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广州竹筒屋的气候适应性空间尺度模型研究The Study of Climate-adaptable Model Scale of Space in Bamboo-house in Guangzhou肖毅强1 林瀚坤2Xiao Yiqiang Lin Hankun摘要 作为湿热气候的广州，其传统城市建筑的气候适应性价值需要不断被挖掘。广州 竹筒屋作为典型的城市建筑，对夏季湿热气 候具有良好的适应性，在建筑防热、自然通 风及建筑采光等方面表现突出。本文尝试通 过实测、数字模拟等方法，对竹筒屋的“风 口通道天井”的自然通风系统作出 分 析，确 定其 中天 井尺 度对 建筑的 综合 通 风、防热、采光条件具有核心价值，论证得 出天井空间模型尺度的优选范围。关键词 绿色建筑；湿热气候；气候适应性 空间；竹筒屋；空间尺度模型ABsTRAcT The climat e ad ap t ab ilit y of traditional urban architecture is worth s tu dy i n g, e s pe c i a l l y i n Gu a n gz h o u w i th hot-humid climate. Bamboo house is oneof the typical building types in Guangzhou, and it has good adaptability to the hot- humid climate in summer, particularly with outstanding performance in building heat- reduction, natural ventilation and lighting. This paper tends to analyze the natural ventilation system of opening-path-patio in the Bamboo house, through the method of measuring and computer simulation. It finds that the scale of patio space is the core value in climate adaptability, and the reasonable range of the model scale of patio space is also testified.KEY WORDS green architecture; hot-humid climate; space of climate adaptability;Bamboo house; model scale of space 国家自然科学基金资助项目，项目编号： 1078154；国家自然科学基金重点资助项目， 项目编号：51138004；亚热带建筑科学国家 重点实验室自主课题资助项目，项目编号：2012ZC19。中图分类号 TU111.19+5.4文献标识码 DOI：10.3969/j.issn.1000-0232.2013.02.082文章编号 1000-0232(2013)02-0082-05作者简介 1 华南理工大学建筑学院、亚热 带建筑科学国家重点实验室，教授（广州，510640）；2广州市东意建筑设计咨询有限公 司，助理工程师（广州，510640）1 引言地域性绿色建筑的发展，建筑空间设计 研究是不可忽视的重要内容。通过对地域传 统建筑气候适应性价值的挖掘，特别是建筑 空间的气候适应性的研究分析，可以取得对 当代建筑设计具参考价值的空间系统规律及 空间尺度规律。广州竹筒屋1）在近代城市发展中形成，既 保留了广府传统民居的特征，又适应城市高 密度的街区建设的需要。“竹筒屋”作为联 排式布置的住宅类型，紧凑的“窄面宽、大 进深”布局体现了高密度城市用地的商业价 值规律，又通过沿街开口、厅堂组织、廊道 及天井的系列空间组织，构成了对当地湿热 气候良好的适应性：通过布局减弱太阳热辐 射对建筑室内的影响，垂直于街道大进深 展 开的内部空间组织促进了室内自然通风组织， 并营造明亮而阴凉的居住环境（图1、2）。广州竹筒屋在组织室内通风、隔热等方面的有效性，在前人研究中已有过确认，如汤国华教授 2） 、曾志辉博士 3） 的论文中已就 竹筒屋的风压、热压通风机制作出过分析， 认为竹筒屋面宽小、进深大、面对外部界面 开口小的特征，对室内降温，建筑通风的组 织有明显的作用。本文在其他学者研究基础 上，把竹筒屋的各空间要素位置、尺度与通 风组织的关系，特别是空间尺度与通风效率 的量化分析作为研究重点。通过对竹筒屋的空间系统的分析，明确 空 间系统 的核 心要 素， 针对 空间要 素的 组 成、尺度及位置关系的分析，探寻其中对当表 1 空间模型要素与室内环境研究的关联1 典型的广州竹筒屋街区空间模型要素室内环境评价要素风环境热环境光环境开口风速、风压热辐射、温度照度、采光系数、均衡度走廊风速、风 压、风向天井风速、风压热辐射、温度照度、采光系数、均衡度832013.2 South Architecture / 南方建筑 / Architectural Fourm 建筑论坛3 首层平均风速（m/s）对比图2 典型竹筒屋平面4 首层各测点温度变化对比图（）5 布局类型平面图示代南方地区现代建筑创作具参考意义的空间尺度模型（表1）。0.5m/s的通风风速，室内感觉较阴凉、舒适。2.2 竹筒屋空间类型与通风模拟竹筒屋的基本形式是面宽小，进深大， 内 有天井 ，走 廊连 通前 后。 在民居 调研 与 文献调研过程中，可考察这种厅堂 走 廊 天井的组合方式并非只有单一的模 式，不同的布局下往往产生了组合的变化。这里 将几 种布 局类 型进 行通风 模拟 实 验，对比不同类型的通风效果。常见布局类型可划分为五种（图5），一 是单天井式，是较为常见的布局；二是双天 井式，区别在建筑中部还加了一小天井，以 改善房间的采光；三是双通道式，常见于规 模稍大的西关大屋等；四是走道错位式，较 为少见；五是半隔断式（见图5e剖面图）， 即各房间隔断不到室内天花，留有上部可通 风的区域。各类型的通风模拟结果显示（图6）： 单天井式与双天井式的整体风速是各种类型 中最大的，两种类型的首二层平均风速都接 近0.5m/s。双天井式与单天井式对比，正面 开口风速较大，后天井截面风速则较小。双 走廊式与单走廊式对比，各截面风速有所增 大，但室内平均风速则有所下降。由此可见，单天井的室内通风组织较为 稳定，增加室内风道与通风口有利于提高室内 通风效 率。 各种 模式 的模 拟结果 差异 不大，验证了竹筒屋的空间模型能有效促进建 筑室内通风，改善室内舒适度。2 竹筒屋案例研究与通风模拟2.1 案例实测与通风模拟结果比照本次实测选取广州市荔湾区一座竹筒屋 民宅作为研究对象，该住宅面宽4 m，进深 17m，内有一天井。建筑为两层，前后走廊 成错位关系，建筑内部分房间有开口连通， 房间局部采用不到顶的木隔断作为分隔（图），通风与温度实测结果如图、。 风速实测结果反映：各测点风速集中分布在0.1m/s0.4m/s的范围内，室内以准静 止风为主；门口与走廊末端的数据较多分布 在0.4m/s以上，显示两个风口的通风作用明 显。显示各测点温度值及其整天的变化趋势 均比较接近，走道全天温度较低，面对街道 的门窗及前厅全天温度较高。再对该竹筒屋进行进一步的通风模拟研 究比较，结果显示模拟结果与与实测结果相 接近，平均风速约为0.3m/s。模拟手段可以 作为研究方法加以使用。实测 与模 拟结 果均 表明 ，竹筒 屋小 面 宽、大进深的空间形式，可有效地减低了室 外热辐射对室内的影响，室内日平均温度比室 外日平均温度低1.8，结合局部时段有大于3 竹筒屋空间要素的通风模拟评价进一步对空间要素进行模拟，通过改变 各 空间要 素开 口、 走道 、天 井的尺 度和 位 置，分析其对室内通风的影响效果，辅助定 性判断的分析研究。3.1 开口变化与通风模拟分析建筑正面的门窗直接面对街道，是建筑 的主要进风口。这里从两方面对开口的变化 进行模拟与分析：其一是开口的尺度，模拟 中 取了大 门的 尺度 至全 开敞 的尺度 进行 对 比；其二是开口的位置，模拟中针对开口与 通风走道的对位关系进行的几组分析。从模拟结果（图7）可以看到，正面开口 位置、尺度的变化对前厅风场均匀度有一定 影响，但对走道及天井通风效果影响不太明 显。风速模拟数据显示，整体室内风速随开 口与走道的错位程度而下降，但变化幅度并 不大（0.1m/s的范围内），因此可以认为开 口方式的改变对室内通风效果影响较小。3.2 走道尺度变化与通风模拟分析竹筒屋的走道具有类似于广府民居 “冷 巷”作用，是建筑空间中形成自然通风的主e 房间半隔断式（剖面图）a 单天井式 b 双天井式 c 双走道式d 走道错位式84建筑论坛 Architectural Fourm / 南方建筑 / South Architecture 2013.26 不同平面类型的空间平均风速对比 （单位：m/s）7 不同开口位置的空间风速平均值对比图（单位：m/s）8 不同进深走道的空间风速平均值对比图（单位：m/s）9 不同平面尺寸天井的空间风速平均值对比图（单位：m/s）10 天井在不同条件下的尺度与风速模拟结果（天井高度8m）尺寸模拟条件风压模拟热压模拟复合模拟2m x 2m3m x 3m4m x 4m10852013.2 South Architecture / 南方建筑 / Architectural Fourm 建筑论坛11 天井在不同工况下的尺度与风速模拟结果12 最热日(8月30日)太阳热辐射模拟数据对比图（单位：Wh）13 最热日平均温度模拟数据对比图（单位：）要通道。从两方面对走道进行分析：其一是走道在进深方向的尺度变化，其一是宽度上 的尺度变化。走道的通风模拟结果显示（图8），室内 整体风速值随走道进深加大而稍有下降，但 变化幅度很小，说明其尺度变化对通风效果 影响不明显。由此也解释了在东南亚各地的 排屋式民居中，建筑进深的差异普遍存在， 进深范围从10m到30m不等。对于大进深情 况，通过增加天井可有效改善其采光与通风 的状况。3.3 天井尺度变化与模拟分析传统竹筒屋为了解决大进深的问题，在 建筑内部插入天井、天窗等与外环境接触的 空间，以改善室内通风采光。我们通过限定 天井高度（按两层高建筑约8 m），改变平 面尺寸的大小的方式对天井的尺度进行分析（图9）。通风 模拟 结果 显示 ，随 天井尺 度的 增 大，室内风速也随之增大，且变化幅度较为 明显。但在2.5m x 2.5m的平面尺寸以上，风 速变化趋于平缓，由此可推测，天井的尺度 有一个合理的范围。通过以上一系列关于正面开口、走道与 天井的位置、尺度的比照分析，可以看到： 竹筒屋的正面开口尺度与位置会影响着室内 的通风效果，其影响范围仅限于前厅部分风 场分布均匀度；走道空间的尺度变化对室内 通风效果影响不大；天井在竹筒屋的室内通 风中起主导作用，天井的存在及其尺度大小 对室内通风效率的影响较大。热压通风模拟条件下的室内风速值均偏小，只有0.1m/s0.2m/s，属于准静止风。 整体的室内风速随天井尺度的增大而有所提 高，但变化幅度很微小。热压与风压复合通风模拟条件下，天井 增大，对整体空间的风速有明显提高，但在 在3m x 3m的天井尺度以上即趋于相等。三者对比来看，复合通风效果比单一条 件的通风效果明显，但整体风速随天井尺度 的变化趋势是相接近的，在天井平面尺寸增 大到一定程度后（如2.5m x 2.5m及以上）， 室内通风效率的变化幅度减小。4.2 天井空间的热环境模拟天井热环模拟在于分析天井在不同尺度 下，室外辐射热对建筑的影响情况，以便作 为确定天井尺度合理范围的参考因素。（1）太阳热辐射 太阳热辐射模拟显示建筑室内的热辐射分布较不均匀，除了开口处有较大的热辐射 量以外，室内占大部分的是热辐射较低的区 域。另外，天井的扩大能明显地增加其开口 附近的热辐射量，但对整体室内空间影响仍 较少（图12）。（2）温度分析 最热日温度模拟数据显示，各尺寸的天井温度差异并不大，虽然温度随天井尺度增 大而有所升高，但温度差值最大仍在1以 内。室内外日温差最大值为2，与实测值接 近（图13）。从受到太阳热辐射的角度看，尺度的增 大会增加整体室内热辐射的接收量。但从室4 竹筒屋天井空间尺度的分析上文通过空间要素的对比，可看出天井 空间对竹筒屋的室内通风起主导作用。而对 于建筑室内微气候的分析而言，通风效率只 是 其中的 一个 评价 向量 ，其 评价范 围涵 盖 了温度、湿度、通风、人体舒适度等多个方 面。结合广州夏季高温炎热的气候条件，这 里 主要从 温度 （防 热） 、通 风和采 光三 方 面，对天井尺度变化的影响进行进一步的研 究。通过对天井尺度变化与室内环境调节的 综合分析，尝试分析天井尺度的合理范围。4.1 天井空间的不同外部条件通风模拟室内通风是一个受多方面因素影响的问 题，如室内热环境、外部风环境、室内界面 属性等。从数字模拟的角度，需要对影响通 风的诸要素进行拆分与整合，并分别讨论不 同因素对通风的影响。上文对通风模拟的条 件均为风压通风（只预设外部风速，忽略热 环境影响），这里需补充两部分通风模拟进 行深化对比：热压通风（忽略外部风，仅以 受 热作为 模拟 条件 ）， 风压 与热压 的结 合（设定微小的外部风，结合热压模拟）。 三种模拟方式的设定是为了更全面地考察竹筒屋的室内通风效果。在真实环境中， 风压作用与热压作用往往是复合的，而在实 验中，通过把不同通风模式的模拟条件区分 研究，有利于更细致的评价不同通风机制的 机制与作用（图10、11）。风压复合通风模拟条件下，天井增大， 对整体空间的风速有所提高。但在2. 5mx 2.5m的平面尺寸以上，风速变化趋于平缓。1386建筑论坛 Architectural Fourm / 南方建筑 / South Architecture 2013.2井的合理标准尺度模型（图16）。5 结论本文对广州典型民居竹筒屋的空间尺度 进行了定性与量化分析。通过实测、模拟、 对照等方法，在正面开口走道天井 构 成的通 风系 统中 ，天 井尺 度变化 对室 内 通风影响较大。通过综合通风、防热、采光 条件，对比得出天井空间尺度的优选范围为3x3x8m(长x宽x高)。天井空间的通风模式 对当代地域性建筑设计具有启迪意义，在广 州夏季湿热气候条件下，开口通道 天井的气候适应空间模型有着地域适用性价 值，在绿色建筑设计中具推广意义。14 照度平均值对比图（单位：Lux）15 采光均衡度对比图图片来源图1、2、5：作者绘制； 图3、4、69、1116：作者根据实验数据整理； 图10：实验生成。注释1）“（竹筒屋）平面特点是：面宽较狭，而进深 较大，一般达1220m。形成此类平面的主要原因 是土地私有制，地价昂贵，为节约用地，只能向纵 深发展。” 陆元鼎，马秀之，邓其生. 广东民居J. 建筑学报，1981，9.2）汤国华. 岭南传统建筑适应湿热气候的经验和理 论D. 广州：华南理工大学建筑学院，2002，5. 汤国华. 岭南湿热气候与传统建筑M. 北京：中国 建筑工业出版社，2005.3）曾志辉. 广府传统民居通风方法及其现代建筑应 用D. 广州：华南理工大学建筑学院，2010，12. 参考文献1 肖毅强，王静，林瀚坤. 基于节能策略的建筑空 间设计思考J，华中建筑，2010（6）.2 林瀚坤. 适应湿热气候的广州竹筒屋空间模型研 究D. 广州：华南理工大学建筑学院，2012，6.3 曾志辉. 广府传统民居通风方法及其现代建筑应 用D. 广州：华南理工大学建筑学院，2010，12. 4 高云飞. 岭南传统村落微气候环境研究D，广 州：华南理工大学建筑学院，2007，10.5 汤国华. 岭南传统建筑适应湿热气候的经验和理 论D. 广州：华南理工大学建筑学院，2002，5.6 陆元鼎. 中国民居建筑M. 广州：华南理工大学 出版社，2004.7 汤国华. 岭南湿热气候与传统建筑M. 北京：中 国建筑工业出版社，2005.16 天井各模拟数据复合叠加分析图（红色区域为最优