梅州地区客家民居自然通风的分析与研究

2016-07-28张灵辉胡土山赖俊发

浙江建筑 2016年3期

关键词：结构形式

张灵辉，胡土山，赖俊发

(嘉应学院土木工程学院，广东梅州 514015)

梅州地区客家民居自然通风的分析与研究

张灵辉，胡土山，赖俊发

(嘉应学院土木工程学院，广东梅州 514015)

摘要：梅州客家民居建筑构思严谨紧凑，突出防御功能，围合封闭性较强，同时为通风采光形成了建筑虚实结合的特色格局，在建筑布局和结构上具有重要的研究价值。今通过实地勘测、软件模拟和计算分析相结合的方法，研究客家民居建筑选址布局和结构形式对自然通风效果的影响,旨在为建筑设计时的建筑布局与自然和谐及建筑结构科学合理上做有意义的探索。

关键词：客家民居；选址布局；结构形式；自然通风

梅州客家古村落具有典型的地域性和独特性，在中国民居建筑史上具有一定的影响。梅州市现有国家级和广东省级古村落共51个，其中国家级5个。古村落中现存的客家民居历史悠久，具有重要的历史文化价值和现实借鉴意义。如国家级古村落茶山村民居始建于明朝后期，多建于清朝末期和民国初年，建筑占地面积500～2 000 m2不等[1]。目前，对客家古村落的研究内容主要集中在客家传统民居、风水文化、民俗民风、建筑装饰等方面，根据现场调查和族谱记载资料显示，民居建设过程中地址选择、结构的平面布置、结构形式的采用、建筑材料的选用、装饰方式的选择等，均凭借工匠相关建筑经验，并无详细的、科学的数据作依据。据记载，客家古民居最多时曾居住80余户人家，多达1 000多人，人口十分密集，在夏季散热、冬季御寒的要求下，对民居自然通风环境合理性提出较高的要求。

本文通过对梅州客家地区的围龙屋和客家土围楼两种建筑进行实地勘测，建立建筑模型，运用软件进行计算分析，以研究客家民居古建筑结构形式对通风的影响。同时，针对梅州古民居“靠山式”的特点，研究分为山脊线与建筑屋脊线平行、山脊线与建筑屋脊线呈夹角两种选址布局对自然通风的影响。

1梅州地区传统民居介绍

客家传统民居属于宗族群居性建筑,其造型大，方向布局明确，类型主要有杠式围屋、圆形土围楼、方形围屋、半月形围屋、堂横式围屋。杠式围屋见图1，其结构以中间的正堂或堂屋为基准。正堂一般呈方形结构，分为上堂、中堂和下堂。正堂左右两旁有同样是方正结构的横屋，一排横屋称为一杠，堂屋被夹在杠与杠之间，厅堂之间设有天井，空间通透性很好。厅堂的两边有通廊连接厢房，堂具有决定朝向的作用，而且必须正对大门。土围楼见图2，形同城堡，厚实坚固。就地取材以土、石、砖、砂、木材为主要材料，逐层夯实成墙体，加上梁、桁、角等相互牵引，成为一个富有弹性、整体性能良好的建筑体[2]。外围土墙厚达1 m以上，1层和2层都不开窗，3层以上也只开小窗。如图2中土围楼直径约为50 m，共有3环，内环为1层30个房间，2环为2层60间，外环为3层120间，共有210个房间，3层楼的高度为11.9 m。

图1　客家杠式围屋

图2　客家土围楼

2调研情况和计算结果

2.1调研结果

民居现状及建设方法采用现场调查和访问的方式，并对民居建筑的开间、进深、层高、檐口高度、窗台高度、窗高、门高等进行测量，对墙体材料、隔断材料、门窗材料等进行考察，勘测数据见表1。

表1　客家民居建筑勘测数据

2.2计算模型的建立

采用风环境模拟软件Phoenics对客家民居建筑自然通风方面进行分析。梅州地区地形复杂，山脉、丘陵相互交错，风向多变，风速差异较大，但是整个岭南地区主要受季风的影响，所以冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风[3]。下面气体流动的边界条件以夏季风气候条件作为参数设定，根据广东省梅州市气象数据分析，夏季平均气温在28℃～30℃，夏季盛行南风，平均风速为1.5 m/s。

围龙屋大小为58.5 m×27.3 m×6.9 m，设定计算区域大小为160 m×90 m×30 m，三维模型图见图3。土围楼为半径48.9 m，高为9.6 m，设定计算区域大小为120 m×120 m×28 m，三维模型图见图4。具体操作步骤如下：建立仿真模型→物质属性及设置边界条件→调整网格设定计算参数→迭代计算→后期处理结果分析。

图3　围龙屋三维模型图

图4　土围楼三维模型图

2.3计算结果

客家民居多数建在山区，针对梅州古民居“靠山式”的特点，把研究分为山脊线与建筑屋脊线平行、山脊线与建筑屋脊线呈夹角两种情况分析。同时，针对围龙屋和土围楼两种典型结构形式的客家民居，在相同的条件下进行风场模拟。模拟计算中计算区域两侧的空气几乎不受建筑物影响，主要考虑夏季风主导方向，图5～8为夏季风吹过建筑与山体形成的风场，以及围龙屋与土围楼的两种夏季风场。

图5　山脊线与建筑屋脊线平行的风速平面分布图

图6　山脊线与建筑屋脊线平行的风速垂直分布图

图8　山脊线与建筑屋脊线呈夹角的风速垂直分布图

3结果分析

3.1选址布局对通风的影响

客家民居多数建在山区，针对梅州古民居“靠山式”的特点，把研究分为山脊线与建筑屋脊线平行、山脊线与建筑屋脊线呈夹角两种情况分析。在夏季风主导方向下，图5和图6为山脊线与建筑屋脊线平行的风速分布图，图7和图8则为山脊线与围龙屋水平屋脊线呈夹角的风速分布图。由图可知，山脊线与建筑屋脊线平行、山脊线与建筑屋脊线呈夹角两种不同情况，且房屋周围风速产生变化。在风向正对建筑的情况下，由于山体对风的流动有阻挡作用，风前进遇到山体阻挡而后流向迎风坡，并改变山体的位置，而建筑与山体的位置存在夹角时，气体流入形成涡流区，此处的风速较大，为2.3～2.7 m/s。

3.2结构形式对通风的影响

针对围龙屋和土围楼不同结构形式的客家民居，在相同的条件下进行风场模拟。由图5a、图6a可见，风在围龙屋外部的流动和风速分布情况，风都是从围龙屋正面吹来，下部气流从门窗流入，经过庭院通廊为穿堂风，风速较大，而后进入庭院内的天井，并从后门流出，风速为1.13～1.51 m/s，上部气流被坡屋顶和围墙引导向上流动，经过屋脊后，经下坡屋顶引导流向庭院天井，风速为2.0～2.3 m/s。

在同样的风向正对建筑和对应山体位置的情况下，图5b、图6b分别是土围楼与山体正对建筑的风速分布图。当风吹到有屋顶的建筑墙面时，气流受阻，速度减小并且沿着墙面上升，上升至屋顶后继续向前运动；当风从门口吹入，流入空旷的圆形天井，而后遇到后院阻挡上升，继续沿着坡屋顶向前运动，最后吹向山体。由于外墙高度较大，沿墙面风抬升，上层气流风速基本在2.7～3.3 m/s，在天井中抬升气流风速在3 m/s左右。

3.3室内自然通风分析

根据室外风场分析，得出建筑周围风压以及风速，针对通风最不利位置，选取底层作为计算区域，设定进风口速度，出风口位置，包括门窗、天井等关键位置。进行室内通风模拟，得出室内空气龄分布云图，结果如下。

3.3.1围龙屋自然通风分析

围龙屋底层局部平面的空气龄分布云图见图9，由于围龙在结构上是对称的，我们取一半等效分析，根据数据可知，大部分房间的空气龄小于180 s，空气流通情况良好，而靠近主殿后部以及周围部分房间的空气龄大于300 s，空气流通情况相对较差，局部室内热环境仍然存在通风不利的缺点。

图9　围龙屋底层平面空气龄分布云图

图10　土围楼底层平面空气龄分布云图

3.3.2土围楼自然通风分析

由于注重防御功能，土围楼在底层外围没有开窗洞，仅大门一个出入口，主要靠内部中心庭院和大门通风，因此，土围楼建筑依赖庭院来提供较好通风，相对于杠式围屋，宽广的庭院是通风的关键因素，如图10所示，设定了正大门处为进风口及天井处的出风口的室内空气龄分布图[4]。因此，土围楼不开窗或者开很小的窗，不利于引入外界风压通风，室内气流分布不均，室内风速过高和过低的现象同时存在。同时，土围楼两侧房间由于不开窗或开很小的窗，不利于引入外界风压进行通风，从而造成建筑室内风速过低。

4结语

1)选址布局的选择

梅州地处南岭以南，民居多数建在山区，在亚热带气候条件下，客家民居古建筑主要都是利用天井作为主要通风渠道。以靠山式的特点作为选址，山体对风的流动有影响，其影响程度与山体的位置有一定关系，若改变山体的位置，建筑与山体的夹角大小不同，引导风汇入形成涡流，从而在建筑周围形成涡流区。由于此处风速较大，不利于人们的生活与生产，故在建筑与山体位置布局上应尽量选取山脊线与建筑屋脊线平行。

2)结构形式的影响

杠式围龙屋更注重居住空间，在厅堂之间设立天井，厢房与厢房之间的通廊有风速较大的“过堂风”，两者结合使得空间通透性很好，庭院附近的房间有着良好的通风，而在建筑外围门窗小，使得进风速度很小，局部房间通风效果较差。

土围楼建筑注重防御功能，通风主要依靠大门和天井，同时又由于1层和2层都不开窗，3层以上也只开小窗，并且土围楼正门口与庭院通风效果好但房间热环境存在阴暗、潮湿、通风不利的缺点，因此在夏季时，土围楼经常出现人们到庭院里纳凉的情景。

随着社会的发展，人们对居住的环境要求越来越高，在不同的地区有着不同的要求。客家传统民居也随着时代的变化而变化，杠式围屋和土围楼在客家传统建筑里各具特色，是古代居民流传至今智慧的结晶。

参考文献

[1]高云飞，赵立华，陈海铭.殿堂式客家民居自然通风实测[J].历史建筑与民居,2012,12(1):72-85.

[2]李婷婷.两种传统民居自然通风比较分析[J].建筑科学,2010,26(8):77-82.

[3]秦翠翠.广州地区居住建筑自然通风节能效果与措施研究[D].广州：华南理工大学,2009.

[4]杨丽.不同通风方式与室内空气环境质量的数值模拟分析[J].建筑科学,2014,30(4):79-83.

收稿日期：2015-11-27

基金项目：广东省团委“攀登计划”项目(PDJH2015B0498)；广东省质量工程项目(GDJG20142451)；嘉应学院教学改革项目(JYJG20150223)

作者简介：张灵辉(1974—)，男,广东梅州人,讲师,主要从事土木工程教学与研究。