m處和天井頂部仍保持有風(fēng)狀態(tài)。

3.2.3 光環(huán)境分析

農(nóng)宅A，B的室內(nèi)照度實測數(shù)據(jù)對比，如圖12所示。

由圖7，12可知：農(nóng)宅A，B室內(nèi)采光比農(nóng)宅C有較大的改善，室內(nèi)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(nèi)，農(nóng)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(dǎo)致太陽直射光減弱（當(dāng)日多云），室內(nèi)照度下降；農(nóng)宅B的照度整體上變化幅度較小，農(nóng)宅A的總體室內(nèi)采光優(yōu)于農(nóng)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(jié)論

1） 防雨天井可穩(wěn)定地組織自然通風(fēng)，但風(fēng)速較小。與傳統(tǒng)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(fēng)，但風(fēng)壓通風(fēng)則不穩(wěn)定，且加設(shè)了采光頂部后，通風(fēng)量減少。在實測中，室外風(fēng)速一直很小，但除居民關(guān)閉入戶門的時段外，設(shè)有防雨天井的農(nóng)宅在大部分時段內(nèi)均有微風(fēng)，特別是農(nóng)宅A，其進(jìn)出風(fēng)口高差約12 m，即便在入戶門關(guān)閉的情況下，仍能產(chǎn)生明顯的熱壓通風(fēng)。

2） 恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置防雨天井的形態(tài)及界面能進(jìn)一步改善天然采光。農(nóng)宅A為東西朝向，用地極其狹長，但內(nèi)部設(shè)置的天井南北長、東西短，且天井內(nèi)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(nóng)宅B也設(shè)置了防雨天井，其平面尺度、高度與農(nóng)宅A近似，且兩個天井的長邊均為南北朝向，但農(nóng)宅B的天井內(nèi)壁白墻面積較少，且頂部采用陽光板，其透光率低于農(nóng)宅A的玻璃，因此室內(nèi)照度低于農(nóng)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(dǎo)致防雨天井的底部四壁的照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)平均值，可能會產(chǎn)生眩光。

3） 防雨天井可緩解由于建筑朝向不良導(dǎo)致的天然采光及自然通風(fēng)缺陷。密集的建筑群能有效減少太陽輻射得熱，也會導(dǎo)致通風(fēng)采光不良，而防雨天井可加以改善。坐北朝南的農(nóng)宅B的夜間氣溫高于農(nóng)宅A，這是由于農(nóng)宅B的東、西、北側(cè)均被建筑緊貼，夜間散熱能力減弱，而農(nóng)宅A與周邊建筑之間設(shè)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(nóng)宅A西曬，故氣溫高于農(nóng)宅B。由實測結(jié)果可知，防雨天井較好地改善了農(nóng)宅內(nèi)部的通風(fēng)，兩座農(nóng)宅雖然朝向不同，但室內(nèi)熱環(huán)境差異不大，較為舒適。綜上，天井的置入有效地改善了農(nóng)宅的室內(nèi)舒適度，但對東西朝向農(nóng)宅的效果更加明顯一些。

4） 設(shè)置防雨天井的農(nóng)宅熱環(huán)境較為舒適，但在午間時段（12：00-13：00）氣溫略高于同類農(nóng)宅。農(nóng)宅B在全天大部分時間的氣溫都低于農(nóng)宅C。在12：00-12：30時段內(nèi)，由于太陽直射導(dǎo)致農(nóng)宅B的室內(nèi)氣溫急速上升，但持續(xù)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(fēng)將室內(nèi)熱量排出，提高了舒適度。

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