基于濕度差異性的傳統建筑夏季防熱措施比較

黃景珩

（重慶大學建筑城規學院，重慶 40045）

由于設備能力增強，當代建筑在夏季幾乎都依賴著機械降溫系統來滿足室內熱舒適性。“而傳統建筑依賴自然，主要用建筑的遮陽、隔熱、通風等手段去解決夏季建筑過熱的問題。”[1]從能源、健康、舒適考慮，當代建筑中可以利用和吸取傳統建筑夏季防熱措施及其原理。基于濕度差異性，干熱和濕熱地區的傳統建筑夏季防熱措施以及建筑形體上也有所差異（圖1）。

圖1 干熱與濕熱地區傳統建筑

1 基于濕度不同的差異性的比較

雖然干熱、濕熱地區的傳統建筑在夏季防熱措施上都采取了遮陽、通風、隔熱三種方式，但在具體的操作上卻有著非常大的差異，這主要是源自于空氣的相對濕度不同。各個氣候區空氣相對濕度的差異是包括地理緯度、季風、信風等綜合因素的結果。一定氣溫氣壓下，干燥的空氣含有的水分較少，能夠繼續接納水汽，具有吸濕的功能，所以干熱空氣有利于蒸發吸熱；潮濕的空氣則恰好相反，且水汽自身帶有熱量，同體積潮濕的空氣就比干燥的空氣帶有較多的熱量。因此，在濕熱的環境中，蒸發降溫效果就不如干熱地區明顯，因而需要更強的通風來加強蒸發降溫的效果，彌補濕度帶來的缺陷。由于空氣相對濕度的不同，干熱地區植被也就較少，土壤含水量低，這些地區容易受到風沙的侵襲；濕熱地區潮濕、雨水多，則沒有這樣的困擾。干熱的空氣層對熱輻射反射弱，大地夜間散熱快，這一地區晝夜溫差也就非常大。基于這些原因，干熱、濕熱地區的傳統建筑夏季防熱措施也有了差異。

2 干、濕熱地區傳統建筑夏季防熱比較

2.1 遮陽比較

夏季太陽高度角增大，輻射強度和時間增加，遮陽是建筑夏季防熱和避免眩光的主要措施。傳統建筑的遮陽方式與當地氣候有著密不可分的關系。干熱地區空氣干燥，空氣中熱量較小，遮陽有立竿見影的防熱效果，建筑群在布局上較為緊湊，能夠相互遮擋陽光且形成蔭涼的街巷空間，也利于夜間保溫，建筑形體較為簡潔。為了解決遮陽和通風的矛盾，以及滿足溝通室外的視線要求而不失私密性，中東乃至我國新疆干熱地區建筑常采用帶遮陽的格柵窗、外格柵和百葉窗等外窗。庭院采用百葉蓋頂，同時滿足通風與遮陽的要求。

濕熱地區的建筑，遮陽并不能像干熱地區成為降溫的主導方式，所以建筑四周有較多的諸如門窗等通風口。由于自然通風要求較高，門窗洞口尺寸較大，但為了這些洞口部位的遮陽和防雨，建筑的屋頂出挑深遠，建筑群的高低錯落以及風火山墻也可以遮擋陽光和快速散熱。“通常建設規模小、凹凸多、屋頂大、遮陽多的建筑以利于通風散熱。”[2]濕熱地區，往往晝夜溫差小，這就要求建筑的圍護構件在白天蓄熱較少，以便夜間能很快地散熱，且大多地區一年之中的溫度變化不大，這些地區的傳統建筑圍護材料多為輕質材料，如隨手可得的竹子與木材等。在烈日的暴曬下，熱量很容易透過輕薄的外圍護結構進入室內。因此，對建筑的外圍護結構采取遮陽措施是十分必要的。濕熱地區的樹木繁盛，傳統建筑夏季利用落葉喬木遮陽比干熱地區多見，這也是非常有效的遮陽方法。在我國西南農村地區，有一種竹文化，竹子與人們生活息息相關。住宅東西面和北面通常被竹林包圍，在夏季，竹林的通風和遮陽效果都很不錯。此外，濕熱地區也利于藤蔓植物的生長。由于藤蔓葉片的蒸發作用和對墻面的遮擋，山墻的爬山虎對建筑外墻的遮陽降溫效果非常明顯。考慮到對建筑外圍護結構的遮陽，柯布西耶也強烈地認識到建筑本身在降溫上面應具有良好的性能，他的建筑常見的一種措施是“傘狀屋頂”。這種思路的一個典型事例是他在瑞士蘇黎世所設計的海蒂韋伯博物館，傘狀屋頂下的建筑外圍護結構為鋼材和玻璃。另外一個案例就是大家熟知的馬來西亞楊經文私宅。我國傳統民居的外廊卷簾在夏季也能成為很好的遮陽構件。基于對諸如此類的傳統遮陽的思考與對比，在現代建筑中出現的雙層表皮在遮陽方面也是一種異曲同工（圖2）。

圖2 海蒂韋伯博物館

2.2 通風比較

通風是改善環境空氣質量和建筑熱環境的重要措施。考慮到干燥帶來的沙塵暴，“干熱地區的建筑群在布局上也需要緊湊；街道不直線貫通，多與夏季主導風方向垂直布置。”[3]由于保溫、隔熱和阻擋風沙的要求，這一氣候區域的建筑立面開窗洞口較小，尤其是在迎風的外立面。建筑通過風塔、內庭等加強建筑的夏季通風效果。“濕熱地區建筑群的主要通道大致沿夏季風方向或水陸風、山谷風等地方風向布置，以利每座建筑通風；建筑群布局強調建筑外部的空氣流通性。”[4]門窗洞口尺寸較大，且能靈活開啟；利用底層架空、天井等處理加強建筑內部的空氣流通。空氣相對濕度是影響干、濕熱地區建筑通風策略的重要因素：水分蒸發，分子動能向勢能轉化，是一個吸熱過程。空氣的相對濕度影響著人體水分蒸發速率，相對濕度越高，空氣越難再接納水汽，蒸發散熱將受到抑制，且潛熱①多，人體將感到不適。干燥空氣攜帶的熱量少且具有較好的吸濕功能，因此干熱地區室內加濕降溫效果良好。干熱地區庭院中的水在蒸發時帶走熱量，降低空氣溫度，改善建筑外部小氣候。在干熱地區的建筑進風口處常采用加濕的方法降低空氣溫度，進而將冷空氣灌入整個居室內部空間。不但能夠降低室溫，還能讓空氣的濕度更加怡人。在濕熱地區，自然通風除濕降溫是考慮的關鍵，但依舊可以對建筑圍護結構（如屋頂）這些易于散熱的部位采用蒸發降溫方式。

2.3 隔熱比較

干熱地區夏季晝夜溫差大，建筑隔熱與保溫是同時需要的。厚實的墻體正是一種良好的隔熱材料，同時也是一種好的保溫材料。這種材料的熱阻性和熱惰性能夠為這一地區的建筑室內保持適宜的溫度。白天，厚實的墻體在隔絕室外熱量的同時吸收太陽輻射，熱量通過厚墻傳導至夜間的室內。由于這種“雙贏”的需要，厚重墻體是干熱地區傳統建筑夏季隔熱的最好方式。由于干熱地區的室外溫度變化大，建筑的外形簡潔，表/體系數小，以便更好地應對室外溫度變化和太陽輻射的侵襲。然而，由于晝夜溫差小，濕熱地區的建筑構件要求蓄熱小，因此外圍護結構薄而輕質。所以，濕熱地區傳統建筑有了與干熱地區不同的日間隔熱方式：一是采用流通空氣間層隔熱；二是利用輕質隔熱材料隔熱（如茅草）。這一地區雨水大，傳統建筑多為坡屋頂，屋頂下的人字形空間往往成為良好的通風空氣間層，近現代建筑將這種通風間層進行了發展變化，運用到平屋頂以及墻面。另外，種植屋面也是濕熱地區很好的屋頂隔熱方式之一。進入新世紀，茅草屋頂在東南亞地區也是比較普遍的，在這些地區的一些高檔度假酒店也延續了這種傳統。延續傳統文化的同時，也提供了適宜的建筑形式（表1，圖3）。

表1 干、濕熱地區傳統建筑夏季防熱差異表

圖3 干熱與濕熱地區建筑模型示意圖

3 重慶當代建筑基于濕度的夏季防熱措施

濕度的不同，傳統建筑的夏季防熱處理是不同的，當代建筑也可以學習借鑒傳統。以西南地區的重慶為例，夏季集中了全年主要日照，濕熱少風是重慶地區夏季的主要特點。

重慶建筑在規劃設計過程中不做日照分析，加上地形特點，建筑東西朝向是司空見慣的。重慶全年濕度大，冬季多霧少日照、夏季酷熱，東西向的日照在冬季是有益的，夏季卻不利于建筑防熱。因而，活動垂直遮陽是重慶地區建筑東西向遮陽的最好解決策略。在濕熱的重慶地區，自然通風對于建筑夏季防熱和降低建筑能耗十分重要。當垂直的遮陽構造迎向主導風向時，建筑的自然通風不暢，選擇活動垂直活動遮陽則可以折中處理遮陽與通風的問題；當硬質的垂直遮陽板平行于夏季主導風向的時候，氣流通過時加速了遮陽板與洞口之間的空氣流動，形成負壓，對建筑內部的房間起到了拔風的作用，這種文丘里效應②加強通風的做法，對于重慶地區建筑東西向的遮陽和通風都是非常好的。

這一地區的建筑以及建筑群體的組合比較講究通透性。建筑平面力求自然通風，建筑群體舒張開敞，建筑內通廊常伴有凹口、開窗加強通風……住宅小區中，常采用底層架空的方式來組織通風，這可以看作是重慶吊腳樓的延續，也可以看作是住宅樓室內外一個過渡的空間，濕熱地區的重慶人經常在架空層活動。重慶地區居住建筑底層架空部分凈高大于或者等于3.6m，且僅用于綠化、公共休閑活動空間、公共通道等非經營性用途的，其面積不計入計容建筑面積③，這種地方法規對于該地區的建筑防熱起到了積極的推動作用。由于重慶是靜風區，夏季無風時間比較長，利用熱壓差通風降溫是加強建筑通風的另外一個途徑。高高的垂直空間（中庭、天井、抱廳、樓梯間等）連接地下層或吊層通風降溫效果良好，如重慶大學建筑城規學院的中庭在通風降溫上就很有效果，空氣能夠從門廳甚至從陰涼的地下一層通過中庭樓板與主體斷開的采光口進入到中庭內部，然后從頂部的空隙流走(圖4）。

圖4 結合山地的熱壓通風示意

隔熱是建筑夏季防熱的重要措施。在外圍護結構中，屋頂受到的太陽輻射強度大，夏季熱效應最為明顯。借鑒于傳統建筑，屋頂通風空氣間層隔熱是重慶最為多見的建筑隔熱處理方式。坡屋頂、屋頂架空隔熱板是重慶地區常見的隔熱形式，同時也成為了重慶地區建筑中的造型元素。濕熱的重慶地區雨量充沛，坡屋頂作為通風隔熱層同時也是建筑的排水屋面，起到很好的屋頂防水作用。對于重慶這座老工業城市，坡屋頂也體現出歷史的厚重感。

由于相對濕度不同，干、濕熱地區的傳統建筑夏季防熱有差異，然而機械降溫只是一種主動降溫方式，且并不是那么完美，建筑的熱舒適不能只是依賴于高耗能的機械設備而忽視大自然賜予的恩惠，當代建筑有理由學習傳統。

[1]劉加平.給建筑降溫的方式[J].中國報道，2010(8):32-35.

[2]王靜.綠色建筑設計研究中的幾個問題——以濕熱地區為例 [J].華中建筑，2011(4):73-74.

[3][也門]伊瑪德.阿拉伯干熱地區地域性氣候與地域傳統建筑形式研究應性 [J].華中建筑，2006(10):188-193.

[4]許東風，魏宏楊.重慶傳統民居空間環境對氣候的適應性[J].室內設計，2002(1):36-41.

注釋：

①相變潛熱的簡稱，指單位質量的物質在等溫等壓情況下，從一個相變化到另一個相吸收或放出的熱量。這是物體在固、液、氣三相之間以及不同的固相之間相互轉變時具有的特點之一。固、液之間的潛熱稱為熔解熱（或凝固熱）,液、氣之間的稱為汽化熱（或凝結熱）,而固、氣之間的稱為升華熱（或凝華熱）。

②文丘里效應，也稱文氏效應。這種現象以其發現者，意大利物理學家文丘里（Giovanni Battista Venturi）命名。這種效應是指在高速流動的氣體附近會產生低壓，從而產生吸附作用。利用這種效應可以制作出文氏管。

③《重慶市城市規劃管理技術規定》附錄2計容建筑面積計算規則第一條。