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)

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的熱力學(xué)功能探析

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)嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的熱力學(xué)功能進(jìn)行了分析，并對(duì)嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑采用的室外、室內(nèi)窗、高側(cè)窗、中側(cè)窗結(jié)合的方式與天井構(gòu)成立體化的自然通風(fēng)體系和自然采光體系進(jìn)行了研究，指出多種形制的窗戶加強(qiáng)了自然通風(fēng)效果，提高了自然采光效率，同時(shí)也起到了遮陽(yáng)和避雨的功能。

窗戶，通風(fēng)，采光

0 引言

自古以來(lái)，嶺南地區(qū)氣候炎熱，終年高溫，太陽(yáng)輻射量較大，平均日照時(shí)間長(zhǎng)，受濕潤(rùn)的夏季風(fēng)影響，全年雨水充沛，獨(dú)特的氣候條件造就了嶺南地區(qū)獨(dú)特的建筑文化。針對(duì)當(dāng)?shù)匮谉?、潮濕、多雨和?qiáng)輻射的特點(diǎn)，嶺南地區(qū)的傳統(tǒng)建筑提出了具有針對(duì)性的措施，適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，符合綠色節(jié)能的要求。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑中這些針對(duì)性的措施，特別是其中千變?nèi)f化的窗戶形制，在通風(fēng)透氣、采光遮陽(yáng)等方面起著至關(guān)重要的作用，特別值得運(yùn)用于當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)與實(shí)踐中。

在中國(guó)傳統(tǒng)建筑中，窗戶的形制多種多樣，既有安裝在上下檻之間的長(zhǎng)窗，又有在墻體上部用來(lái)通風(fēng)換氣的小窗。而嶺南地區(qū)的建筑文化在近代同時(shí)受到中外文化的影響，形成了相對(duì)完整的二元化建筑文化體系。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶形制類型非常豐富，風(fēng)格多樣，如起源于滿洲的滿洲窗，就采用冰裂紋狀的木條為窗骨，用紙片蒙窗，圖案豐富多彩，做工精致；而彩玻窗則源自于嶺南地區(qū)對(duì)外來(lái)西方哥特式建筑文化的學(xué)習(xí)和利用，雖然受到當(dāng)時(shí)工藝的制約未能生產(chǎn)出純凈的透明玻璃，但是摻雜的彩色玻璃卻能夠適當(dāng)?shù)販p弱當(dāng)?shù)氐奶?yáng)輻射。

嶺南地區(qū)多種多樣的窗戶形制，其目的均是為了能夠滿足當(dāng)?shù)赝L(fēng)透氣和采光遮陽(yáng)等需求，其中窗戶的開(kāi)啟方式則起到了決定性的作用。按照開(kāi)啟方式劃分[1]，嶺南地區(qū)的窗戶主要包括平開(kāi)窗，推拉窗，懸窗，立旋窗，固定窗和折疊窗。平開(kāi)窗完全打開(kāi)時(shí)通風(fēng)率能達(dá)到100%；而推拉窗則分為水平推拉窗和垂直推拉窗，其通風(fēng)率僅有50%；常見(jiàn)的懸窗主要是上懸窗，雖然其通風(fēng)率也較低，但是兼顧防雨功能；立旋窗通風(fēng)率能達(dá)到100%，但是其開(kāi)啟不方便，額外占用室內(nèi)外空間；傳統(tǒng)的固定窗往往是漏窗或空窗，通風(fēng)效果也非常好；而折疊窗則能選擇是否全部開(kāi)啟，從而按需調(diào)整通風(fēng)效果，但是其工藝復(fù)雜，彎折處容易損毀。多種多樣的窗戶形制從不同功能需求出發(fā)，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑對(duì)這些窗戶形制的綜合運(yùn)用，共同營(yíng)造了其獨(dú)特的熱力學(xué)功能。

1 嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的自然通風(fēng)功能

由于嶺南地區(qū)春季氣候潮濕，而夏季則較為悶熱，所以嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑首先需要解決的是自然通風(fēng)的問(wèn)題，通風(fēng)能保持室內(nèi)干燥、涼爽，有利于居住者的身體健康[2，3]。利用窗戶進(jìn)行自然通風(fēng)是一種簡(jiǎn)便有效的方法，窗戶的位置、面積和開(kāi)啟形式?jīng)Q定了自然通風(fēng)的效率。

從窗戶的位置來(lái)看，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶可以被劃分為室外窗、室內(nèi)窗和廊道窗。室外窗是建筑與外界氣流直接溝通的通道，氣流從外界正壓區(qū)域流向內(nèi)部負(fù)壓區(qū)。由于嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的進(jìn)深較大，建筑內(nèi)部空間往往無(wú)法直接設(shè)置雙向通風(fēng)窗口，而單一的室外窗通風(fēng)渠道無(wú)法產(chǎn)生氣流導(dǎo)向現(xiàn)象，形成定向的氣流通道。因此嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往還設(shè)置室內(nèi)窗，與室外窗構(gòu)成完整的定向氣流通道。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往設(shè)計(jì)狹窄的冷巷作為室內(nèi)主要通風(fēng)道和狹小的天井進(jìn)行室內(nèi)的熱壓通風(fēng)，因此室內(nèi)窗則往往設(shè)置在冷巷或天井中。一對(duì)對(duì)的室內(nèi)、外窗能夠在保障風(fēng)速的前提下，提高風(fēng)所掃及的面，從而提高通風(fēng)效率，圖1顯示了室內(nèi)、外窗共同作用時(shí)的通風(fēng)效果。而廊道窗則多數(shù)為固定空窗或漏窗，或者采用通花隔斷的形式，從而保證空氣流動(dòng)的連續(xù)性(見(jiàn)圖2)。

窗戶的面積和開(kāi)啟形式?jīng)Q定了窗戶的開(kāi)啟寬度。研究表明，窗戶的開(kāi)啟寬度越大時(shí)，氣流場(chǎng)的分布范圍就會(huì)越大，同時(shí)分布地越均勻，從而有效改善室內(nèi)的通風(fēng)狀況[4]。為了提高窗戶的開(kāi)啟寬度，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往會(huì)在需要通風(fēng)的墻面上全部開(kāi)窗，這種開(kāi)窗方式稱為滿周窗(見(jiàn)圖3)。就窗戶本身的開(kāi)啟方式而言，大多數(shù)嶺南傳統(tǒng)建筑往往采用多樣化的窗戶形制進(jìn)行立體通風(fēng)：在低處常常采用固定的漏窗，在高處則采用上懸窗或立旋窗形式的氣窗(見(jiàn)圖4)，在墻面中間區(qū)域則采用平開(kāi)窗或推拉窗。綜合運(yùn)用多樣化的窗戶形制，能夠有效加強(qiáng)嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的自然通風(fēng)效果。

為了加強(qiáng)通風(fēng)效果，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑采用了室外、室內(nèi)窗結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)氣流導(dǎo)向；采用多種形制的窗戶進(jìn)行立體化通風(fēng)。

2 嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的自然采光功能

傳統(tǒng)自然采光方式往往不依賴輔助照明設(shè)備，受建筑的形式、高度、窗戶的形制和材料影響。太陽(yáng)光通過(guò)窗戶照射到室內(nèi)的日照面積和日照時(shí)間共同影響建筑物的自然采光功能。

窗戶位置會(huì)影響室內(nèi)的日照面積[1]。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶往往是側(cè)窗的形式，側(cè)窗設(shè)置在墻面的中間位置時(shí)，靠近窗的上部和下部室內(nèi)空間均會(huì)出現(xiàn)暗角，但是比設(shè)置在低處和高處的側(cè)窗能產(chǎn)生更大的日照面積，高側(cè)窗、中側(cè)窗和低側(cè)窗的采光對(duì)比效果如圖5所示。同時(shí)，在前文中的分析我們發(fā)現(xiàn)嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的立體化窗戶形制改善了通風(fēng)效果，其實(shí)這樣的立體化設(shè)計(jì)也能夠通過(guò)高側(cè)窗和中側(cè)窗結(jié)合的方式增加室內(nèi)的日照面積；開(kāi)在天井一側(cè)的室內(nèi)窗還能充分利用天井進(jìn)行天窗采光，這樣以室外窗、室內(nèi)窗、高側(cè)窗、中側(cè)窗、天井結(jié)合的方式形成了立體采光的效果，形成了良好的自然采光環(huán)境。

窗戶的形狀會(huì)影響室內(nèi)的日照時(shí)間。嶺南地區(qū)位于赤道和北回歸線之間，屬于北半球，太陽(yáng)東升西降。嶺南地區(qū)的傳統(tǒng)建筑一般為南北朝向，窗戶的東西向尺寸越大，一天所能獲得的日照時(shí)間越長(zhǎng)。盡管嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶從單扇的角度來(lái)看，東西向尺寸一般較窄，但是從整體的角度來(lái)看，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶采用多面的方式，增加了窗戶東西向的整體尺寸，當(dāng)窗戶占滿整塊墻面時(shí)即形成滿周窗。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑通過(guò)室外、室內(nèi)窗、高側(cè)窗、中側(cè)窗結(jié)合的方式與室內(nèi)天井共同構(gòu)成了立體化的采光體系，提高了日照面積；通過(guò)整體化的窗戶設(shè)計(jì)方式增加日照時(shí)間。

3 嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的遮陽(yáng)避雨功能

嶺南地區(qū)氣候的另一特點(diǎn)是終年炎熱多雨，因此窗戶設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮其遮陽(yáng)和避雨功能，既不能讓室內(nèi)溫度過(guò)高，也不能讓室內(nèi)環(huán)境潮濕。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑的窗戶從窗楣、窗框、窗格和窗心的完整結(jié)構(gòu)出發(fā)，多樣化地實(shí)現(xiàn)了遮陽(yáng)、避雨功能。

窗楣指的是窗戶上方的橫木或橫梁，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑往往制成木雕或石雕等樣式，除了起到裝飾美化效果的同時(shí)，也能阻擋一部分太陽(yáng)直射，降低室內(nèi)溫度；在下雨天則能防止雨水直接通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)，起到避雨的功能(如圖6所示),與現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中遮陽(yáng)板、遮陽(yáng)棚起到了異曲同工之妙[5]。嶺南地區(qū)部分地區(qū)傳統(tǒng)建筑雖未設(shè)置窗楣，但是在其立體化的窗戶形制中，通過(guò)將高側(cè)窗設(shè)置成上懸式的木窗，也能夠起到類似的效果。

嶺南地區(qū)外遮陽(yáng)的窗戶技術(shù)還體現(xiàn)在百葉窗上，傳統(tǒng)的百葉窗為固定式，由一排傾斜的木質(zhì)葉片組成，百葉窗能根據(jù)需要設(shè)置成平開(kāi)窗、推拉窗等多種形式，既不影響室內(nèi)的通風(fēng)效果，又能有效遮陽(yáng)(見(jiàn)圖7)。

受西方文化的影響，嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑很早開(kāi)始使用玻璃作為窗心。雖然受到當(dāng)時(shí)制造工藝的限制，無(wú)法制造出透明玻璃，所以當(dāng)時(shí)的玻璃多為彩色玻璃，但是摻雜的金屬離子對(duì)太陽(yáng)輻射的紫外光有明顯吸收作用，使傳統(tǒng)的嶺南建筑室內(nèi)往往較為涼爽、陰暗(見(jiàn)圖8)。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗楣的設(shè)計(jì)方式，以及多樣化的窗戶形制——如木質(zhì)上懸窗、百葉窗和彩色玻璃窗，十分適宜嶺南地區(qū)高強(qiáng)度的太陽(yáng)輻射和濕潤(rùn)多雨的氣候條件。

4 結(jié)語(yǔ)

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑文化博大精深，尤其是窗戶的設(shè)計(jì)方式， 演變出各種各樣的窗戶形制，這些窗戶的熱力學(xué)功能表現(xiàn)為自然通風(fēng)功能、自然采光功能以及遮陽(yáng)和避雨功能。嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑采用的室外、室內(nèi)窗、高側(cè)窗、中側(cè)窗結(jié)合的方式與天井構(gòu)成了立體化的自然通風(fēng)體系和自然采光體系；多種形制的窗戶加強(qiáng)了自然通風(fēng)效果，整體化的窗戶設(shè)計(jì)方式提高了自然采光效率。這種多樣化的窗戶形制也起到了阻礙太陽(yáng)輻射和雨水的效果。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑窗戶的設(shè)計(jì)意義不僅在于節(jié)能技術(shù)上，更指出了現(xiàn)代建筑窗戶設(shè)計(jì)乃至未來(lái)建筑發(fā)展的思路。我們應(yīng)當(dāng)因地制宜地選用適當(dāng)?shù)慕ㄖ夹g(shù)，博古通今，響應(yīng)綠色建筑的號(hào)召，在實(shí)踐中加以運(yùn)用。

[1] 黃湘菡.嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑中窗戶的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013：136-138.

[2] 王 鵬,譚 剛.生態(tài)建筑中的自然通風(fēng)[J].世界建筑,2000(4):62-65.

[3] 劉志永.淺談自然通風(fēng)原理與建筑設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(32):69-70.

[4] 林 川.小城鎮(zhèn)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2004:36.

[5] 王 玥.遮陽(yáng)技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].華中建筑,2008,26(3):41-44.

Analysis on thermodynamic functions analysis on traditional architecture windows in Lingnan area

Xiong Zhijia1Mai Heng2*

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

This paper analyzed the thermodynamic function of traditional architecture windows in Lingnan area, and researched the outdoor window, indoor window, high side window, mid side window combining ways and the natural ventilation and natural lighting system of courtyard constitution stereoscopic used in traditional architecture in Lingnan area, pointed out that the different forms window strengthened the natural ventilation effect, improved the efficiency of natural lighting, and also played the sunshade and shelter function.

window, ventilation, lighting

2015-01-23

熊志嘉(1995- )，女，在讀本科生

麥 恒(1986- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0187-03

TU111

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