大理白族民居自然通风研究

2020-07-03王波张军

智能建筑与智慧城市 2020年6期

王波，张军

（云南大学建筑与规划学院）

1 引言

大理地区至今保存的白族民居以汉式白族民居为主。汉式白族民居是中原汉文化与大理本土文化相结合、演化再创造的产物，在白族民居中占有十分重要的地位[1]。其中汉式合院又因地理环境、经济发展水平等方面的不同而存在不同的建筑类型，从总体上看，白族汉式合院建筑大致以分为以下几种类型：“两坊一耳”“两坊两耳”“三坊一照壁”“四合五天井”以及类似“六合同春”的重院建筑等[2]。

喜洲白族民居，是大理民居建筑的缩影与精粹，也是云南民居建筑的典型代表。与传统的汉式合院不同，喜洲白族民居在传统汉式民居建筑的基础上，融入了自己的文化特色，形成了特色鲜明的白族民居。喜洲一带西临苍山，东临洱海，依山傍水，其正房和院落一般坐西朝东，这样可以使得院落和正房视野开阔、阳光充足。白族民居大门一般布置在东北角，“三坊一照壁”的建筑形式中正房和照壁相对应，可以有效地适应当地风大的特点，避免西南风直接吹进大门[3]。但是，高大的照壁和厢房在阻挡了大风的侵扰的同时，也为民居的室内通风带来了一定的不便。在这种背景下，基于CFD计算方法，通过计算机模拟其通风情况，有助于分析其室内通风的原理，为白族民居的发展提供一定的指导。

2 研究对象

2.1 白族民居发展现状

根据实地调研，近代新建白族民居主要以“两坊一耳”“两坊两耳”和“三坊一照壁”的形式为主。因此，本文选取这三种类型的建筑形式作为研究对象。

两坊一耳型，由正坊三间房、一侧的耳房以及院落一侧的厢房组成“L”型平面构图，耳房与厢房山墙形成了“漏角天井”。正坊正对照壁，厢房正对院墙（见图1）。两坊两耳型比两坊一耳型多了一侧的耳房（见图2）。

图1 两坊一耳

图2 两坊两耳

三坊一照壁合院建筑是白族传统民居的典型院落，主要由正坊三间房、两侧耳房以及院落两侧的厢房组成“U”型平面，两侧厢房山墙与耳房形成两侧的“漏角天井”，正坊正对照壁，两侧厢房相对（见图 3）[4]。

图3 三坊一照壁

现代建造的白族民居大多数不留“漏角天井”，直接将耳房砌满西南和东南两角（见图4）。

2.2 研究区域气候条件

大理市地处低纬度高原地带，属北亚热带高原季风气候，冬暖夏凉，日照充足。坝区最热月7月平均气温20.1℃，最冷月1月平均气温8.7℃。

由于没有可以直接使用的边界条件，故本次研究收集了2015年～2017年大理地区3a的气象数据。通过分析发现，大理地区的风向并没有季节分布规律，风向西南偏西为主导风向，平均风速为2.9m/s。

3 计算机模拟

本次研究采用的风环境模拟软件为Phoencis，该软件能够直接导入SketchUp、3dmax等建模软件建立的复杂模型，可直接导入气象数据作为边界条件。

模拟采用标准k-ε湍流模型，计算域X轴、Y轴方向的大小为模型的4倍，Z轴方向的大小为模型的3倍。网格划分采用自定义设置，模型内部采用加密网格，网格长宽高都控制在1m以内，以保证模拟的精确性。气象数据采用2015年～2017年统计的大理地区的气象数据，模拟迭代次数设置为1500次。

模拟使用的模型分别为传统和新建的“两坊一耳”、“两坊两耳”和“三坊一照壁”，其中“两坊一耳”和“两坊两耳”包括厢房在南侧和北侧的两种类型。模型的建立遵循白族民居的实际情况，建筑坐西朝东，一般为两层，一层层高一般为2.7m，二层檐口处高5m，总高度6.5m。正房开间一般为4m，次房开间3.6m，进深4.6m。外墙不开窗，所有房间均面向院落开门窗。

4 模拟结果分析

4.1 新旧民居通风效果对比分析

白族民居由于缺乏科学的指导，新民居的建设主要依赖民间流传下来的经验，人们为了增加房间的使用面积，有些民居不再保留西北和西南两侧的“漏角天井”，直接将耳房建满西北和西南两角作储物间使用。针对目前存在的现状，本研究首先对比分析有无天井的两种民居，归纳出室内通风与天井之间的关系。

考虑到白族民居紧密的建筑布局特点，本次研究模型大门处于关闭状态，其余门窗皆处于开启状态，研究分析界面为一层楼板以上1.5m处的平面。

图5、图6分别为传统“三坊一照壁”和新建无天井“三坊一照壁”在一层1.5m处的空气龄云图和风速矢量图。从图中可以看出，传统“三坊一照壁”由于天井的存在，室外风通过天井流入院落，在院落北侧碰到来自院落上空的室外风转而流向南侧厢房的各个房间，而来自院落上空的室外风在来自天井处的室外风的作用下流向北侧的厢房和天井，极大的改善了院落、以及各房间的风环境。而无天井的“三坊一照壁”只能通过屋顶室外风的风压通风形成新、旧风的交换，室内通风效果不佳，位于南侧厢房的房间自然通风效果很差。

图4 大理白族新民居

图5 “三坊一照壁”空气龄云图

图6 “三坊一照壁”风速矢量图

在环洱海地区，0.8m/s～1.7m/s为最适宜人体的舒适度的风速范围[5]。大理地区的大风风向以西南偏西风为主，传统“三坊一照壁”不仅能够通过天井引入的西南偏西的室外风，提高室内的通风效果，而且能够有效的降低风速，将风速控制在人体最适宜的风速范围之内。而新建“三坊一照壁” 无法有效的引入室外风，院落和室内的风速都低于人体适宜的风速范围之内。因此，传统的“三坊一照壁”通风效果要明显优于新建无天井的“三坊一照壁”。

传统“两坊两耳”除了一层正坊的一间房间通风效果不如新建无天井的“两坊两耳”，其余房间的通风效果均优于新建无天井的“两坊两耳”（见图7）。传统“两坊一耳”的所有房间的通风效果均优于新建无天井的“两坊一耳”（见图8）。尽管这两类传统民居的通风效果比新建民居好一点，但差别不大，主要原因是这两种类型的新旧民居引入室外风的方式相同，院落北侧上空的室外风通过风压通风流入院内，形成回流流向各个房间（见图9）。而位于北侧的天井只能通过热压通风改善相邻耳房的通风效果，并不能起到引入室外风的效果。

通过上述分析可以发现，传统白族民居的室内通风效果要比新建无天井的白族民居好。其中“三坊一照壁”的室内通风效果跟天井存在着密不可分的关系，而“两坊两耳”、“两坊一耳”的天井能改善相邻耳房的通风效果，对其余房间通风效果的影响较小。

4.2 天井位置对通风效果的影响分析

根据实际调研发现，“两坊两耳”和“两坊一耳”不仅有厢房位于北侧的一种形式，还有少数厢房位于南侧的建筑形式。

图7 “两坊两耳”空气龄云图

图8 “两坊一耳”空气龄云图

图9 风速矢量图

图10 “两坊两耳”和“两坊一耳”空气龄图和风速矢量图

图10 为厢房位于南侧的传统“两坊两耳”和 “两坊一耳”在一层1.5m处的空气龄云图和风速矢量图。从图上可以看出，厢房位于南侧的“两坊两耳”的通风效果比厢房位于北侧的“两坊两耳”通风效果要好，主要是因为天井在南侧时可以有效的引入从天井上空吹来的偏西南风，提高院落南侧的通风效果。而院落北侧上空的室外风通过风压通风流入院落，有效的提高了院落北侧的风速，改善了院落北侧各房间的通风效果。厢房位于南侧的“两坊一耳”的通风效果反而比厢房位于北侧的“两坊一耳”的通风效果稍差，主要是因为天井在南侧时虽然可以有效的引入从天井上空吹来的偏西南风，但是由于院落面积较小，从院落北侧上空流入的室外风在院落东北角处形成回流，无法有效的流入房间，所以无法像厢房位于北侧的“两坊两耳”一样通过增加来自天井处的室外风改善室内的通风效果。

通过上述分析可以发现，对于院落面积较大的“两坊两耳”，天井位于西南角时可以有效地改善室内的自然通风效果；对于院落面积较小的“两坊一耳”，天井位于西南侧时会削弱院落北侧上空室外风的流入，反而会降低院落和各个房间的通风效果。

4.3 白族民居通风原理分析

图11为传统“三坊一照壁”天井处1-1和2-2截面处的风速矢量图，从图中可以看出，来自天井上空的室外风压强较大，而背风面的坡屋顶风压相对较小，室外风向斜下方运动，在碰到两侧厢房的山墙后流入天井和院落。

当南侧没有厢房时，来自西南角耳房上空的室外风受阻于院落底部的上升气流，无法流入院落。西南角没有天井的“两坊两耳”和“两坊一耳”只能通过院落北侧上空室外风的风压通风引入室外风（见图12）。

通过上述分析可以发现，大理白族民居引入室外风的方法主要有两种：通过西南侧天井引入室外风；通过院落北侧上空室外风的风压送风引入室外风。大理白族民居的天井作用与其他地方合院的天井作用不同，其他合院的天井主要依赖天井内的热压通风来达到新旧风的替换，而大理白族民居由于其耳房高度低于两侧厢房高度，流经耳房上空的室外风在碰到厢房山墙的阻挡后流入天井，在风压送风的作用下流向院落及周边房间。

5 结语

本研究主要针对大理白族民居的发展现状，通过模拟分析各类白族传统民居和新民居的室内通风情况，总结了各类民居室内通风效果的优点与缺点，分析了影响室内通风情况的各个条件，得出以下几个结论：

①对于三类新旧白族民居而言，传统白族民居的室内通风效果要比新建无天井的白族民居好。其中“三坊一照壁”的室内通风效果受天井的影响较大，传统“三坊一照壁”的室内通风效果远优于新建无天井的“三坊一照壁”。而“两坊两耳”、“两坊一耳”的室内通风效果受天井的影响较小，新建“两坊两耳”、“两坊一耳”的室内通风效果跟传统“两坊两耳”、“两坊一耳”的室内通风效果差距不大。