贛北傳統(tǒng)民居敞廳夏季熱環(huán)境研究

2021-07-29 02:50賈尚宏陳嘉鑫徐振宇

安徽建筑大學(xué)學(xué)報 2021年3期

賈尚宏，陳嘉鑫，徐振宇

（安徽建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，安徽合肥 230601）

1 贛北傳統(tǒng)民居類型特征

贛北即江西以北地區(qū)，在地理上包含九江和南昌兩市。文中所指的“贛北”同時包含贛東北的上饒、景德鎮(zhèn)、鷹潭三市。在風(fēng)土譜系上，由于鄱陽湖流域經(jīng)濟文化較為發(fā)達，又是雷禮、雷發(fā)達的故鄉(xiāng)，因此該地區(qū)的風(fēng)土建筑也呈現(xiàn)出相似性。贛北傳統(tǒng)民居又被稱作“土庫”，原是用來做為儲藏貨物的倉庫，但隨著人們對于居住的需求，其功能逐漸由儲藏空間轉(zhuǎn)化為居住空間。

贛北地區(qū)毗鄰?fù)钅?，同時包含古徽州的婺源縣，其所轄地區(qū)的傳統(tǒng)民居與徽州傳統(tǒng)民居均為天井式住宅，但又有所差異：

（1）在平面特征上，贛北傳統(tǒng)民居多為不規(guī)則形，徽州傳統(tǒng)民居則為規(guī)則形，但兩者的基本組成均是以天井、敞廳（堂屋）為中軸線，兩旁布置房間。通常贛北傳統(tǒng)民居末端會設(shè)置開口較小的虎眼壁天井院，而徽州傳統(tǒng)民居則多是樓梯，兩者以一進院為基型，發(fā)展出多進多路的平面形式。

（2）在空間特征上，由于徽州土地稀缺，傳統(tǒng)民居多向縱向發(fā)展，呈現(xiàn)出高深的天井院，二層既能儲藏也能居住。而贛北地區(qū)土地較為富饒，傳統(tǒng)民居多沿中軸線橫向發(fā)展，使其內(nèi)部空間更加寬闊，二層則由于高度限制，多作為儲藏使用（表1）。

表1 贛北傳統(tǒng)民居與徽州傳統(tǒng)民居對比

（3）在營造禁忌上，贛北傳統(tǒng)民居普遍存在“過白”現(xiàn)象，過白是指位于敞廳后部第五根柱子回望，能看到上廳的屋脊與敞廳的屋檐之間的天空，同時也保證先人的牌位能望到天空，也是人們對于祖先崇拜的一種表達形式?；罩輦鹘y(tǒng)民居受到土地限制，很少出現(xiàn)“過白”，多存在與祠堂之中。贛北與徽州均處于夏熱冬冷地區(qū)，民居在營建過程中主要考慮如何在夏季遮陽抗熱。

在既往研究中，徽州傳統(tǒng)民居的天井通過“煙囪效應(yīng)”能夠起到很好的降溫效果。而對江西傳統(tǒng)民居熱環(huán)境的研究中，文章多是集中在贛南地區(qū)的客家民居，而對贛北民居的研究較少。僅在江西傳統(tǒng)天井民居被動式研究方法中，北京工業(yè)大學(xué)的李季對比了天井式傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居熱環(huán)境的差異。因此，筆者選取三種不同類型的贛北傳統(tǒng)民居，在夏季開展為期半個月的熱環(huán)境測試與民居測繪，以探求贛北傳統(tǒng)民居敞廳的熱環(huán)境。

2 實驗方案設(shè)計

本次實驗對象位于江西省上饒市鉛山縣河口古鎮(zhèn)。江西省地處亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候，夏季時間較長，7月均溫為28-29.8 ℃，極端氣溫幾乎在40 ℃以上。

實驗地點：江西省上饒市鉛山縣河口古鎮(zhèn)

實驗時間：8月8日—8月22日

實驗設(shè)備：便攜式氣象站、溫濕自計儀、微風(fēng)測速儀、測距儀。

測量數(shù)據(jù)：溫度、相對濕度、風(fēng)速

測量方法：選取連續(xù)晴朗的天氣，進行24小時連續(xù)記錄，每10分鐘記錄一次。

天氣狀況：本次實驗選取夏季最熱天氣段，連續(xù)15天的持續(xù)晴熱高溫。

3 實驗樣本選取

河口古鎮(zhèn)位于鉛山縣北部，東臨鵝湖鎮(zhèn)，北臨信江（圖1）。古時作為販紙的貿(mào)易碼頭，經(jīng)濟繁榮。如今鎮(zhèn)上還保存著較完整的明清古街與民國時期民居（圖2）。筆者進行走訪后，根據(jù)建筑保存的狀況以及村民建議，選取三處不同朝向的傳統(tǒng)民居進行對比研究，并且在古鎮(zhèn)附近四層住宅樓屋頂設(shè)置氣象站。

圖1 河口古鎮(zhèn)與信江

樣本1：典當(dāng)邊弄徽紹重黎

典當(dāng)邊弄徽紹重黎始建于清末年間，其內(nèi)部保留了原有的結(jié)構(gòu)與空間布局，是一棟典型的二進院贛北傳統(tǒng)民居。建筑整體分為上下兩層，二進敞廳局部通高，建筑朝向大致坐南朝北，外墻采用空斗磚砌筑進行圍合，內(nèi)部是典型的穿斗式木結(jié)構(gòu)，天井與敞廳均為青石地面，正房、廂房內(nèi)部則是鋪以木地板，木地板下面留有間隙用以防潮通風(fēng)。

由于二進敞廳太師壁倒塌（表2中紅色部分），因此本次選點主要集中在保存較好的一進天井院周邊，為了對比傳統(tǒng)民居敞廳與各房間及室外的熱環(huán)境，在此宅中選取5個測量點，分別是位于一進敞廳中后排、東側(cè)正房、西側(cè)正房、西側(cè)廂房以及位于西側(cè)廂房正上方二樓，持續(xù)測量24小時（表2）。

樣本2：方家樓弄景陽鳳臺一進院民居

方家樓弄景陽鳳臺是當(dāng)?shù)匾惶幱扇N不同形制的宅院圍合而成傳統(tǒng)民居組合，頗有北方合院形式。該民居始建于清嘉慶年間，其中一進院傳統(tǒng)民居是典型的贛北傳統(tǒng)民居基型，坐東朝西，平面主要沿上廳（包含敞廳與后廳）、下廳、天井組成的中軸線展開，兩側(cè)布置正房、廂房、下房及后房，中軸線上的天井分為兩種，即一個“泗水歸堂”天井和一個虎眼壁天井。除了敞廳通高外，其余封閉形體空間均為二層。

圖2a 河口古鎮(zhèn)

圖2b 河口古鎮(zhèn)

圖2c 河口古鎮(zhèn)

一進院傳統(tǒng)民居選擇5個測量點，分別是位于前端的下廳，位于中部的敞廳，位于末端的后廳，位于南邊的正房，以及位于二層南側(cè)廊位置，持續(xù)測量24小時（表2）。

樣本3：方家樓弄景陽鳳臺二進院民居

景陽鳳臺中的二進院與徽紹重黎的二進院形制大致相同，它們的平面布置都是基于一進院形式衍化而來。其軸線在原有的基礎(chǔ)上增加了一進天井院，景陽鳳臺兩進的敞廳空間均保存較好，且坐北朝南。沿中軸線選取4個測量點，分別位于下廳、一進院敞廳、二進院敞廳、后廳，持續(xù)測量24小時（表2）。

表2 三種不同類型傳統(tǒng)民居測點標注

4 測量結(jié)果分析

通過不同時間段的測量，我們獲取了室外與三個樣本的溫濕度并繪制成三組圖進行研究。

4.1 徽紹重黎熱工環(huán)境

8月10日，室外平均溫度與相對濕度達到31.9 ℃與69.3%，最高溫度與相對濕度為37.8 ℃與79.2%，最低溫度與相對濕度為28.4 ℃與42.4%，晝夜溫差一般，相對濕度相差較大，白天熱舒適性較差。室內(nèi)最高溫度由高到低依次為二層35.8 ℃，敞廳和西側(cè)廂房均是34.8 ℃，東側(cè)正房34.4 ℃，西側(cè)廂房34.2 ℃，與室外最高溫差在2-3.6 ℃。這表明，民居一進院的整體隔熱較差，主要是由于一進天井開口較大，使得熱輻射容易傳入室內(nèi)，造成室內(nèi)溫度較高。各測量點的最低溫度差在1.5-2.1 ℃，略高于平均溫度差0.1-0.5 ℃，建筑的保溫效果并不好，預(yù)計寒冷天氣對內(nèi)部環(huán)境影響較大，這是因為建筑內(nèi)部用薄木墻分割，其保溫性與密封性能均欠佳。白天二層溫度介于室外與敞廳之間，可以降低一層敞廳溫濕度的波幅，在夏季能起到熱緩沖層的作用，但二層本身受室外溫濕度影響波動較大，將影響室內(nèi)熱舒適度（圖3）。

比較室內(nèi)各個測量點與室外相對濕度波動關(guān)系，室外與二層的最高溫度出現(xiàn)在14：00左右，接著是西側(cè)廂房15：40，敞廳、東側(cè)正房與西側(cè)廂房均在17：00左右，二層與天井廂房約有1.7h延遲。這是由于廂房位于天井處，相較于其他房間更容易得熱。二層與一層出現(xiàn)3 h延遲，這與民居屋頂及墻面的蓄功能有關(guān)，屋頂附上薄瓦熱容小，太陽熱輻射很快傳至二樓，而外墻熱容較大，對熱傳遞有延遲作用，贛北傳統(tǒng)民居夯土墻約有3 h的延遲（圖3）。

圖3 徽紹重黎溫濕度對比

綜合室外及室內(nèi)空間溫度與相對濕度的對比，不難發(fā)現(xiàn)，坐南朝北的傳統(tǒng)民居盡管能夠抵擋部分太陽輻射，但是天井起到的降溫效果有限，敞廳在白天溫度集中在34 ℃左右，溫度波動較小，一層各房間與敞廳平均溫差約在1 ℃，其中東側(cè)正房因為住戶使用，出現(xiàn)了一段時間的波動，綜合一層各房間比較，敞廳熱環(huán)境較差。

4.2 景陽鳳臺一進院熱工環(huán)境

16日室外平均溫度與相對濕度達到31.6 ℃與62.6%，最高溫度與相對濕度為39.4 ℃與90.6%，最低溫度與相對濕度為26.1 ℃與33.5%，晝夜溫差一般，相對濕度較大，白天熱舒適性較差。室內(nèi)最高溫度由高到低依次為二層37.3 ℃、下廳36.3 ℃、敞廳35.9 ℃、南側(cè)正房32.3 ℃、虎眼壁天井32℃，與室外最高溫差在2.1-7.4 ℃，這表明民居整體隔熱一般，其中敞廳與虎眼壁最高溫度相差3.9 ℃，這便是受到天井開口大小的影響。各測量點與室外的最低溫度差在2.1-4.4 ℃，高于平均溫度差0.3-1 ℃，建筑的保溫效果不好。雖然白天二層溫度大部分時間相對較高，有一定的隔熱作用，但是從溫濕度波動上看，除了虎眼壁天井與南側(cè)正房外，其余房間受室外溫濕度波動影響較大，這是由于傳統(tǒng)民居朝向原因所導(dǎo)致（圖4）。

比較室內(nèi)各個測量點與室外溫度波動關(guān)系，室外溫度峰值出現(xiàn)在15：50，二層溫度峰值出現(xiàn)在16：30，有40 min延遲，這是受到了維護結(jié)構(gòu)的影響；下廳溫度峰值出現(xiàn)在16：10，有20 min延遲，這主要是受到民居朝向影響，陽光能夠射入下廳，使得廳內(nèi)溫度明顯升高；敞廳溫度峰值出現(xiàn)在15：20，提前30 min，這是因為在15：20，陽光通過一進院天井射入敞廳，造成內(nèi)部迅速升溫；南側(cè)正房與虎眼壁天井溫度峰值出現(xiàn)在16：30，有40 min延遲，南側(cè)正房主要是受到朝向影響，而虎眼壁天井則是由于開口較小且靠著厚墻，減緩了熱傳遞作用（圖4）。

圖4 景陽鳳臺一進院溫濕度對比

綜合室外及室內(nèi)空間溫度與相對濕度的對比，坐東朝西民居主要受到朝向因素影響，其中一進天井開口較大，敞廳白天平均溫度達到33 ℃左右，溫度波動較大；虎眼壁天井由于開口較小，白天平均溫度維持在31 ℃左右，溫度波動較??；正房白天平均溫度在31.8 ℃，溫度波動較小。

4.3 景陽鳳臺二進院熱工環(huán)境

8月19日，室外平均溫度與相對濕度達到33.8 ℃與62.2%，最高溫度與相對濕度為39.1 ℃與72.6%，最低溫度與相對濕度為29℃與34.4%，晝夜溫差較大，相對濕度較大，白天熱舒適性較差。室內(nèi)最高溫度由高到低依次為二進敞廳37.1 ℃、一進敞廳36.9 ℃、虎眼壁天井36.8 ℃、下廳36.7 ℃，與室外最高溫差在1.4-2.4 ℃。這表明，民居整體隔熱較差，主要是由于前后兩進天井開口較大，使得熱輻射容易傳入室內(nèi)，造成室內(nèi)溫度較高。各測量點與室外最低溫度差在1.2-2 ℃，略高于平均溫度差0.1～0.6 ℃，建筑的保溫效果不好，預(yù)計寒冷天氣對內(nèi)部環(huán)境影響較大（圖5）。

比較室內(nèi)各個測量點與室外溫度波動關(guān)系，室外最高峰值出現(xiàn)在15：00左右，下廳、一進敞廳、二進敞廳溫度峰值幾乎都出現(xiàn)在15：00左右。這是由于兩進的天井開口均較大，使熱輻射更容易進入室內(nèi)；虎眼壁天井溫度峰值出現(xiàn)在15：40，有40 min延遲，這與天井開口大小與墻體結(jié)構(gòu)有關(guān)（圖5）。

圖5 景陽鳳臺二進院溫濕度對比

綜合溫度與相對濕度對比，坐北朝南的贛北傳統(tǒng)民居溫度都較高，下廳、一進敞廳、二進敞廳溫度白天集中在36 ℃，與室外平均溫差相差無幾，虎眼壁天井溫度最低，白天溫度集中在34 ℃。因此，對于典型朝向的民居，其敞廳熱環(huán)境較差。

4.4 三種類型民居熱工環(huán)境對比分析

綜合以上三組數(shù)據(jù)，我們可以了解贛北傳統(tǒng)民居在夏季熱環(huán)境有以下特征：民居二層作為熱緩沖層，能夠起到一定的隔熱作用，使得各方間溫度變化有一定的延遲。在功能上，二層一般不作為居住空間，僅作為儲藏空間使用。天井院四周的屋檐能起到遮陽的作用，為敞廳帶來一定的降溫，但是效果有限。主要是由于天井開口過大導(dǎo)致，而開口較小的虎眼壁天井，則有明顯的降溫效果。一層正房與廂房均屬于室內(nèi)空間，兩者在白天溫度均低于敞廳，其中正房長邊面對敞廳開門，短邊面對天井，受敞廳熱環(huán)境影響較大，而廂房則長邊面對天井開門，受室外熱環(huán)境影響較大，因此正房的降溫效果優(yōu)于廂房（圖6）。

圖6 各民居天井、敞廳與室外溫度對比

5 影響傳統(tǒng)民居敞廳熱環(huán)境的因素

傳統(tǒng)民居在夏季防熱主要通過兩種方法：一是通過圍護結(jié)構(gòu)即屋面與墻體；二是通過通風(fēng)帶走熱量。屋面伸出的屋檐對建筑有很好的遮陽作用（圖7），墻體則是延緩建筑內(nèi)部得熱（圖8），由于鎮(zhèn)區(qū)傳統(tǒng)民居布置緊湊，避免了對墻體的直射，因此傳統(tǒng)民居的熱環(huán)境主要靠遮陽抵御熱輻射，通風(fēng)帶走內(nèi)部熱量。根據(jù)上表數(shù)據(jù)（圖9、圖10）。

圖7 贛北傳統(tǒng)民居遮陽結(jié)構(gòu)

圖8 贛北傳統(tǒng)民居圍護結(jié)構(gòu)

圖9 室外平均風(fēng)速

圖10 室內(nèi)一進天井院與室外風(fēng)速對比

在8月11日受臺風(fēng)影響風(fēng)速較大，其余平均風(fēng)速在0.5-0.8 m/s區(qū)間浮動，室內(nèi)天井的平均風(fēng)速均不到0.1 m/s，這也使敞廳的熱量很難被帶走，由于敞廳通過天井空間與室外直接聯(lián)系，天井的遮陽與通風(fēng)對傳統(tǒng)民居敞廳熱環(huán)境起到了至關(guān)重要的作用。為了研究天井對贛北傳統(tǒng)民居熱環(huán)境的影響作用，在此需要引入三個涉及天井的物理量，即負體形形態(tài)、高寬比與口底比。

負體形形態(tài)具有氣候調(diào)節(jié)作用，主要包含傳統(tǒng)民居內(nèi)部的半室外空間，包括敞廳空間、天井空間、檐下空間。當(dāng)負體形體積與上界面開口占總體積較大時則吸收熱量，反之則屏蔽熱量（圖11）；高寬比是指天井底部到圍合成天井開口的垂直高度（h）與天井開口寬度（d）的比值，高寬比越大，天井抵擋太陽熱輻射的作用越強，理論上也能使熱壓通風(fēng)效果更強（圖12）；口底比則是負形體上界面周長與下界面周長的比值，口底比主要影響著天井的通風(fēng)環(huán)境（圖13）。

圖11 負體形大小與能量變換

圖12 負體形高寬比

圖13 負體形口底比

5.1 贛北傳統(tǒng)民居負體形形態(tài)

通過以上數(shù)據(jù)可以推測出，贛北傳統(tǒng)民居中的負體形約在26%-32%，天井空間占比較小，約在2%-4%，側(cè)重于阻隔外部熱量進入室內(nèi)，檐下空間占負形體的1/3。而徽州傳統(tǒng)民居負形體約在30%-40%，天井空間約為5%-8%，檐下空間約占負形體一半。在對天井空間四周的遮陽上，贛北傳統(tǒng)民居較徽州民居較差，因此天井空間周邊的敞廳空間熱環(huán)境相對徽州傳統(tǒng)民居較差（圖14與表3）。

圖14 贛北傳統(tǒng)民居負體形形態(tài)示意圖

表3 贛北傳統(tǒng)民居負體形占比估算

5.2 贛北傳統(tǒng)民居負體形高寬比

天井空間在負體形進行氣候調(diào)控中起到核心作用，天井空間的開口大小直接影響室內(nèi)接受太陽熱輻射。相較于低矮的天井空間，高深的天井空間能夠更好的阻擋太陽輻射，頂部與底部形成溫差，理論上也能形成更好的熱壓通風(fēng)。因此，較大的高寬比有利于傳統(tǒng)民居整體的遮陽與通風(fēng)。由于負體形的高寬比對不同類型空間所指不同，而天井的高寬比尤為重要。

贛北傳統(tǒng)民居通常包含四圍合的天井與三圍合的虎眼壁天井，以圍合天井上界面檐口高度計算，根據(jù)數(shù)據(jù)推測前者高寬比范圍約在2.9-3.6，后者高寬比約在5.1-7.2，在白天虎眼壁天井空間溫度相對于前進的天井較低。通過資料可知，當(dāng)高寬比逐漸增加到2時，空氣流速有顯著提升；當(dāng)高寬比大于2時，室內(nèi)風(fēng)環(huán)境提升有限，遮陽效果增加；當(dāng)高寬比大于4時，煙囪效應(yīng)顯著（圖15與表4）。

圖15 贛北傳統(tǒng)民居負體形高寬比示意圖

表4 贛北傳統(tǒng)民居負體形高寬比估算

5.3 贛北傳統(tǒng)民居負體形口底比

負形體的上界面開口影響室內(nèi)太陽熱輻射得熱，進一步使得上下界面產(chǎn)生溫度差，繼而產(chǎn)生熱壓通風(fēng)。對于單一形態(tài)的負體形，口底比在0.3時通風(fēng)最佳；對于復(fù)雜形態(tài)的負體形，徽州傳統(tǒng)民居口底比在0.25-0.4區(qū)間，其中口底比為0.25時通風(fēng)量最大。贛北傳統(tǒng)民居的口底比約在0.31-0.44區(qū)間（圖16），口底比相較于徽州傳統(tǒng)民居較大。由于兩者在平面與空間構(gòu)成上具有同構(gòu)性，因此可以推測，口底比較大是造成室內(nèi)熱壓通風(fēng)較差的主要原因。

圖16 贛北傳統(tǒng)民居負體形口底比估算

6 總結(jié)

經(jīng)過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，人們飲食普遍在廂房內(nèi)，做炊事、洗衣則在后廳與其他附屬房間內(nèi)。白天人們更傾向待在正房內(nèi)，而不會選擇待在較熱的敞廳中。既然贛北民居敞廳的熱環(huán)境并不適宜人們生活使用，那它在功能上是否存在其他象征意義？通過文獻查閱發(fā)現(xiàn)在贛南地區(qū)，存在著一種廳屋組合式民居，“廳（敞廳）”作為祭祀空間，日常生活與之完全分離，典型的平面是以天井院中軸線的上廳作為祭祀空間，四周再圍上若干附屬房間，形成一棟完整的房間，在平面構(gòu)成上與贛北傳統(tǒng)民居亦存在同構(gòu)性。此外，考慮到“過白”（表5）作為贛北地區(qū)的營造禁忌，也是祭祀空間的精神性表達。因此，綜合敞廳功能與過白現(xiàn)象，我們可以推測敞廳并不只是服務(wù)于人的生活空間，其本質(zhì)上更是一種祭祀祖先的禮儀性空間，贛北民居則是“祠宅合一”民居的衍化形式。