河南傳統(tǒng)合院式民居在適應(yīng)性中日照環(huán)境分析

鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 韓文翔

開封建筑設(shè)計(jì)院有限公司 宋太華

珠海興業(yè)幕墻工程有限公司 苗桂榮

河南傳統(tǒng)合院式民居在適應(yīng)性中日照環(huán)境分析

鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 韓文翔

開封建筑設(shè)計(jì)院有限公司 宋太華

珠海興業(yè)幕墻工程有限公司 苗桂榮

傳統(tǒng)合院式民居建筑是經(jīng)歷了千年留傳下來的建筑形式，其中的氣候適應(yīng)性經(jīng)驗(yàn)，有些由于時(shí)代的局限，已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)代的建筑需要，但我們有必要利用現(xiàn)代技術(shù)，在不影響其經(jīng)濟(jì)性和易用性的前提下，對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旌烷_發(fā)。發(fā)掘其中的氣候適應(yīng)性經(jīng)驗(yàn)，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和優(yōu)化，使得現(xiàn)代建筑更適應(yīng)建筑地域生態(tài)環(huán)境，滿足人居環(huán)境的需要。

一、太陽輻射對民居的影響

目前大量研究都證實(shí)日照在殺滅細(xì)菌、保持健康、預(yù)防疾病等方面都具有重要作用，而且日照對我們?nèi)粘９ぷ鞑晒狻⑷∨确矫嬉财鹬浅Ｖ匾淖饔谩Ｎ覀兊淖嫦仍缇驼J(rèn)識到了這一點(diǎn)，因此在建筑設(shè)計(jì)中與日照環(huán)境緊密聯(lián)系著。對于日照的取利弊害中無礙乎有兩個方面，冬季的納陽保溫，和夏季的遮陽避暑。

冬季的納陽對北方民居是非常重要的，太陽輻射能地接受和兩個因素有關(guān)，太陽日照時(shí)間和輻射強(qiáng)度。

為了冬季有效地接受太陽能，就必須在一天中輻射強(qiáng)度最大的時(shí)間區(qū)域盡可能多地接受日照。中午輻射強(qiáng)度最大，例如安陽地區(qū)冬至日日照時(shí)間為7∶30-17∶30，那么從上午10點(diǎn)到下午2點(diǎn)的太陽輻射量占80%左右（見圖1）。

基于此我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建筑物集熱面的朝向決定太陽日照時(shí)間，太陽高度角決定輻射強(qiáng)度，總體來說日照時(shí)間還是最主要的因素。很明顯：集熱面在南向是日照時(shí)間最長的，而且日照時(shí)太陽高度角也比較高。我們看傳統(tǒng)民居是怎樣運(yùn)用這一點(diǎn)的。

二、傳統(tǒng)合院式民居在日照氣候環(huán)境中的設(shè)計(jì)方法

1.建筑朝向?qū)θ照詹晒獾挠绊憽Ｔケ睂儆诤涞貐^(qū)，氣候特征接近河北，與河北傳統(tǒng)合院式民居相似。基本形式是三合院（又稱抽屜院）、四合院（又稱盒子院）住宅，又有多重院子組合，比如二進(jìn)院、三進(jìn)院形式，豫北民居頂級的院子是四進(jìn)院，共有九重門，俗稱“九門相照”，安陽縣蔣村馬坯瑤莊園是典型的“九門相照”（圖1）。

圖1 安陽馬坯瑤

正房大寒日日照時(shí)數(shù)為8個小時(shí)，東廂房2個小時(shí)的滿窗日照時(shí)數(shù)。西廂房3.5個小時(shí)的滿窗日照時(shí)數(shù)。可以看出豫北合院式民居面闊比較大，其實(shí)它是為了拉大南向建筑集熱面，更好地為冬季納陽服務(wù)。

豫北地區(qū)的院落闊深比要大些，與開封、豫東地區(qū)相比差別很小，豫西較小，豫西南更小。劉致平先生曾做過這樣的論述“院落與房屋的面積比例，就普通四合房來說(鄉(xiāng)間同此)約略1∶3，對于通風(fēng)采光勉強(qiáng)適用，但是云南一顆印面積比例是1∶5.5，北京約為1∶2，遼寧約為1∶1.5……，院落愈北愈大的現(xiàn)象，也許和冬天納陽有關(guān)系”。

建筑物墻面上的日照時(shí)間，決定墻面接受太陽輻射熱量的多少。冬季因?yàn)樘柗轿唤亲兓秶。诟鞒驂γ嫔汐@得的日照時(shí)間的變化幅度很大，以安陽為例，在建筑物無遮擋的情況下，以南墻面的日照時(shí)間最長，自日出到日末，都能得到日照。北墻面全日得不到日照。在南偏東（西）30°朝向范圍內(nèi)，冬至日可有9小時(shí)日照，而東、西朝向只有3.5小時(shí)日照。夏季由于太陽方位角變化的范圍較大，各朝向的墻面上，都能獲得一定的日照時(shí)間，東南和西南朝向獲得日照時(shí)間較多，北向較少。夏至日南偏東及偏西60°朝向的范圍內(nèi)，日照時(shí)間均在8h以上。

2.墻體蓄熱。如圖2所示馬坯瑤正房為了蓄積熱量北向并沒有開窗戶，我們在冬至日對其進(jìn)行熱工分析。

圖2 馬坯瑤正房

首先繪出北向不開窗戶的最冷日逐時(shí)得熱對比分析圖表。再來繪出北面開兩扇寬1.2m高1.5m窗戶的最冷日逐時(shí)得熱分析圖表。我們把經(jīng)過處理的分析圖放在一起比較如圖3。

從圖上來看從太陽直接輻射得熱，結(jié)果傳導(dǎo)得熱，區(qū)域內(nèi)得熱每一項(xiàng)的指標(biāo)北向沒有開窗戶的正房均比北向開窗戶的正房要大，尤其是區(qū)域內(nèi)得熱，一天中輻射得熱差不多相差800W，可見，北向不開窗或者開小窗可以提高我們住宅的保溫性能。

我們以此來聯(lián)想現(xiàn)代建筑中墻體集熱的設(shè)計(jì)。冬季北方太陽輻射位置較低，這一點(diǎn)，向墻體這樣的垂直面就會有效的接受太陽輻射熱，可以利用墻體進(jìn)行蓄熱。可是白天蓄積的熱量如果不采取措施，到晚上墻體還會被迅速的冷卻下去，大量的熱再次揮發(fā)出去。因此如何有效的利用太陽輻射讓墻體吸收儲存熱量，減少熱量的流失，正是窗戶和隔熱設(shè)施所要做到的。

圖3 兩種情形比較

利用墻體蓄熱的基本原理是利用墻體的熱容量使得傳熱滯后，有3種形式見圖4。

圖4 墻體蓄熱的3種形式

設(shè)計(jì)蓄熱部分的關(guān)鍵在于能收集到熱量（射入室內(nèi)太陽輻射的熱量），保溫隔熱（抑制熱量的流失），熱容量之間的平衡關(guān)系，其中隔熱保溫室最為重要。然而即便隔熱做得很好，如果墻體的蓄熱容量過大，室內(nèi)溫度也不會太高；如果蓄熱容量過小，又會導(dǎo)致白天過熱夜晚溫度過低。

我們看到馬坯瑤民居就是以南向作為集熱面，將其他面的熱損失控制到最低限度，中間隔墻為蓄熱部位。是第3種混合蓄熱的一種形式。

以下是巴爾格木住宅（見圖5），混合型的一個典例：該住宅用土坯建成，其中溫室朝南，溫室包裹著其他房間，溫室和房間之間的隔斷為蓄熱墻。并且溫室上部的熱暖空氣，冬季時(shí)用風(fēng)扇送到一層地板下邊的巖棉墊床，采暖和集熱；夏天，從溫室上部的氣孔排除到室外。

圖5 巴爾格木住宅

三、結(jié)語

從未來的發(fā)展來看，合院式民居作為中國社會最具有代表性的地方性建筑，寄托了人們太多的情感，依然會以各種形式繼續(xù)存在下去。對傳統(tǒng)合院民居的繼承和發(fā)展，不能僅僅停留在形式語言與符合語言的延續(xù)上，要分析和利用其中的文化實(shí)質(zhì)意義和空間形態(tài)優(yōu)勢，使其能在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用。