鄉村空間形態氣候適應性模擬探析
——以珠海市唐家灣鎮傳統村落為例

朱 林

（1.北京理工大學珠海學院設計與藝術學院，廣東 珠海 519085；2.韓國又石大學，韓國 全州 55338）

0 引言

唐家灣鎮隸屬廣東省珠海市香洲區，位于香洲區北部、珠江口西岸，地處東經113°07～114°18′、北緯21°4′～22°27′，東臨珠江口，與香港大嶼山隔海相望，下轄唐家、唐樂、雞山等16個社區。 唐家灣鎮地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，夏冬季候風交替明顯，冬無嚴寒，夏無酷熱，年平均氣溫23.5 ℃，年降雨量2 200～2 300 mm，每年5—7月多出現大雨、暴雨和特大暴雨天氣。每到夏季，當地地面太陽輻射產生的熱量增大。但是在當地的春夏時節，南方的暖濕氣流與北方冷氣流相遇形成對流天氣，導致陰雨連綿、溫度偏低。因沿海地區每年6—10月常受熱氣旋的侵擾，臺風也會影響該地。

唐家灣鎮傳統村落格局的形成與氣候因素密不可分。當地傳統民居的建造一般因地制宜，除考慮建筑單體和村落布局的通風與隔熱效果之外，還要防止臺風侵襲。在沒有空調等基礎設施的情況下，唐家灣鎮居民通過合理化設計來營造滿足自身需求的生活環境。這種營造智慧對于當代村落微氣候生態環境的改善起著促進作用。基于此，采用當代新技術探析村域格局與建筑設計形式對唐家灣村落生態功能的影響有著重要意義。

1 唐家灣鎮傳統村落布局與民居類型

唐家灣鎮濕熱的氣候條件和地貌特征促使傳統村落在選址上有一定的規律性，即盡可能靠近山、水、田地和交通方便的位置，最理想的是以上條件兼備。為適應潮濕炎熱的氣候環境，唐家灣鎮傳統村落絕大部分采用耙齒布局，以加大通風對流，調節氣溫。耙齒布局雖然是當地一種較為基礎且廣泛采用的村落布局方式，但這種布局也會根據地形和環境變化形成適應性變體。

1.1 耙齒布局系統

耙齒布局是唐家灣鎮最常見的村落空間形態。以此村落規劃整齊，民居主要為三合院，巷道設在兩列建筑之間，其也是村內的主要交通樞紐。大門開向住宅側面，村前有小廣場（稱為埕，可用來晾曬農作物），埕前有池塘（用于農田灌溉、消防防火、養殖魚蝦、儲存蓄水等）。村后一般種植樹木，可抵擋寒風和防止臺風侵襲，還能夠美化環境。有的村口有門樓，有設一座者，也有在左、右村口各設門樓者。耙齒布局的村落建筑物相互遮擋，可降低墻面溫度，同時阻止熱量傳入室內。這種緊湊的布局形式適應唐家灣鎮的地理氣候條件（見圖1）。

圖1 會同村耙齒布局

1.2 民居類型

1.2.1 竹筒屋民居。竹筒屋因平面布局宛若竹子的形態而得名，很適合南方的氣候特征。由于沿街地價昂貴，住宅縱深發展成為居民的首選。竹筒屋通過開敞的廳堂、多個內天井，利用內部通透間隔，使室內空氣流暢而涼爽。竹筒屋的大門外一般設有“趟櫳門”，既通風，又能保證室內安全（見圖2）。

圖2 簡單式竹筒屋及入口“趟櫳門”

1.2.2 明字屋民居。該民居類型平面布局形似“明”字，因此被稱為明字屋（見圖3）。其優點主要是功能使用方便，平面布局緊湊，通風采光好；缺點是兩個獨立開間不能分開使用。在唐家灣鎮傳統村落中，此類住宅形式也較多，有的做成了樓房，以節約用地。

圖3 明字屋民居

1.2.3 三室兩廊民居。三室兩廊民居即三合院住宅，是唐家灣鎮傳統民居主要的平面布置形式（見圖4）。此類居民有3個開間，天井設在廳堂的前面，兩旁為廊道，內廳堂居于其平面中間，房的兩側還有廚房和雜物間（可由廚房出入），臥室上面設置閣樓，儲存稻谷用。這種建筑方式采光通風較好。

圖4 三室兩廊民居

2 唐家灣鎮傳統村落量化模擬分析

唐家灣鎮傳統村落空間環境的改善，在于如何解決建筑形式與居民生活需求之間的矛盾。此研究選取的案例村落均對唐家灣鎮濕熱氣候具有很好的適應性，通過量化模擬分析傳統村落的空間特質。

2.1 量化模擬分析工具

此研究采用VIRVIL和HTB2能量量化模擬軟件，對整個村莊及單個建筑進行環境實際性模擬，用于分析全村全年太陽獲得熱量的測算和模擬結果的可視化。

2.1.1 VIRVIL的概念。VIRVIL可專門計算建筑外表面通過太陽直接輻射獲得的熱量，并考慮了建筑外表面的傾斜角度，能夠模擬建筑各個屋頂的獲得熱量狀況，同時可以測試出坡面屋頂和平面屋頂的光照強度。

2.1.2 HTB2的概念。HTB2是一個計算建筑物得熱性能的檢測模型軟件。VIRVIL是把每個建筑物整合在一個區域范圍內。HTB2檢測模型軟件是計算每個區域范圍內的制冷和得熱數據，從而可對數據測試的結果作綜合性評估。

2.2 村落布局及建筑的氣候適應性

唐家灣鎮采用的耙齒布局是該村的一種氣候適應策略，可以營造比當地自然條件更適合人類居住而且舒適的小氣候環境。此研究以黃公廟的建筑為例，分析耙齒布局如何通過院落和街巷有效組織自然通風。人們會根據當地的山湖條件和地形調整空間格局。黃公廟是一座清代的傳統建筑。村里的黃公廟和六組三室兩廊的民居是典型的嶺南特色建筑。當地冬季盛行風集中在西北風10°至東北風30°，以東北風為主，普遍溫度低、濕度大；夏季盛行炎熱濕潤的 東南風。

在此次研究案例中，整個建筑物的布局明顯遵循了背山、臨水、面向南的傳統民居選擇標準，北部有森林和小山丘，南部和西部被湖泊包圍。耙齒布局形成的空間形態可根據人體舒適度要求和場地自然條件，將風引入建筑環境。夏季主導季風從西南由湖面預冷后進入巷道，并通過大門將自然的涼風引入建筑和中庭，使整個村莊成為一個自然空調系統；冬季主導季風受到北部山體的削弱和預熱，縱向道路與主導季風形成夾角，進一步削弱了季風，同時起到提升巷道溫度的作用。傳統村落巧妙處理自然環境與人居之間的關系，通過巷道對氣流進行制熱或制冷，營造宜人的小氣候。

在此次研究案例中，巷道的建構有2種方式：一種是通過建筑物之間密集的布置形式一條狹窄的通道；另一種是在進入居住空間的一側留出半室外走廊，從而獲得更好的熱舒適環境。

此外，耙齒布局也有利于防止沿海臺風災害。平行結構建筑體系的聯合支撐功能遠比單一建筑穩定，可以最大限度地減少臺風造成的破壞和損失。傳統村落往往有池塘、明渠、溪流，是一種外部環境自然形成的舒適空調系統，可降低全村的室外溫度。另外，周圍的綠化也可以遮蔽整個村莊，調節小氣候。

2.3 新舊組團形態對比

將傳統村落與當代村落空間環境對當地氣候適應性作對比分析，可得出一些比較有意義的結論（見表1）。

表1 村落發展模式下空間演化形態與氣候適應的關系

2.4 量化模擬分析小結

通過對不同村莊發展模式的分析，可知為什么唐家灣鎮傳統村落建筑一般安排成一個密集且整齊的布置形式。因為這種方式不僅承載著村莊空間形成的記憶，而且考慮了氣候適應性。除了狹窄的小露臺、天井和街道，建筑的外墻都被屋頂所庇護，即使在炎熱的夏天，也可以保持較低的溫度。加之與通風系統相結合，給人帶來涼爽的感覺。

單體建筑采用內部開放、外部封閉的形式，使住宅外墻面積小，熱輻射影響也小，有利于保持室內微氣候的相對穩定。建筑外墻幾乎沒有窗戶，即使有，也是設置在相對較高的位置或規格很小，所以室內采光較差，但隔熱效果好。嶺南地區的氣候適宜多種植物生長。在有條件的情況下，應延續屋前建池塘，池塘邊種植樹木的建設形式，形成與房屋不可分割的自然生態景觀，即使是烈日炎炎，室內也清涼十足，同時可防止臺風對房屋的侵襲。

3 唐家灣鎮民居屋頂得熱和外墻遮陽的氣候適應性模擬

從相對宏觀的角度來理解和審視村莊的整體狀況，即每個建筑在村莊中都是單一的主體，這有助于獲得其與周圍建筑之間更好的秩序關系。唐家灣鎮建筑外圍防護結構一般長期處于陽光直射炙烤的狀態，因此，降低建筑能耗最有效的方法就是解決遮陽問題。此次模擬主要對唐家灣鎮的外墻面遮陽和屋面得熱進行系統分析。

3.1 光照強度模擬

唐家灣鎮傳統民居多采用斜屋頂的形式，可以有效保護木框架和墻體。同時，坡屋傾斜頂面豐富的組合形式，可以形成優美的天際線，視覺效果良好。現代農村民居一般是平面屋頂樣式，傳統傾斜的坡屋頂形式與之相比，在建筑保溫隔熱方面具有更多的優勢：第一，傾斜屋頂形成的夾角使得建筑屋面只是局部受到太陽的直射，但是平屋頂的整個屋頂面都會受到炙烤；第二，傾斜坡度的屋面能利用不同時段太陽高度角的變化，減少屋面得熱，有較好的隔熱性能。

根據實際光照強度模擬測試所得，唐家灣鎮村落民居建筑屋頂坡度越大，保溫和隔熱性能越好。以永豐村屋頂為例，現代平面屋頂建筑年太陽總輻照度為1 200～1 300 kW?h/m；傳統有一定傾斜坡度的屋頂年太陽總輻照度約為1 100 kW?h/m；茅草屋頂年太陽總輻照度約為1 000 kW?h/m。

以唐樂村為例，村落的傳統格局基本完整，新建部分也遵循村落的整體格局。傳統的建筑形式是三室兩廊的坡面屋頂，而現代鄉村民居則是多層平面屋頂形式。通過比較，在地基面積大致相同的情況下，老村落采用少量的平面屋頂和傳統三室兩廊的坡屋頂形式。測試平屋頂面積為112.32 m，坡面屋頂面積為110.64 m。

模擬結果表明，相對于坡面屋頂，平屋頂形式獲得的熱量更多。通過對住宅頂部各側面進行分析，坡面屋頂可以給周圍帶來更多的遮擋面積。從光照強度來看，南面屋頂的得熱量年平均值最大，其次是東西，北面最小。經測試，平面屋頂的年平均太陽輻照度為 1 029.98 kW?h/m，坡面屋頂建筑南面的年平均太陽輻照度最高為1 037.23 kW?h/m。綜合考慮，坡面屋頂年平均太陽輻照度為929.78 kW?h/m。因此，平面屋頂建筑的年平均太陽輻射強度約為113 837 kW?h，而坡面屋頂建筑的年平均太陽輻射強度約為102 149 kW?h，占比約為88.9%。

由于唐家灣鎮夏熱冬暖，所以采暖需求相對不重要，制冷需求必須著重考慮。從年度數據反映，此住宅形式制冷需求量少。在平面屋頂情況下，試驗區年總制冷需求量為401 436 kW?h；三室兩廊情況下，試驗區年總制冷需求量為346 783 kW?h。

3.2 遮陽效果模擬

唐家灣鎮傳統民居從屋頂上凸出的外墻為建筑裝飾的關鍵部分，有美麗的形狀和各種各樣的圖案。這種建筑形式不僅僅是為了美觀，還具有實用功能。這種高于屋頂的外墻稱為防火密封山墻，在發生火災時可以防止火勢蔓延。除了防火外，還可以通過在山墻之間產生陰影和相互遮擋來減少墻體的熱量。從2020年7月31日09:00—16:00的投影模擬結果來看，這個時段是居民戶外勞作時間，室內人少，烽火山墻對屋頂的遮掩面小，因此室內溫度提高對人們影響不大；在09:00之前和16:00之后遮陽效果最好，可有效削弱室內溫度上升（見圖5）。

圖5 08:00—17:00居民室外時間與外墻陰影面積示意圖

無論是垂直山脊還是防火山墻，都能對巷道形成相互遮掩隱藏的空間。據實際觀測所得，山墻與道路巧妙配合，在08:00—10:00和15:00—17:00可形成大面積的陰影，能有效減少墻體得熱。而10:00—15:00山墻仍可覆蓋整個道路，從而在夏季保持道路涼爽，形成宜人的通道風。

以黃公廟二院主樓為例，其現狀幾乎完全被破壞，計劃將其改造為會議室。由于會議室使用頻繁，屬于用戶長時間停留的空間，因而將新建的會議室設置為空調區。設計者應考慮在濕熱季節使用空調，在非濕熱季節使用空間的自然通風。在設計初期，引入建筑性能仿效的方法，通過實時動態仿效的手段，探索各種設計措施在建筑功能性和舒適性方面的表現，從而優化建筑設計。通過仿效對比多種方案下的建筑圍護結構和建筑形式，證明建筑空間形式對建筑使用后的運行能耗影響較大（見表2）。如果在建筑開始設計時，其空間形態遠未達到最優平衡點，那么這些局部優化方法的節能效果尤其有限，無論是采取一些遮陽措施，還是調整窗墻比及圍護結構，都于事無補。

表2 會議室方案改造的能耗率比較分析

研究結果表明，傳統空間形態的氣候適應性在建筑改造、延續傳統形態并注入新功能的當代仍能發揮作用。設計師應該深入理解被動式、低碳、低技術的設計智慧，將其運用到當代設計中。

4 結語

唐家灣鎮傳統村落普遍的耙齒布局是一種充分利用當地氣候特征的村落規劃與設計策略。村落空間的整體形態布局實現了相互遮陽和自然通風，同時，村落中的綠植和邊界水系，起到進一步調節小氣候的作用。傳統村落規劃和建筑營造技術，特別是節約土地、節省能耗、節約材料、低碳運行、防止污染等舉措在當今建設新建筑時具有極大的應用價值，也為其他地區解決類似問題提供借鑒。