自然通风技术的传承与创新——以西关大屋为例

梁家辉,袁富贵,朱国婷,谢锐生,温武雄,梁浩锋,张钧贺

(广东白云学院,广东 广州 510450)

自然通风技术的传承与创新
——以西关大屋为例

梁家辉,袁富贵,朱国婷,谢锐生,温武雄,梁浩锋,张钧贺

(广东白云学院,广东 广州 510450)

岭南地区气候炎热,如何将自然风引入室内,使居住更加舒适是岭南建筑设计长久以来不断思考的问题。从西关大屋到客家围龙屋都无处不彰显古人对自然通风技术的妙用。但随着温室效应带来的环境恶化,传承下来的通风技术也需要不断创新蜕变才能够更加适应现代社会的环境,以实现可持续发展的目标。

岭南；创新；自然通风技术；建筑通风

如何在夏季的高温环境下,以更少的能耗营造更为舒适的居住环境是绿色建筑中重要的研究部分,更是岭南炎热地区建筑设计的重点考虑对象。先民为营造舒适的居住环境而采用的天井、青云巷、木趟栊等极具岭南特色的通风技术沿用至今,随着人们对自然风形成原理的理解以及当地气候特色的研究,各地针对当地气候都提出了具有创意自然通风方案。现在我们提出“冷墙”的概念,它能与现有通风技术协同作用,使建筑室内达到更好的通风效果,营造更加舒适的居住环境。我们将以西关大屋现有通风系统为实例,阐述“冷墙”的运作原理。

1 冷墙的造型

冷墙是建筑中的一种能够将室外热风在一定程度上达到冷却目的和采光作用的被动式通风结构,其独特的外形构造,无形之中也丰富了建筑造型。其构造简单,根据其原理可设计出个性的造型,如图1冷墙效果示意图所示。冷墙从平面上看呈锯齿状,在靠近室内的一端错位开孔,在保证节流降温效应发挥作用的同时兼顾了室内的隐私,如图2冷墙平面示意图所示。

图1 冷墙效果示意

图2 冷墙平面示意

2 冷墙的起源及原理

冷墙是一种能够使空气温度降低的墙,它源于生活中“吹气与哈气”的原理。在炎热夏天时,人们用嘴“吹”气会感受到凉风；在冬天时则经常通过“哈”气以达到暖手的效果。这一生活习惯促使这一通风技术的诞生。

通过研究发现,当人们吹气时会形成节流降温的效应,其简化模型如图3节流降温效应图所示。当气体通过一个缩孔时,气流受到阻碍,气流在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦,流体要通过缩孔,必须克服阻力,其最终体现在通过缩孔前的压力比缩孔后的压力大得多,这种由流体遇到局部阻力造成压力有较大降落的过程通常称为“节流过程”。在节流过程中,因为流体和外界交换的热量很少,所以流体可以看作与外界没有热量交换的绝热过程,根据能量守恒定律,节流前后的气流内部的总能量不变,但是组成三部分能量：分子运动能、分子相互作用的位能和流动能，每一部分是可能发生变化的。节流后压力变小,质量比容积增大,分子之间的距离增加,分子相互作用的位能增大。而流动能一般变化不大,所以只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。分子运动速度减慢体现在温度降低。当气体节流后,由于压力降低,气体体积膨胀,分子间距增大,分子间的位能增加,相应地，动能减小,而分子的动能大小可以反映出温度的高低。这也论证了为何“吹气”可以达到降温的效果。

图3 节流降温效应

同时由于“吹气”的原理,使风通过缩孔后风速增大,风速的增大使皮肤表面的水分蒸发速度加快,从而使人产生凉快的感觉。

根据以上的原理,将其运用在建筑中便得到了能使热风转化为凉风的“冷墙”了。

3 冷墙与天井、廊道的结合

天井是岭南传统建筑中重要的构件之一,主要起水平空间及垂直空间的连接、过渡和交通枢纽的作用,此外,还兼具室内通风及采光的作用。在岭南地区炎热的气候条件下,天井就成了室内空气流通的绿色发动机。其主要通风原理是利用了热压通风。当屋顶结构集聚太阳直射的热量时,温度较高；而天井附近地面的温度受大面积的阴影以及土壤、水井水汽和植物的影响,温度相对较低,从而使天井的上部空气和下部空气形成了温度差,天井上部空气受热,密度减小从而产生上升气流,带动下部空气向上运动,进而形成风,将室内的污浊空气和热量带走。若将冷墙加入,能够使室内的温度相对更低,使温差加大,从而促进了天井的热压通风效果,两种通风技术相辅相成,使室内环境在岭南炎热的环境中更加舒适(如图4所示)。

图4 冷墙与天井协同作用

为了使西关大屋达到更好地通风换气的效果,常常将厅堂及室内狭小的廊道与天井结合起来,当风经过天井上空时,在天井的引导下进入天井,由于开敞的天井风速小风压大，而狭小的廊道风速大风压小,从而在天井和廊道之间形成压力差,在压力差的作用下进入天井的风会转而进入狭小的廊道,而经过廊道的风又会带动廊道旁边空间室内气体的流动,从而达到风压通风的效果。但不是通风量越大越好,如果通风量过大,不仅不能起到降温作用,而且还会将室外的热量带入室内。若在迎风及靠近天井的一侧墙面引入“冷墙”这一结构,气流将进行室外—天井(冷墙)—厅堂(廊道)—室外的流动过程,带走室内污浊的热空气,以达到净化和降温的目的。

冷墙这个构件相当于在原有的通风系统上再加一个“发动机”,具备加强通风效果。冷墙可以与多种常用的通风结构进行组合,除上文提到的天井和廊道外还可以与引风墙、冷墙等通风结构产生联动作用,以达到一加一大于二的通风效果。

4 结 论

本文结合现有的自然通风技术,辅以科学的理论体系,以西关大屋为载体,在其基础上实现创新,且冷墙的运作原理及构造并不复杂,具有很强的可操作性,在最低的材料能源消耗下起到良好的通风效果,能够在较小的改动下获得最大的效益,同时也是对沿用至今的通风技术的拓展延伸。

[1]袁运开.科学技术社会词典[M].杭州：浙江教育出版社,1991.

[2]曾志辉.广府传统民居通风方法及其现代建筑应用[D].广州：华南理工大学,2010.

10.13939/j.cnki.zgsc.2016.49.097

本文受广东大学生科技培育专项资金资助。

梁家辉(1995—),男,山西太原人,在校学生,本科。研究方向：自然通风技术。