自然通風技術的傳承與創新
——以西關大屋為例

梁家輝,袁富貴,朱國婷,謝銳生,溫武雄,梁浩鋒,張鈞賀

(廣東白云學院,廣東 廣州 510450)

自然通風技術的傳承與創新
——以西關大屋為例

梁家輝,袁富貴,朱國婷,謝銳生,溫武雄,梁浩鋒,張鈞賀

(廣東白云學院,廣東 廣州 510450)

嶺南地區氣候炎熱,如何將自然風引入室內,使居住更加舒適是嶺南建筑設計長久以來不斷思考的問題。從西關大屋到客家圍龍屋都無處不彰顯古人對自然通風技術的妙用。但隨著溫室效應帶來的環境惡化,傳承下來的通風技術也需要不斷創新蛻變才能夠更加適應現代社會的環境,以實現可持續發展的目標。

嶺南；創新；自然通風技術；建筑通風

如何在夏季的高溫環境下,以更少的能耗營造更為舒適的居住環境是綠色建筑中重要的研究部分,更是嶺南炎熱地區建筑設計的重點考慮對象。先民為營造舒適的居住環境而采用的天井、青云巷、木趟櫳等極具嶺南特色的通風技術沿用至今,隨著人們對自然風形成原理的理解以及當地氣候特色的研究,各地針對當地氣候都提出了具有創意自然通風方案。現在我們提出“冷墻”的概念,它能與現有通風技術協同作用,使建筑室內達到更好的通風效果,營造更加舒適的居住環境。我們將以西關大屋現有通風系統為實例,闡述“冷墻”的運作原理。

1 冷墻的造型

冷墻是建筑中的一種能夠將室外熱風在一定程度上達到冷卻目的和采光作用的被動式通風結構,其獨特的外形構造,無形之中也豐富了建筑造型。其構造簡單,根據其原理可設計出個性的造型,如圖1冷墻效果示意圖所示。冷墻從平面上看呈鋸齒狀,在靠近室內的一端錯位開孔,在保證節流降溫效應發揮作用的同時兼顧了室內的隱私,如圖2冷墻平面示意圖所示。

圖1 冷墻效果示意

圖2 冷墻平面示意

2 冷墻的起源及原理

冷墻是一種能夠使空氣溫度降低的墻,它源于生活中“吹氣與哈氣”的原理。在炎熱夏天時,人們用嘴“吹”氣會感受到涼風；在冬天時則經常通過“哈”氣以達到暖手的效果。這一生活習慣促使這一通風技術的誕生。

通過研究發現,當人們吹氣時會形成節流降溫的效應,其簡化模型如圖3節流降溫效應圖所示。當氣體通過一個縮孔時,氣流受到阻礙,氣流在閥門處產生漩渦、碰撞、摩擦,流體要通過縮孔,必須克服阻力,其最終體現在通過縮孔前的壓力比縮孔后的壓力大得多,這種由流體遇到局部阻力造成壓力有較大降落的過程通常稱為“節流過程”。在節流過程中,因為流體和外界交換的熱量很少,所以流體可以看作與外界沒有熱量交換的絕熱過程,根據能量守恒定律,節流前后的氣流內部的總能量不變,但是組成三部分能量：分子運動能、分子相互作用的位能和流動能，每一部分是可能發生變化的。節流后壓力變小,質量比容積增大,分子之間的距離增加,分子相互作用的位能增大。而流動能一般變化不大,所以只能靠減小分子運動的動能來轉換成位能。分子運動速度減慢體現在溫度降低。當氣體節流后,由于壓力降低,氣體體積膨脹,分子間距增大,分子間的位能增加,相應地，動能減小,而分子的動能大小可以反映出溫度的高低。這也論證了為何“吹氣”可以達到降溫的效果。

圖3 節流降溫效應

同時由于“吹氣”的原理,使風通過縮孔后風速增大,風速的增大使皮膚表面的水分蒸發速度加快,從而使人產生涼快的感覺。

根據以上的原理,將其運用在建筑中便得到了能使熱風轉化為涼風的“冷墻”了。

3 冷墻與天井、廊道的結合

天井是嶺南傳統建筑中重要的構件之一,主要起水平空間及垂直空間的連接、過渡和交通樞紐的作用,此外,還兼具室內通風及采光的作用。在嶺南地區炎熱的氣候條件下,天井就成了室內空氣流通的綠色發動機。其主要通風原理是利用了熱壓通風。當屋頂結構集聚太陽直射的熱量時,溫度較高；而天井附近地面的溫度受大面積的陰影以及土壤、水井水汽和植物的影響,溫度相對較低,從而使天井的上部空氣和下部空氣形成了溫度差,天井上部空氣受熱,密度減小從而產生上升氣流,帶動下部空氣向上運動,進而形成風,將室內的污濁空氣和熱量帶走。若將冷墻加入,能夠使室內的溫度相對更低,使溫差加大,從而促進了天井的熱壓通風效果,兩種通風技術相輔相成,使室內環境在嶺南炎熱的環境中更加舒適(如圖4所示)。

圖4 冷墻與天井協同作用

為了使西關大屋達到更好地通風換氣的效果,常常將廳堂及室內狹小的廊道與天井結合起來,當風經過天井上空時,在天井的引導下進入天井,由于開敞的天井風速小風壓大，而狹小的廊道風速大風壓小,從而在天井和廊道之間形成壓力差,在壓力差的作用下進入天井的風會轉而進入狹小的廊道,而經過廊道的風又會帶動廊道旁邊空間室內氣體的流動,從而達到風壓通風的效果。但不是通風量越大越好,如果通風量過大,不僅不能起到降溫作用,而且還會將室外的熱量帶入室內。若在迎風及靠近天井的一側墻面引入“冷墻”這一結構,氣流將進行室外—天井(冷墻)—廳堂(廊道)—室外的流動過程,帶走室內污濁的熱空氣,以達到凈化和降溫的目的。

冷墻這個構件相當于在原有的通風系統上再加一個“發動機”,具備加強通風效果。冷墻可以與多種常用的通風結構進行組合,除上文提到的天井和廊道外還可以與引風墻、冷墻等通風結構產生聯動作用,以達到一加一大于二的通風效果。

4 結 論

本文結合現有的自然通風技術,輔以科學的理論體系,以西關大屋為載體,在其基礎上實現創新,且冷墻的運作原理及構造并不復雜,具有很強的可操作性,在最低的材料能源消耗下起到良好的通風效果,能夠在較小的改動下獲得最大的效益,同時也是對沿用至今的通風技術的拓展延伸。

[1]袁運開.科學技術社會詞典[M].杭州：浙江教育出版社,1991.

[2]曾志輝.廣府傳統民居通風方法及其現代建筑應用[D].廣州：華南理工大學,2010.

10.13939/j.cnki.zgsc.2016.49.097

本文受廣東大學生科技培育專項資金資助。

梁家輝(1995—),男,山西太原人,在校學生,本科。研究方向：自然通風技術。