福州合院式傳統(tǒng)民居夏熱環(huán)境與氣候適應(yīng)性分析

胡海濱,林奧,林從華,2

(1. 福建理工大學(xué) 建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,福建 福州 350118;2. 福建傳統(tǒng)村落與歷史建筑研究中心,福建 福州 350118;)

改善傳統(tǒng)民居的夏熱環(huán)境有助于其保護(hù)與活化利用。近年來(lái),關(guān)于傳統(tǒng)民居熱環(huán)境及氣候適應(yīng)性特征引起學(xué)界較多關(guān)注,如張濤等研究了秦巴山區(qū)夯土石板房夏季室內(nèi)熱環(huán)境的特點(diǎn)及形成機(jī)理,因地制宜地提出民居夏季防熱的優(yōu)化措施[1];黃志甲等發(fā)現(xiàn)徽州傳統(tǒng)民居夏季隔熱、通風(fēng)效果優(yōu)于現(xiàn)代民居[2];王雪等分析了陜南山地民居的室內(nèi)熱環(huán)境狀況,提出增強(qiáng)保溫隔熱性能及通風(fēng)等方面的被動(dòng)式節(jié)能優(yōu)化措施[3];吳志剛等對(duì)閩東沿海長(zhǎng)樂(lè)“九頭馬”古民居群的氣候適應(yīng)性進(jìn)行研究,從整體環(huán)境、空間層次和細(xì)部構(gòu)造等三個(gè)方面分析其適應(yīng)性特征[4]。以上研究通過(guò)對(duì)熱環(huán)境的測(cè)試及分析,深入挖掘了當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居對(duì)夏熱氣候的適應(yīng)性特征,為傳統(tǒng)民居更新和綠色宜居性能的提升提供了理論與技術(shù)支撐。

福州市位于中國(guó)東南沿海,四面環(huán)山,屬典型的河口盆地,為亞熱帶海洋氣候,屬夏熱冬暖地區(qū)[5]。近年來(lái)由于城市快速發(fā)展,建成區(qū)擴(kuò)張,加之不利的地形條件,使得福州夏季熱環(huán)境狀況不斷惡化,氣溫高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),福州已成為新晉“火爐”城市之首[6]。作為歷史文化名城,福州保留了許多明清時(shí)期的傳統(tǒng)民居,許多學(xué)者對(duì)其開(kāi)展了關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)、技藝、裝飾美學(xué)以及地域特色和文化遺產(chǎn)等方面的研究[7-9],但對(duì)其夏季熱環(huán)境測(cè)試及氣候適應(yīng)性分析仍比較少見(jiàn)。本研究選取福州地區(qū)有典型代表性的清末合院民居——旗山湖70號(hào)古厝為研究對(duì)象,在自然通風(fēng)條件下進(jìn)行夏季熱環(huán)境實(shí)測(cè),評(píng)估熱舒適性現(xiàn)狀及其對(duì)夏熱氣候的適應(yīng)性特征,為福州地區(qū)傳統(tǒng)民居的更新與優(yōu)化提供借鑒。

1 測(cè)試對(duì)象與方案

1.1 測(cè)試對(duì)象及選點(diǎn)

旗山湖70號(hào)古厝始建于清后期,位于福州市旗山湖公園內(nèi),緊鄰福建理工大學(xué)北校區(qū),為當(dāng)?shù)毓咆热旱拇硇越ㄖ?如圖1所示。建筑整體坐西朝東,西依旗山,東望溪源江,是閩東地區(qū)清明時(shí)期典型的天井合院式“小宅”。古厝總占地面積約572 m2,建筑面積約779 m2,南北對(duì)稱(chēng),布局緊湊,沿中軸線依次為:門(mén)頭房明間、左右稍間和次間;天井,面闊10.8 m,進(jìn)深3.68 m;天井左右側(cè)為南北梓院,主座明間即為廳堂,約102.6 m2,分前后廳,其中前廳進(jìn)深6.1 m;廳堂左右各有兩個(gè)次間,約38 m2,分前后房;兩個(gè)次間外側(cè)各設(shè)披屋,面闊四間,約49.8 m2。

圖1 福州旗山湖70號(hào)古厝Fig.1 No.70 Ancient House in Qishan Lake in Fuzhou

古厝屋面為坡屋頂,由杉木椽望板搭當(dāng)?shù)厍嗤邩?gòu)成;墻體以杉木板壁(30 mm)和灰板壁(60 mm)拼接為主,其中灰板壁為當(dāng)?shù)靥赜械囊环N木骨蘆葦夾泥墻,墻體兩側(cè)用20 mm草泥灰打底,5 mm殼灰抹光;次間為杉木地面,廳堂與披屋的地面為三合土(蠣灰、砂和本地黃土),天井為條石地面;門(mén)窗均為木質(zhì)構(gòu)件。在游客游覽頻率較高的天井、廳堂、次間和披屋等場(chǎng)地設(shè)置測(cè)點(diǎn),如圖2所示,室外環(huán)境測(cè)點(diǎn)選在距離門(mén)頭房外墻5 m且開(kāi)敞無(wú)遮擋的外埕,考慮到古厝南側(cè)的披屋與次間的采光和通風(fēng)較好,使用頻率較高,古時(shí)常作為商鋪與會(huì)客廳,現(xiàn)為游客使用的茶室,因此在前后廂房(次間)及相鄰披屋的中間位置各設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖2 古厝平面圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置Fig.2 Plan of the ancient house and location of monitoring points

1.2 測(cè)試時(shí)間及方案

為深入了解福州傳統(tǒng)民居在夏季的熱舒適狀況,選擇了福州夏季較為典型的晴熱天氣進(jìn)行,時(shí)間為2022年7月8日—7月10日,共計(jì)3天。測(cè)試的主要環(huán)境指標(biāo)包括室外太陽(yáng)輻射和各測(cè)點(diǎn)的空氣溫度、相對(duì)濕度、黑球溫度、風(fēng)速等,測(cè)試儀器及主要參數(shù)見(jiàn)表1。技術(shù)人員于09:00—11:00、13:00—15:00和17:00—19:00等3個(gè)時(shí)段在各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)的同步監(jiān)測(cè)。為考察圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能,還分別對(duì)披屋和次間與室外交界的灰板壁和木板壁內(nèi)側(cè)溫度進(jìn)行了比較測(cè)試。為了解古厝對(duì)炎熱氣候的適應(yīng)性,測(cè)試過(guò)程中均未開(kāi)啟空調(diào)或風(fēng)扇等降溫設(shè)備;為更加直觀地了解人體熱舒適度,各類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器的高度均設(shè)在成年人的頭部位置,離地面約1.6 m處。

表1 測(cè)試儀器及主要參數(shù)Tab.1 Test instruments and main parameters

根據(jù)氣溫(Ta)、黑球溫度(Tg)和風(fēng)速(Va),使用ISO7726標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算平均輻射溫度(Tmrt),公式如下:

(1)

式中,D是黑球直徑(D=0.05 m),ε為發(fā)射率(ε=0.95)。

由于熱舒適受多個(gè)參數(shù)影響,本文采用改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)等效溫度SET*作為熱舒適評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)[10],本研究將監(jiān)測(cè)到的氣象參數(shù)和調(diào)查后的游客平均特征參數(shù)(身高、體重、年齡、性別、服裝熱阻和代謝率)輸入RayMan Pro模型,導(dǎo)出SET*的數(shù)值。

由于測(cè)試期間處于炎熱夏季,人體基本處于夏熱的感覺(jué)之中,本研究通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查對(duì)游客和志愿者開(kāi)展了熱舒適度的調(diào)查,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的做法[11],熱舒適采用5級(jí)指標(biāo)進(jìn)行投票,分別為非常不舒適(-2),不舒適(-1),中性(0),舒適(+1),非常舒適(+2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 室外氣象

室外測(cè)點(diǎn)太陽(yáng)輻射、氣溫與相對(duì)濕度的變化如圖3所示。此三天為福州夏季典型高溫晴熱天氣,監(jiān)測(cè)期間室外平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度達(dá)552.1 W/m2,并隨日照時(shí)間的變化呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),13:00—14:00達(dá)到最高值(811.8～883.7 W/m2),到19:00監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)接近為0;除7月9日10:00—14:00期間云量增多,太陽(yáng)輻射相對(duì)稍低外,相同時(shí)段的輻射強(qiáng)度都比較接近。室外總平均氣溫36.9 ℃,最高溫也出現(xiàn)在13:00—14:00時(shí)段(38.8～40.5 ℃);氣溫的變化趨勢(shì)與太陽(yáng)輻射較為接近,但隨著地面熱輻射的增加,午后氣溫的下降速度明顯低于太陽(yáng)輻射,18:00—19:00日落時(shí)段的平均氣溫仍有33.3～35.6 ℃。室外相對(duì)濕度的變化趨勢(shì)與氣溫相反,日波動(dòng)范圍為 42.4%～62.2%,09:00—10:00時(shí)段的平均相對(duì)濕度相對(duì)較高(60%左右),隨后快速下降,14:00—15:00降至最低(<50%)。

圖3 室外監(jiān)測(cè)點(diǎn)日間主要?dú)庀髤?shù)變化圖(2022年7月8日—7月10日)Fig.3 Meteorological parameters changes at outdoor monitoring sites (8 July—10 July 2022)

2.2 空氣溫度

監(jiān)測(cè)期間,各測(cè)點(diǎn)溫度日間變化的總體趨勢(shì)相似,見(jiàn)圖4。09:00—14:00為一個(gè)快速升溫的過(guò)程,室內(nèi)測(cè)點(diǎn)的氣溫峰值達(dá)35～36 ℃,氣溫波峰相對(duì)室外測(cè)點(diǎn)延遲1 h左右。15:00后,室外與天井測(cè)點(diǎn)降溫相對(duì)較快,18:00—19:00時(shí)降至34 ℃左右,接近或稍低于至室內(nèi)溫度;廳堂、次間和披屋的午后溫度下降趨勢(shì)較為平緩,到19:00時(shí)仍有33～35 ℃。室內(nèi)測(cè)點(diǎn)的日間氣溫變化幅度顯著小于室外,尤其是次間與披屋,氣溫變化幅度約為5.5 ℃。

圖4 室內(nèi)外監(jiān)測(cè)點(diǎn)日間氣溫變化圖(2022年7月8日—7月10日)Fig.4 Temperature changes at indoor and outdoor monitoring sites (8 July—10 July 2022)

各測(cè)點(diǎn)氣溫總平均值的大小順序?yàn)?室外>天井>廳堂≈次間≈披屋。次間與披屋的日間平均氣溫分別為34.5 ℃、34.4 ℃,顯著低于室外與天井氣溫,尤其在13:00—15:00的高溫時(shí)段內(nèi),古厝室內(nèi)測(cè)點(diǎn)的平均氣溫可低于室外4～5 ℃。

2.3 相對(duì)濕度

與溫度的變化曲線相反,各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度的日間變化均呈先降后升的趨勢(shì),詳見(jiàn)圖5。09:00—15:00,隨著溫度的急劇增高,空氣中的水分減少,各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度迅速下降,室外與天井測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度從60%左右降到50%以下,最低可達(dá)42%;室內(nèi)各類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)下降至50%～55%;15:00—19:00,室內(nèi)濕度略有回升,穩(wěn)定在55%左右,從早間的高濕度可以推測(cè),隨著室外空氣濕度的增加,室內(nèi)的相對(duì)濕度夜間還會(huì)有更大幅度的提升。從濕度變化幅度來(lái)看,室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度的變化幅度顯著比室外小,尤其午后濕度變化較為平緩,這說(shuō)明古厝有利于室內(nèi)空氣濕度的穩(wěn)定。

圖5 室內(nèi)外監(jiān)測(cè)點(diǎn)日間相對(duì)濕度變化圖(2022年7月8日—7月10日)Fig.5 Relative humidity changes at indoor and outdoor monitoring sites (8 July—10 July 2022)

各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度總平均值的大小順序?yàn)?次間≈披屋>廳堂>天井>室外。其中,次間、披屋的相對(duì)濕度均值接近60%。研究表明,當(dāng)空氣濕度高于65%時(shí),人體會(huì)感覺(jué)悶熱難耐,不舒適性顯著增強(qiáng)[12]。表2統(tǒng)計(jì)了各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度均值及超過(guò)65%的時(shí)間頻率,可知披屋內(nèi)濕度超過(guò)65%的頻率僅有14.5%,顯著低于廳堂與次間,這與披屋設(shè)置排窗加強(qiáng)通風(fēng)有關(guān)。相對(duì)濕度還與太陽(yáng)輻射有關(guān),7月9日午間出現(xiàn)多云天氣,太陽(yáng)直射較少,水氣含量穩(wěn)定,室外環(huán)境濕度變化幅度較小,14:00—15:00相對(duì)濕度略有提升;因不受太陽(yáng)直射,廳堂、次間和披屋早間的相對(duì)濕度接近70%,仍保持著晚間較高的濕度,隨著溫度增高和風(fēng)速的提升,室內(nèi)空氣水分迅速減少,濕度下降明顯。

表2 室內(nèi)外監(jiān)測(cè)點(diǎn)日間相對(duì)濕度均值統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of relative humidity at indoor and outdoor monitoring sites

2.4 風(fēng)速

監(jiān)測(cè)期間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)情況如圖6所示。在福州夏季常發(fā)的靜穩(wěn)天氣條件下,古厝外環(huán)境總體平均風(fēng)速僅為0.29 m/s,風(fēng)速值分布較為離散,個(gè)別時(shí)段風(fēng)速會(huì)超過(guò)1 m/s,這和古厝周邊局部小氣候的變化有關(guān)。與古厝外環(huán)境相比,古厝內(nèi)環(huán)境風(fēng)速變化幅度較小,由于監(jiān)測(cè)期間古厝的南北側(cè)門(mén)均未打開(kāi),正門(mén)亦有插屏門(mén)阻隔,內(nèi)部測(cè)點(diǎn)風(fēng)速大多保持在較低的水平(<0.3 m/s),不利于炎熱天氣下人體的熱舒適感。

圖6 室內(nèi)外風(fēng)速統(tǒng)計(jì)圖(2022年7月8日—7月10日)Fig.6 Statistics of wind speed at indoor and outdoor monitoring sites (8 July—10 July 2022)

在室內(nèi)環(huán)境中,披屋測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速相對(duì)較高,其平均風(fēng)速為0.16 m/s,僅次于天井(0.19 m/s),高于廳堂(0.10 m/s),而且披屋測(cè)點(diǎn)分布一些較高的瞬時(shí)風(fēng)速(>0.5 m/s),這是由于披屋的南側(cè)墻設(shè)有一排高窗,有利于夏季主導(dǎo)的東南風(fēng)帶來(lái)氣流引入,而且易與對(duì)面墻上之門(mén)形成穿堂風(fēng),披屋外墻外若是冷巷,則通風(fēng)降溫的效果更佳[4]。次間的平均風(fēng)速最低(0.08 m/s),雖然次間后房的窗與古厝外聯(lián)通,但因防西曬原因,開(kāi)窗較小,且不是本地偏東南的夏季主導(dǎo)風(fēng)向,不利于引風(fēng)入室;次間前房的花窗和門(mén)分別朝向天井旁側(cè)與廳堂,也不利于室外環(huán)境的來(lái)風(fēng),而且次間的進(jìn)深比披屋大,通風(fēng)效果不如披屋,平均風(fēng)速為0.08 m/s,處于極小的微風(fēng)或靜風(fēng)狀態(tài)。廳堂敞口朝向天井,氣流主要來(lái)自天井的風(fēng)壓通風(fēng),而由于監(jiān)測(cè)期間天井風(fēng)力微弱,氣流難以到達(dá)廳堂的內(nèi)部,導(dǎo)致廳堂風(fēng)速不高。

海島電力通信光纜的運(yùn)行維護(hù)必須堅(jiān)持安全第一、預(yù)防為主的方針，不斷總結(jié)得失，積累經(jīng)驗(yàn)。首先，通過(guò)全面的線路巡視，更新完善技術(shù)臺(tái)賬，排查治理潛在隱患，尋找在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中可能遺留的不足。其次，對(duì)于出現(xiàn)故障的光纜線路，通過(guò)日常維修和應(yīng)急搶修處理排障，盡早恢復(fù)業(yè)務(wù)暢通。在具體實(shí)施上，需要特別做好以下四個(gè)方面的工作。

室內(nèi)外各測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速在監(jiān)測(cè)期間變化情況如圖7所示。日間(09:00—18:00)各測(cè)點(diǎn)全天的風(fēng)速變化趨勢(shì)較為一致,呈從上升到衰減的過(guò)程。上午(11時(shí)之前)由于太陽(yáng)直射增加,空氣溫度升高,古厝和天井垂直方向上易形成熱壓通風(fēng)[4,6],室外環(huán)境、天井風(fēng)速上升明顯,帶動(dòng)其他室內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速也隨之緩慢提升;到了午間,室外環(huán)境、庭院的風(fēng)速趨于下降,然而由于室內(nèi)外溫差的增大,在水平方向上增強(qiáng)了熱壓通風(fēng)效應(yīng),通過(guò)門(mén)窗與外部聯(lián)通的披屋、次間風(fēng)速繼續(xù)提升,隨后隨溫差的減小而降低。進(jìn)入夜間時(shí)(18:00—19:00),在室外環(huán)境風(fēng)速提升的帶動(dòng)下,天井、廳堂和披屋的風(fēng)速均略有提升,然而由于與室外環(huán)境聯(lián)通較差,進(jìn)深更大的次間內(nèi)風(fēng)速仍無(wú)明顯變化。由此可見(jiàn),與室外環(huán)境的聯(lián)通性對(duì)增強(qiáng)室內(nèi)的風(fēng)壓通風(fēng)效應(yīng)非常重要。

圖7 室內(nèi)外監(jiān)測(cè)點(diǎn)各時(shí)段平均風(fēng)速變化圖(2022年7月8日—7月10日)Fig.7 Wind speed changes at indoor and outdoor monitoring sites (8 July—10 July 2022)

2.5 墻壁溫度

披屋灰板壁和木板壁的內(nèi)壁溫度變化如圖8所示。09:00—15:00期間,灰板壁內(nèi)表面溫度均低于室內(nèi)氣溫,最大溫差(4.2 ℃)出現(xiàn)在09:00—10:00期間,隨著太陽(yáng)輻射和室外氣溫的增高,墻體不斷積蓄熱量,與室內(nèi)的溫差逐漸減少,17:00以后,灰板壁的溫度與室內(nèi)溫度相當(dāng),到18:00—19:00時(shí)稍高于室內(nèi)溫度。木板壁內(nèi)表面溫度始終高于室內(nèi)溫度,平均溫差為3.4 ℃,并且溫差隨著室外氣溫的增高迅速增加,到14:00—15:00時(shí)木板壁的溫度高出室內(nèi)溫度5.6 ℃。由此可見(jiàn),測(cè)試期間,灰板壁升溫較為延遲,白天內(nèi)壁溫度基本低于室內(nèi)氣溫,說(shuō)明發(fā)揮了一定的熱阻作用,而且墻壁溫度全天均低于人體皮膚表面溫度,有利于人體熱舒適感受;與此相反,木板壁不僅薄而且熱阻及熱惰性較差,外表面吸收的熱量很快傳遞到室內(nèi),成為了室內(nèi)熱源,不利于室內(nèi)熱舒適。

圖8 披屋墻壁表面溫度變化Fig.8 Wall surface temperature changes of side house

2.6 熱舒適評(píng)價(jià)

根據(jù)測(cè)試期間的調(diào)查,游客以放松的慢走和站立等活動(dòng)為主,人體活動(dòng)量取值80 W/m2;游客著裝主要以休閑短褲/裙、短袖薄衣為主,參照《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50785—2012),平均服裝熱阻取值0.40 clo;根據(jù)測(cè)試期間的調(diào)查,平均身高取值172 cm,體重68 kg。平均輻射溫度(Tmrt)由式(1)進(jìn)行換算,將6個(gè)參數(shù)導(dǎo)入RayMan Pro模型計(jì)算并輸出標(biāo)準(zhǔn)等效溫度SET*。同時(shí),對(duì)每個(gè)時(shí)段的熱舒適投票(TCV)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析了游客平均熱舒適投票分?jǐn)?shù)(MTCV)與SET*的相關(guān)性,詳見(jiàn)圖9。如圖所示,兩者擬合程度較好(R2=0.60),說(shuō)明SET*基本能夠反映游客的熱舒適狀態(tài)。當(dāng)MTCV=0時(shí),處于熱中性的臨界點(diǎn),此時(shí)SET*為33.3 ℃,當(dāng)超過(guò)此值時(shí),游客的熱不舒適感增加;當(dāng)MTCV=-1時(shí)為不舒適的臨界點(diǎn),此時(shí)SET*為37.0 ℃,當(dāng)超過(guò)此值時(shí),游客開(kāi)始覺(jué)得很不舒適。

圖9 SET*與平均熱舒適投票(MTCV)的相關(guān)性Fig.9 Correlation between SET* and mean TCV

每個(gè)時(shí)段古厝內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的平均SET*統(tǒng)計(jì)情況如圖10所示?？梢钥闯?在炎熱的外部天氣條件下,古厝內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的熱舒適性不佳,除09:00—10:00時(shí)段的次間和披屋外,各測(cè)點(diǎn)SET*均超過(guò)33.3 ℃的臨界值,處于不舒適或非常不舒適的區(qū)間。尤其午后(13:00—15:00),次間和披屋的SET*也接近或超過(guò)了37 ℃,處于非常不舒適的狀態(tài)。廳堂因?yàn)榻邮芴炀牡孛鏌彷椛漭^多,熱舒適性不如披屋與次間,因此應(yīng)考慮通過(guò)增強(qiáng)院內(nèi)通風(fēng)的方式進(jìn)行改善。次間、披屋由于墻體的隔熱及房檐的遮陰,SET*低于廳堂0.7～1.5 ℃。與次間相比,由于披屋的空氣流動(dòng)優(yōu)于次間,10:00前和17:00后的SET*顯著低于次間。日落期間(18:00—19:00),天井與庭院的SET*下降更為迅速,體現(xiàn)出開(kāi)放空間的散熱優(yōu)勢(shì),而披屋、次間則變化幅度不大。經(jīng)統(tǒng)計(jì),次間與披屋監(jiān)測(cè)各時(shí)段記錄的平均SET*超過(guò)37 ℃的比例僅為16.7%和22.2%,且多數(shù)集中在13:00后,遠(yuǎn)低于廳堂與天井的61.1%和77.8%,詳見(jiàn)表3。

表3 各測(cè)點(diǎn)平均SET*的構(gòu)成比例Tab.3 Composition of the average SET* foreach monitoring sites %

圖10 各測(cè)點(diǎn)不同時(shí)段平均SET*統(tǒng)計(jì)圖Fig.10 Statistics of mean SET* at different time and different monitoring sites

2.7 氣候適應(yīng)性分析

根據(jù)夏季熱環(huán)境測(cè)試結(jié)果的綜合分析,盡管古厝內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的熱舒適性不佳,但次間、披屋等室內(nèi)的熱舒適性顯著優(yōu)于室外環(huán)境,表現(xiàn)出一定的氣候適應(yīng)性,如借助房檐的遮陽(yáng)減少太陽(yáng)輻射,通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)即墻體進(jìn)行隔熱,以及利用通風(fēng)帶走熱量和濕度。

伸出的屋檐有很好的遮陽(yáng)作用,如圖11所示,天井開(kāi)口面積較小(39.9 m2),僅占古厝總平面的7%,減少庭院長(zhǎng)時(shí)間接受太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量;古厝的南向披屋二層外側(cè)出挑廊和屋檐,向外挑出長(zhǎng)度為1.86 m,對(duì)一樓的南向門(mén)窗有突出的遮陽(yáng)效果,彌補(bǔ)了二樓屋檐無(wú)法對(duì)建筑低層空間蔭蔽的不足。廂房更是因南側(cè)一排披屋的隔離,其墻體避免了太陽(yáng)的長(zhǎng)時(shí)間直射,抑制了日間室內(nèi)溫度的增高。本實(shí)測(cè)中,午間時(shí)段室內(nèi)熱舒適性明顯好于室外,較好地體現(xiàn)了這種遮陽(yáng)效果。此外,合院四周檐廊不僅使古厝在內(nèi)外交通空間上連貫一體,也為庭院、廳堂和次間等場(chǎng)地之間的行走活動(dòng)提供了蔭蔽空間。

圖11 古厝內(nèi)外屋檐遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)Fig.11 Sunshade structure of the ancient house eaves

披屋的高排窗結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)。披屋南側(cè)山墻設(shè)有排窗與門(mén)相通,見(jiàn)圖12,這種高窗與低門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于夏季的通風(fēng),而且易形成室內(nèi)穿堂風(fēng),縮短風(fēng)路距離。與閩南蔡氏古民居類(lèi)似,在披屋外墻體靠近房檐的高度上設(shè)置豎柵窗,窗戶開(kāi)口雖小但數(shù)量多,排列成行,講究“通而不透”,可以通過(guò)調(diào)節(jié)縫寬進(jìn)行開(kāi)合,既有利于防盜、私密,又可以控風(fēng)和控光[13]。在垂直方向上,室內(nèi)的熱空氣可以同外部古厝間冷巷中的冷空氣進(jìn)行交換,在水平方向上,低門(mén)與高窗可形成對(duì)流效應(yīng),可及時(shí)有效地通風(fēng)換氣、除濕。

圖12 古厝南側(cè)披屋門(mén)窗Fig.12 Windows and doors of the south side of the old house

合院南北兩側(cè)的梓院門(mén)窗打開(kāi)時(shí)可形成空氣對(duì)流,促進(jìn)庭院內(nèi)通風(fēng);橫向檐廊除連接主座外,還設(shè)置了緊貼主座院墻的南北兩個(gè)側(cè)門(mén),側(cè)門(mén)上方鏤空,若打開(kāi)連接次間與南北梓院可形成向外的通風(fēng)廊道,更有利于古厝內(nèi)的通風(fēng)排濕,適應(yīng)夏季濕熱的氣候。在本研究實(shí)測(cè)過(guò)程中,梓院門(mén)窗與外側(cè)通道都為關(guān)閉狀態(tài),導(dǎo)致天井測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速并不明顯。

對(duì)古厝周邊小氣候的調(diào)節(jié)也可以提升古厝內(nèi)熱舒適性。研究表明,傳統(tǒng)村落中民居間的冷巷具備遮陽(yáng)與通風(fēng)降溫的重要功能[4]。本研究的古厝西南側(cè)為停車(chē)場(chǎng),北側(cè)為硬質(zhì)鋪裝的門(mén)前廣場(chǎng),其余為草地,與其他建筑間隔較遠(yuǎn),無(wú)法形成低溫的冷巷空間,且缺少喬木種植與水體景觀,在太陽(yáng)直射條件下,導(dǎo)致周邊室外環(huán)境溫度較高,不利于古厝內(nèi)熱舒適性與天井內(nèi)的熱壓通風(fēng),需對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行小氣候的優(yōu)化改造。

3 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)福州旗山湖70號(hào)古厝室內(nèi)外熱環(huán)境的實(shí)測(cè),得到以下結(jié)論:

1)室內(nèi)外各測(cè)點(diǎn)早晚溫度較為接近,午間顯著升高,古厝內(nèi)各測(cè)點(diǎn)平均溫度接近或超過(guò)35 ℃,熱舒適問(wèn)題亟需改善。次間和披屋表現(xiàn)出一定的熱阻與熱延遲效應(yīng),午間空氣溫度低于室外4～5 ℃;各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度的日間變化為先降后升,室內(nèi)相對(duì)濕度總平均值接近60%,其中早晚濕度偏高,午后濕度變化較為平緩;古厝內(nèi)外部環(huán)境風(fēng)速較低,室內(nèi)風(fēng)速保持在極低的水平(<0.2 m/s),不利于熱量的驅(qū)散;朝向東南方向的披屋外墻設(shè)有排窗,室內(nèi)通風(fēng)性相對(duì)較好。

2)游客平均熱舒適投票分?jǐn)?shù)(MTCV)與標(biāo)準(zhǔn)等效溫度(SET*)的相關(guān)性較好,SET*基本能夠反映古厝的熱舒適性。當(dāng)SET*超過(guò)33.3 ℃時(shí),游客的熱不舒適感增加,超過(guò)37.0 ℃,則覺(jué)得非常不舒適。除09:00—10:00時(shí)段的次間和披屋外,各測(cè)點(diǎn)均處于不舒適或非常不舒適的區(qū)間。盡管如此,古厝在其構(gòu)造上仍體現(xiàn)出一定的夏季氣候適應(yīng)性特征,如南側(cè)披屋的配置有利于次間的隔熱降溫,懸挑的檐廊為墻體提供了較多的遮陽(yáng)空間,庭院南北側(cè)通道的設(shè)置與披屋排窗結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了通風(fēng)。

為進(jìn)一步提升古厝在夏季的熱舒適性,提出以下建議:

1)建筑朝向的優(yōu)化。受海洋性氣候影響,福州地區(qū)的夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng),而本古厝大門(mén)及主軸線朝向東偏北方向,對(duì)主導(dǎo)風(fēng)向的引入有所不利,導(dǎo)致庭院及廳堂內(nèi)風(fēng)速不明顯,建議門(mén)窗朝向東南以改善古厝內(nèi)的通風(fēng)。

2)室內(nèi)通風(fēng)的強(qiáng)化。由于室外環(huán)境風(fēng)力微弱,廳堂、次間兩側(cè)封閉且進(jìn)深較大,氣流難以到達(dá)內(nèi)部,應(yīng)在東南側(cè)外墻設(shè)置百葉窗,與次間門(mén)窗相對(duì)形成通風(fēng)通道;打開(kāi)南北兩側(cè)梓院的門(mén)窗與天井連接,打開(kāi)南北外側(cè)通道,利用熱壓通風(fēng)形成庭院內(nèi)換氣系統(tǒng)。

3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的更新。福州地區(qū)古厝多采用蘆葦或竹片編壁、草泥灰填充形成的灰板壁作為墻體, 其隔熱性能優(yōu)于木板壁和木構(gòu)門(mén)窗,應(yīng)增加灰板壁在墻體中的占比,適當(dāng)減小南側(cè)披屋的窗墻比,根據(jù)室外氣候變化,控制窗戶開(kāi)閉時(shí)間。

4)外部空間小氣候的改善。古厝大門(mén)外埕應(yīng)保持寬敞,提供更為開(kāi)敞的迎風(fēng)場(chǎng)地;減少周邊硬質(zhì)鋪裝,在古厝南側(cè)與西側(cè)配置高大喬木類(lèi)植物,也可設(shè)置互厝形成冷巷;在天井庭院設(shè)置水缸等景觀,不僅能減少太陽(yáng)輻射,形成冷源,還可以增強(qiáng)熱壓通風(fēng)效應(yīng)。