■鄭志元，湯 銘，劉欣慰，姜 凱 Zheng Zhiyuan & Tang Ming & Liu Xinwei & Jiang Kai

(合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽合肥 230601）

不同地域范圍內(nèi)的傳統(tǒng)民居往往因所處的文化、自然環(huán)境的差異而表現(xiàn)出不同的建筑特征?；罩莸貐^(qū)多山，土地緊缺，南遷至徽州的中原士族沒(méi)有足夠的土地建造寬敞的四合院院落式建筑，遂將原有的合院尺寸縮小，利用四周坡屋面的屋頂圍合成一個(gè)天井，天井四周坡面斜向院內(nèi)，雨水順著屋檐滴落，形成了天井與房間之間極具徽州文化內(nèi)涵的空間形式與關(guān)系，后逐漸發(fā)展成為徽州傳統(tǒng)民居“四水歸堂”的獨(dú)特平面布局方式[1]。徽州傳統(tǒng)民居建筑布局極為緊湊，為了防火防盜，民居外墻面往往開(kāi)小窗甚至不開(kāi)窗，天井便成為徽州傳統(tǒng)民居通風(fēng)的組織核心。面對(duì)徽州地區(qū)土地資源緊張、夏季環(huán)境高溫高濕的狀況，徽州傳統(tǒng)民居中的天井與建筑內(nèi)外的空間關(guān)系較好地解決了因建筑過(guò)于密集而產(chǎn)生的通風(fēng)和散熱問(wèn)題。

近年來(lái)，關(guān)于傳統(tǒng)民居建筑的研究較多集中在建筑形式和文化符號(hào)的提取與保護(hù)方面，常常忽略了其在氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)方面的生態(tài)價(jià)值。在“雙碳”目標(biāo)的大背景下，傳統(tǒng)建筑氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)逐漸成為研究熱點(diǎn)。建筑風(fēng)環(huán)境作為建筑氣候適應(yīng)性的重要組成部分，眾多學(xué)者通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型傳統(tǒng)建筑形式與其風(fēng)環(huán)境之間的相互作用關(guān)系進(jìn)行探究，總結(jié)出具有地域特色的傳統(tǒng)建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)手法和經(jīng)驗(yàn)，包括鄂東北傳統(tǒng)住宅[2]、青島雄崖所故城[3]、貴州西江千戶苗寨[4]、晉東南傳統(tǒng)院落[5]、秦嶺山地傳統(tǒng)民居院落[6]在氣候適應(yīng)性方面做出的針對(duì)性措施，試圖從中挖掘出傳統(tǒng)建筑中所蘊(yùn)含的生態(tài)價(jià)值；學(xué)者們還對(duì)福州“多進(jìn)天井式”民居[7]、湘南寶鏡村傳統(tǒng)井巷民居[8]、湘西窨子屋[9]以及北京傳統(tǒng)合院[10]的天井形態(tài)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)不同參數(shù)的天井模型進(jìn)行組合模擬，以尋求最優(yōu)風(fēng)環(huán)境的天井形態(tài)參數(shù)。

而對(duì)于徽州傳統(tǒng)民居，其建筑天井在調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)外氣候方面起著至關(guān)重要的作用。因?qū)Ψ阑鸱辣I功能的特殊需求，徽州傳統(tǒng)民居的外墻往往很少開(kāi)窗，內(nèi)部各功能用房的窗戶都開(kāi)向天井，因此天井就成為了實(shí)現(xiàn)徽州傳統(tǒng)民居的通風(fēng)功能的主要途徑。相較于其他類(lèi)型的傳統(tǒng)天井建筑可以依靠門(mén)、窗、敞廊[4]等形式輔助建筑通風(fēng)，徽州傳統(tǒng)民居的天井承擔(dān)著引風(fēng)口和出風(fēng)口的雙重功能，使得徽州傳統(tǒng)民居對(duì)于利用天井促進(jìn)建筑內(nèi)外通風(fēng)換氣功能的需求更為迫切，因而有必要針對(duì)徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境的影響進(jìn)行深入研究。

本文主要探討徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素與風(fēng)環(huán)境之間的相互關(guān)系，通過(guò)對(duì)徽州傳統(tǒng)民居的天井形式和尺寸進(jìn)行歸納總結(jié)，利用建筑CFD軟件對(duì)天井形態(tài)關(guān)鍵要素的天井模型進(jìn)行組合模擬，嘗試歸納出徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素與室內(nèi)風(fēng)環(huán)境之間的關(guān)系。

1 研究對(duì)象

徽州古稱新安、歙州，轄一府六縣，位于皖贛兩省交界的多山丘陵地帶，四季分明，夏季高溫多雨。在我國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)內(nèi)屬于夏熱冬冷地區(qū)，因而要求建筑在夏季能夠進(jìn)行良好的通風(fēng)散熱，適當(dāng)兼顧冬季防寒保溫[11]。徽州傳統(tǒng)民居是我國(guó)傳統(tǒng)建筑文化遺產(chǎn)的重要組成部分，其“四水歸堂”的平面布局方式，蘊(yùn)含著徽州文化傳承天人合一的理學(xué)思想[12]，同時(shí)也包含著徽州傳統(tǒng)民居營(yíng)建過(guò)程中對(duì)于氣候適應(yīng)性營(yíng)造方法的考量（圖1-圖2）。

圖1 “凹”字形傳統(tǒng)民居天井

圖2 “回”字形傳統(tǒng)民居天井

古時(shí)徽州地處偏僻、用地緊張，出于防火防盜、節(jié)約土地的需求，民居建筑往往密集且封閉。其建筑平面方正緊湊、空間完整有序、布局緊湊精巧，主體建筑的平面形式依據(jù)天井的數(shù)量和位置大致可分為“凹”字形、“回”字形、“H”形、“日”字形等，如圖3。其中，“凹”字形傳統(tǒng)民居平面是構(gòu)成其他徽州傳統(tǒng)民居平面形式的基本形式[13-14]，其余三種平面形式可通過(guò)兩組“凹”字形平面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、拼接、對(duì)接等方式組合而成。“凹”字形平面在徽州傳統(tǒng)民居中數(shù)量最多，利用最廣，最具代表性，是最具徽州傳統(tǒng)民居特色的典型平面形式。該形式以天井為核心，將天井、廳堂、廂房組合形成“天井廂房夾正堂”的平面布局。在夏季，徽州傳統(tǒng)民居依靠天井口處的風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)，形成了良好的自然通風(fēng)效果。因此，本文以“凹”字形徽州傳統(tǒng)民居建筑單元為模型基礎(chǔ)，通過(guò)控制變量法分別改變天井面闊和進(jìn)深尺寸這一對(duì)關(guān)鍵參數(shù)來(lái)觀察室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的變化情況。

圖3 徽州傳統(tǒng)民居平面形式

徽州傳統(tǒng)民居的天井空間是介于室內(nèi)外之間的灰空間[15]，形似豎井，底部與半開(kāi)敞的廳堂相連，利用空氣動(dòng)力學(xué)原理促進(jìn)建筑室內(nèi)外之間進(jìn)行氣流交換，提升室內(nèi)環(huán)境的舒適性。天井開(kāi)敞舒適的物理環(huán)境也成為徽州家庭進(jìn)行洗滌、晾曬、嬉戲、交談、乘涼等日?；顒?dòng)的重要場(chǎng)所，很好地體現(xiàn)了徽州傳統(tǒng)民居天井空間的場(chǎng)所精神，與廳堂一起成為民居中極具徽州特色的場(chǎng)所空間，本文將天井和廳堂構(gòu)成的整體核心空間作為風(fēng)環(huán)境模擬的目標(biāo)區(qū)域。

2 模型與參數(shù)設(shè)置

2.1 研究模型以及尺寸設(shè)定

在徽州傳統(tǒng)民居模型的選擇上，將典型“凹”字形徽州傳統(tǒng)民居作為研究對(duì)象，根據(jù)測(cè)繪資料以及相關(guān)文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)，在保證傳統(tǒng)建筑形式的基礎(chǔ)上，適當(dāng)簡(jiǎn)化建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，以降低數(shù)值模擬誤差和計(jì)算成本。在天井形態(tài)關(guān)鍵要素的選擇上，依據(jù)徽州地區(qū)傳統(tǒng)營(yíng)造的用尺邏輯和用尺技法以及測(cè)繪資料歸納出具有典型性的天井形態(tài)關(guān)鍵要素，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)民居單元以及天井的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，最大限度還原徽州傳統(tǒng)民居營(yíng)造技藝的原真形態(tài)和設(shè)計(jì)思想。徽州地區(qū)傳統(tǒng)工匠在房屋營(yíng)建有著一定的用尺規(guī)律，明間開(kāi)間數(shù)據(jù)壓整尺、半尺及“一、六、八”寸白的情況較為普遍，其余開(kāi)間和各步架尺寸則并不刻意講求壓白，但通面闊與通進(jìn)深則普遍壓整尺及“一、六、八”寸白[16]。根據(jù)對(duì)相關(guān)民居測(cè)繪資料的整理，以黟縣屏山村清代傳統(tǒng)民居?xùn)|園為基礎(chǔ)（圖4），提取出“凹”字形徽州傳統(tǒng)民居模型的典型空間尺寸，該民居模型坐北朝南，通面闊9.8m，合尺2丈8尺；通進(jìn)深9.1m，合尺2丈6尺；通高9.1米，合尺2丈6尺；明間開(kāi)間5.6米，合尺1丈6尺，如圖5所示。為了研究天井形態(tài)關(guān)鍵要素對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境的影響，選取了影響天井形態(tài)關(guān)鍵要素的面闊和進(jìn)深這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)比分析不同關(guān)鍵要素下建筑的風(fēng)環(huán)境狀況。依照徽州傳統(tǒng)建筑營(yíng)造的用尺規(guī)律，結(jié)合文獻(xiàn)和測(cè)繪資料，在常用的天井尺寸范圍內(nèi)，面闊和進(jìn)深尺寸的選擇上盡量間隔均勻，具體參數(shù)設(shè)置如下：天井的面闊和進(jìn)深分別選擇4組尺寸，面闊尺寸分別為3.85m(合尺1丈1尺)、5.25m（合尺1丈5尺）、6.30m（合尺1丈8尺）、7.35m（合尺2丈1尺），記為M1、M2、M3、M4；進(jìn)深尺寸分別為1.05m（合尺3尺）、1.75m（合尺5尺）、2.1m（合尺6尺）、2.8m（合尺8尺），記為J1、J2、J3、J4。將上述尺寸進(jìn)行相互組合，共衍生出16種天井平面形式，用于模擬不同關(guān)鍵要素的天井形態(tài)特征，具體組合如表1，其中白色部分為天井，灰色部分為建筑。

表1 天井尺寸及平面形態(tài)

圖4 屏山東園民居平面

圖5 “凹”字形徽州傳統(tǒng)民居簡(jiǎn)化后模型

在對(duì)徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的數(shù)值模擬中，選擇天井和廳堂中的關(guān)鍵位置布置風(fēng)速測(cè)點(diǎn)，如圖6。風(fēng)速測(cè)點(diǎn)高度采用距地高度1.5m，與《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2019中風(fēng)速測(cè)點(diǎn)高度保持一致，且此高度位于人體頭頸處，對(duì)風(fēng)環(huán)境的舒適性較為敏感。測(cè)點(diǎn)的布置分為以下三類(lèi)，第一類(lèi)位于天井和廳堂空間的角點(diǎn)，離地高度1.5m處布置測(cè)點(diǎn)a、b、c、d、e、f、g、h，此類(lèi)測(cè)點(diǎn)位于空間的邊緣，風(fēng)速容易受到空間邊界的干擾，可以反映出空間邊界的風(fēng)速狀況；第二類(lèi)測(cè)點(diǎn)布置在天井空間和廳堂空間的幾何中心位置，離地高度1.5m處布置測(cè)點(diǎn)i、j分別用來(lái)反映天井和廳堂發(fā)生活動(dòng)最頻繁區(qū)域的風(fēng)速狀況；第三類(lèi)測(cè)點(diǎn)選擇為天井和廳堂的幾何中心點(diǎn)與各自角點(diǎn)連線的中點(diǎn)位置，離地高度1.5m處布置測(cè)點(diǎn)a`、b`、c`、d`、e`、f`、g`、h`，該類(lèi)測(cè)點(diǎn)不受壁面邊界的影響，可以較好地反映空間內(nèi)風(fēng)環(huán)境的基本狀態(tài)。通過(guò)對(duì)不同天井形態(tài)關(guān)鍵要素的民居模型進(jìn)行數(shù)值模擬得出的三類(lèi)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，能夠更全面客觀地反映出天井形態(tài)關(guān)鍵要素對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境的影響。

圖6 風(fēng)速測(cè)點(diǎn)位置示意

2.2 數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

本次模擬所采用的CFD模擬軟件為Phoenics，該軟件采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，相比較而言計(jì)算成本低，在數(shù)值模擬中波動(dòng)小、精度高，易于進(jìn)行網(wǎng)格自適應(yīng)[17]。在模擬的過(guò)程中計(jì)算域的確定和網(wǎng)格的生成質(zhì)量對(duì)計(jì)算的穩(wěn)定性以及結(jié)果精度有很大影響。本文綜合參考日本AIJ（日本建筑學(xué)會(huì)）中風(fēng)工程研究小組的研究成果以及江蘇省《綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)模擬的邊界和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[18]。模擬對(duì)象為不同天井尺寸的徽州傳統(tǒng)民居模型，通面闊9.1m，通進(jìn)深7.35m，通高9.1米。模擬計(jì)算域的橫向邊界設(shè)定為以民居模型為中心，沿建筑外墻各向外擴(kuò)展面闊和進(jìn)深的5倍；豎向邊界設(shè)定為建筑高度的3倍，計(jì)算域大小為110m×110m×27.3m，相鄰網(wǎng)格過(guò)渡比為1.3，網(wǎng)格數(shù)目依照計(jì)算域設(shè)置為250×250×80。根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)公布的徽州地區(qū)近十年的地面氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，夏季的溫度和濕度均為全年最高值，雨熱同期，風(fēng)速較低，夏季平均風(fēng)速為1.9m/s，主導(dǎo)東北風(fēng)[18]。以此作為氣象條件進(jìn)行設(shè)置。

3 風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)方面，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍存在著風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)無(wú)差異化等局限性，本研究參考《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378-2019）、結(jié)合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）認(rèn)證的熱舒適度評(píng)判指標(biāo)PMV-PPD以及相關(guān)的研究[19-20]。在室內(nèi)的環(huán)境下，當(dāng)風(fēng)速小于0.25m/s時(shí)，人體將不易察覺(jué)到空氣的流動(dòng)，當(dāng)風(fēng)速為0.25m/s～0.5m/s時(shí)，人體會(huì)感覺(jué)到舒適，日?；顒?dòng)不會(huì)受到風(fēng)的干擾，當(dāng)風(fēng)速為0.5m/s～1.0m/s時(shí)，人體舒適感下降，桌面紙張有可能會(huì)被吹落，當(dāng)風(fēng)速大于1.0 m/s時(shí)，會(huì)給人體帶來(lái)不適，需要采取一定控制通風(fēng)的方法降低風(fēng)速。因此，本文采用0.25m/s～0.5m/s作為適宜風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)，將各個(gè)風(fēng)速區(qū)域劃分為靜風(fēng)區(qū)（風(fēng)速小于0.25m/s）、和風(fēng)區(qū)（風(fēng)速為0.25m/s～0.5m/s）、強(qiáng)風(fēng)區(qū)（風(fēng)速大于0.5m/s）。

本文參考夏熱冬冷地區(qū)建筑氣候適應(yīng)性和風(fēng)環(huán)境模擬的研究，采用的風(fēng)環(huán)境模擬評(píng)價(jià)指標(biāo)包括風(fēng)速比、風(fēng)速不均勻系數(shù)、風(fēng)速區(qū)域面積占比、單位面積和風(fēng)率。風(fēng)速比指的是風(fēng)場(chǎng)中行人高度1.5m處的風(fēng)速與相同高度無(wú)干擾狀態(tài)下的平均風(fēng)速的比值，來(lái)反映不同天井參數(shù)而引起風(fēng)速變化程度，計(jì)算公式為其中，Ri為i點(diǎn)處的風(fēng)速比，Vi是區(qū)域內(nèi)某一點(diǎn)i行人高度處的風(fēng)速，V0為行人高度無(wú)干擾狀態(tài)下的平均風(fēng)速[21]。上文得出室內(nèi)適宜風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)為0.25m/s～0.5m/s，夏季平均風(fēng)速為1.9m/s，因此風(fēng)速比在0.13～0.26之間說(shuō)明該點(diǎn)風(fēng)速大小較為適宜。風(fēng)速不均勻系數(shù)是指區(qū)域內(nèi)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速的方差，即區(qū)域內(nèi)每個(gè)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速值與所有測(cè)點(diǎn)風(fēng)速值的平均數(shù)之差的平方值的平均數(shù)，用以反映總體以及各區(qū)域內(nèi)部風(fēng)速的均勻程度。風(fēng)區(qū)面積占比分為靜風(fēng)區(qū)面積占比、和風(fēng)區(qū)面積占比、強(qiáng)風(fēng)區(qū)面積占比。靜風(fēng)區(qū)面積占比是指在范圍內(nèi)風(fēng)速低于0.25m/s的區(qū)域面積的占比，靜風(fēng)區(qū)面積占比越大，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)的通風(fēng)效率越低，空氣流通緩慢。和風(fēng)區(qū)面積占比是指在范圍內(nèi)風(fēng)速在0.25m/s～0.5m/s的區(qū)域面積的占比，和風(fēng)區(qū)面積占比越大，說(shuō)明該區(qū)域內(nèi)風(fēng)力越為舒適。強(qiáng)風(fēng)區(qū)面積占比是指在模擬范圍內(nèi)風(fēng)速大于0.5m/s的區(qū)域面積占總面積的比例，強(qiáng)風(fēng)區(qū)占比面積越大說(shuō)明該區(qū)域內(nèi)風(fēng)速過(guò)高，會(huì)對(duì)部分日?；顒?dòng)產(chǎn)生干擾，令人產(chǎn)生不適體感。單位面積和風(fēng)率是指某一幾何參數(shù)的天井產(chǎn)生的和風(fēng)面積占比該天井面積的比值，可以反映出不同幾何參數(shù)的天井單位面積產(chǎn)生和風(fēng)區(qū)域效率的大小。

4 結(jié)果與分析

為了直觀分析徽州傳統(tǒng)民居天井不同形態(tài)關(guān)鍵要素對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的影響，將16組天井的幾何參數(shù)以及數(shù)值模擬的風(fēng)速云圖繪制成表格，如表2、3、4、5所示。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果從風(fēng)速不均勻系數(shù)、風(fēng)速區(qū)域面積占比、單位面積和風(fēng)率三個(gè)方面進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，通過(guò)控制變量法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，以探究不同天井面闊和進(jìn)深尺寸對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的影響。

表2 M1面闊天井風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表3 M2面闊天井風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表4 M3面闊天井風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表5 M4面闊天井風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

4.1 風(fēng)速不均勻系數(shù)

風(fēng)速不均勻系數(shù)能夠反映模型內(nèi)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速大小的波動(dòng)情況，風(fēng)速不均勻系數(shù)越大，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)風(fēng)速分布越不均勻，風(fēng)速不均勻系數(shù)越小，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)風(fēng)速分布越均勻，舒適度越高[22]。將每組數(shù)值模擬結(jié)果中測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速比和總體風(fēng)速不均勻系數(shù)，再將測(cè)點(diǎn)分為廳堂和天井兩個(gè)區(qū)域，分別計(jì)算出廳堂和天井內(nèi)部的風(fēng)速不均勻系數(shù)，用以分析不同天井尺寸條件下，各個(gè)區(qū)域內(nèi)部風(fēng)速的均勻程度。

將16組整體風(fēng)速不均勻系數(shù)、廳堂風(fēng)速不均勻系數(shù)、天井風(fēng)速不均勻系數(shù)計(jì)算結(jié)果按照控制變量法進(jìn)行組合分析。由圖7中整體風(fēng)速不均勻系數(shù)變化可知，當(dāng)每組天井進(jìn)深保持一致時(shí)，區(qū)域內(nèi)整體風(fēng)速不均勻系數(shù)與面闊尺寸呈“U”形變化趨勢(shì)，先減小后增大，當(dāng)面闊為M2時(shí)，整體風(fēng)速不均勻系數(shù)最小，且當(dāng)面闊尺寸增加時(shí)，整體風(fēng)速不均勻系數(shù)的增加速度越快。廳堂內(nèi)風(fēng)速不均勻系數(shù)的變化狀態(tài)與總體風(fēng)速不均勻系數(shù)的變化趨勢(shì)一致。天井部分的風(fēng)速不均勻系數(shù)的變化受到天井面闊和進(jìn)深這一對(duì)參數(shù)的共同影響，當(dāng)天井的面闊或進(jìn)深尺寸保持不變時(shí)，天井內(nèi)風(fēng)速不均勻系數(shù)會(huì)隨著另一要素尺寸的增加先減小后增大，其中進(jìn)深尺寸的改變是天井內(nèi)風(fēng)速不均勻系數(shù)變化的主要原因。

圖7 風(fēng)速不均勻系數(shù)隨面闊增加變化趨勢(shì)

分析可知，天井和廳堂內(nèi)部的風(fēng)速均勻程度受到天井面闊和進(jìn)深尺寸的影響，從整體上看，徽州傳統(tǒng)民居天井及廳堂空間內(nèi)部氣流分布的均勻程度隨著天井面闊和開(kāi)間尺寸的增加先增加后降低。當(dāng)天井面闊為M2時(shí)，各組民居內(nèi)部整體的風(fēng)速不穩(wěn)定系數(shù)均較低，氣流分布均勻，總體風(fēng)速變化較為穩(wěn)定。

4.2 風(fēng)區(qū)面積占比

風(fēng)區(qū)面積占比是指行人高度水平面上不同等級(jí)風(fēng)速所在區(qū)域的面積在總面積中所占的百分比，可以反映出區(qū)域內(nèi)風(fēng)速值的整體狀況。對(duì)16組數(shù)值模擬所得風(fēng)速云圖結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算出不同模擬組的靜風(fēng)區(qū)面積占比、和風(fēng)區(qū)面積占比、強(qiáng)風(fēng)區(qū)面積占比。將各組風(fēng)區(qū)面積占比的數(shù)據(jù)按照控制變量的組合分類(lèi)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

天井面闊尺寸與和風(fēng)區(qū)面積占比之間的變化呈現(xiàn)出一定規(guī)律性，如圖8，整體來(lái)看，當(dāng)每組進(jìn)深尺寸保持一致時(shí)，區(qū)域內(nèi)的和風(fēng)區(qū)面積占比隨著面闊尺寸的增加而增加，但隨著面闊尺寸的增加，每組內(nèi)和風(fēng)區(qū)面積占比的增加速度隨著面闊尺寸的增加逐漸變緩，當(dāng)進(jìn)深尺寸超過(guò)到J3時(shí)，和風(fēng)區(qū)面積占比會(huì)隨面闊尺寸呈拋物線趨勢(shì)變化，先增加后降低，當(dāng)面闊為M3時(shí)和風(fēng)區(qū)面積占比最大。對(duì)于天井進(jìn)深尺寸對(duì)和風(fēng)區(qū)面積占比的影響如圖9，當(dāng)面闊尺寸小于M3時(shí)，每組內(nèi)和風(fēng)區(qū)域面積占與天井進(jìn)深尺寸呈現(xiàn)出正相關(guān)聯(lián)系，當(dāng)天井進(jìn)深尺寸增加時(shí)，和風(fēng)區(qū)面積占比也會(huì)隨之增加。當(dāng)面闊尺寸大于M3時(shí)，和風(fēng)區(qū)面積占比與天井進(jìn)深尺寸呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的聯(lián)系，隨著天井進(jìn)深尺寸的增加，和風(fēng)區(qū)面積占比會(huì)隨之減少。由于各組強(qiáng)風(fēng)區(qū)面積占比較小，靜風(fēng)區(qū)面積占比與和風(fēng)區(qū)面積占比呈現(xiàn)出反向?qū)?yīng)的關(guān)系，因此靜風(fēng)區(qū)面積占比與天井幾何參數(shù)的變化關(guān)系與上述和風(fēng)區(qū)面積占比的變化趨勢(shì)相反。

圖8 和風(fēng)區(qū)面積占比隨面闊增加變化趨勢(shì)

圖9 和風(fēng)區(qū)面積占比隨進(jìn)深增加變化趨勢(shì)

通過(guò)以上分析，徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風(fēng)舒適性與天井面闊和進(jìn)深尺寸呈現(xiàn)出正相關(guān)的聯(lián)系，適當(dāng)?shù)卦黾犹炀叽缈梢詾槭覂?nèi)提供更為柔和舒適的風(fēng)環(huán)境。當(dāng)天井面闊尺寸大于M4時(shí)，室內(nèi)風(fēng)舒適度會(huì)隨著天井進(jìn)深的增加而降低，因而建議選擇較小的天井進(jìn)深尺寸；當(dāng)天井進(jìn)深尺寸大于J3時(shí)，過(guò)大的面闊尺寸會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)和風(fēng)面積占比減少，因此建議面闊尺寸盡量保持在M3以下。

4.3 單位面積和風(fēng)率

單位面積和風(fēng)率可以反映不同形態(tài)參數(shù)天井形成和風(fēng)區(qū)能力的強(qiáng)弱，單位面積和風(fēng)率越大，說(shuō)明該幾何參數(shù)的天井單位面積產(chǎn)生和風(fēng)區(qū)的效率越高。對(duì)16組模型的天井面積與和風(fēng)區(qū)面積占比進(jìn)行整理，計(jì)算出每組單位面積和風(fēng)率，將數(shù)據(jù)按照天井面積大小進(jìn)行排列，如圖10，可以看出天井單位面積和風(fēng)率與天井面積整體上呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的聯(lián)系，隨著天井面積的增大天井單位面積和風(fēng)率逐漸降低。對(duì)單位面積和風(fēng)率結(jié)果按照上文控制變量的組合分類(lèi)方法進(jìn)行分析，由圖11、圖12可以看出，天井單位面積和風(fēng)率與天井面闊和進(jìn)深的尺寸均呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的聯(lián)系，當(dāng)面闊和進(jìn)深增加時(shí)，天井單位面積和風(fēng)率逐漸下降。

圖10 單位面積和風(fēng)率隨天井面積增加變化趨勢(shì)

圖11 單位面積和風(fēng)率隨天井面闊增加變化趨勢(shì)

圖12 單位面積和風(fēng)率隨天井進(jìn)深增加變化趨勢(shì)

由分析可知，天井面積越大，其產(chǎn)生舒適風(fēng)速區(qū)的效率越低。因此，對(duì)徽州傳統(tǒng)民居的天井尺寸進(jìn)行選擇時(shí)，在滿足采光和通風(fēng)需求的前提下，盡量縮小天井的面闊和進(jìn)深，選擇更為高效率的天井尺寸，在為室內(nèi)提供舒適宜人的風(fēng)環(huán)境的同時(shí)，更好地滿足冬季防寒保溫的需要。

4.4 綜合通風(fēng)性能

上文從風(fēng)速不均勻系數(shù)、風(fēng)速區(qū)域面積占比、單位面積和風(fēng)率這三項(xiàng)風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的角度對(duì)徽州傳統(tǒng)民居不同幾何參數(shù)天井的風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)不同幾何參數(shù)的天井空間對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的風(fēng)速大小、均勻程度以及生成舒適風(fēng)區(qū)效率方面均產(chǎn)生不同程度的影響，但都是針對(duì)某一評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行單項(xiàng)分析，無(wú)法對(duì)天井的綜合通風(fēng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究將通過(guò)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)不同尺寸天井的各項(xiàng)風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，分析不同幾何參數(shù)天井對(duì)徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風(fēng)環(huán)境品質(zhì)的綜合影響。將16組數(shù)值模擬結(jié)果分別從和風(fēng)區(qū)面積占比、靜風(fēng)區(qū)面積占比、強(qiáng)風(fēng)區(qū)面積占比、風(fēng)速不均勻系數(shù)[23]、單位面積和風(fēng)率五項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行排序打分，計(jì)1～16分。其中和風(fēng)區(qū)面積占比、單位面積和風(fēng)率指標(biāo)為正向排序，數(shù)值越高室內(nèi)風(fēng)環(huán)境舒適度越高，得分越高；靜風(fēng)區(qū)面積占比、強(qiáng)風(fēng)區(qū)面積占比、風(fēng)速不均勻系數(shù)指標(biāo)為逆向排序，數(shù)值越高室內(nèi)風(fēng)環(huán)境舒適度越低，得分越低，綜合得分情況如表6與表7所示。為了更為直觀地分析綜合得分情況將分?jǐn)?shù)生成綜合得分色階圖，得分越高，顏色越深，如圖13。

表6 M1、M2組天井風(fēng)環(huán)境綜合通風(fēng)性能得分表

表7 M3、M4組天井風(fēng)環(huán)境綜合通風(fēng)性能得分表

圖13 天井風(fēng)環(huán)境綜合通風(fēng)性能得分色階圖

從圖13中可以看M2列和J1行顏色較深，且呈現(xiàn)出明顯的遞增性，當(dāng)天井面闊尺寸為M2時(shí)，隨著進(jìn)深的增加，顏色逐漸加深，綜合得分也越高；當(dāng)天井進(jìn)深尺寸為J1時(shí)，顏色深淺程度隨著面闊的增加而增加，綜合得分也隨之增加。為了探究綜合通風(fēng)性能最好的天井形態(tài)參數(shù)，針對(duì)M2面闊和J1進(jìn)深增加模擬組M2Jn、MnJ1（n=5、6、7...）繼續(xù)進(jìn)行研究。增加模擬組的參數(shù)選擇方法和數(shù)值模擬過(guò)程與其他模擬組保持一致，模擬結(jié)果和綜合得分如表8至表10所示。由圖14、圖15可以看出，M2組的綜合得分與進(jìn)深尺寸的關(guān)系呈拋物線變化趨勢(shì)，先增加后降低，頂點(diǎn)組為M2J4，得分最高，綜合通風(fēng)性能最好；J1組的綜合得分先隨著面闊的增加而增加，在M4J1時(shí)達(dá)到頂點(diǎn)，隨后開(kāi)始逐漸降低。因此，在天井幾何參數(shù)的選擇上，尺寸為M2J4或者M(jìn)4J1的天井綜合通風(fēng)性能較好，能夠很好地為徽州傳統(tǒng)民居營(yíng)造出舒適宜人的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境[24-25]。

表8 增加模擬組天井風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬結(jié)果

表9 M2組風(fēng)環(huán)境綜合得分表

表10 J1組風(fēng)環(huán)境綜合得分表

圖14 M2組風(fēng)環(huán)境綜合得分圖

圖15 J1組風(fēng)環(huán)境綜合得分圖

5 結(jié)語(yǔ)

徽州傳統(tǒng)民居在漫長(zhǎng)的歷史演化進(jìn)程中，針對(duì)徽州地區(qū)獨(dú)特的地理氣候積累了豐富的氣候適應(yīng)性經(jīng)驗(yàn)。但由于缺乏深入研究，這些方法和策略沒(méi)有得到很好的挖掘和運(yùn)用。本文通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行CFD數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了不同形態(tài)關(guān)鍵要素的徽州傳統(tǒng)民居天井與其室內(nèi)風(fēng)環(huán)境舒適度指標(biāo)的相互關(guān)系，主要結(jié)論如下：

（1）徽州傳統(tǒng)民居內(nèi)氣流分布均勻程度受到天井面闊和進(jìn)深尺寸的共同影響，隨著面闊和進(jìn)深尺寸的增加呈“U”形趨勢(shì)變化，區(qū)域內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速比之間的波動(dòng)程度先減小后增大，在面闊尺寸為1丈5尺（5.25m）時(shí)，室內(nèi)的風(fēng)速變化幅度最小，風(fēng)環(huán)境最為穩(wěn)定，人們不會(huì)感受到強(qiáng)烈的氣流變化帶來(lái)的不適感，舒適度最高。

（2）總體看來(lái)室內(nèi)和風(fēng)區(qū)域面積占比隨天井面闊和進(jìn)深尺寸的增加而增加，綜合天井面闊和進(jìn)深尺寸這一對(duì)參數(shù)來(lái)看，天井面闊尺寸是影響室內(nèi)風(fēng)環(huán)境舒適風(fēng)區(qū)面積大小的主要因素，當(dāng)天井面闊尺寸大于2丈1尺（7.35m）時(shí)，室內(nèi)和風(fēng)面積占比會(huì)隨著進(jìn)深尺度的增加先增加后降低。當(dāng)天井進(jìn)深尺寸大于6尺（2.1m）時(shí)，其室內(nèi)的舒適風(fēng)區(qū)占比會(huì)隨著面闊的增加而降低。因此在天井尺寸的選擇上宜選擇大面闊中進(jìn)深或者小面闊大進(jìn)深的尺寸組合，以營(yíng)造出更為舒適的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。

（3）天井的面積與單位面積和風(fēng)率的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的聯(lián)系，隨著天井面積的增大，單位面積天井產(chǎn)生的舒適風(fēng)區(qū)的效率就越低。面積過(guò)大的天井不利于冬季建筑的防寒保溫，所以應(yīng)在滿足夏季室內(nèi)風(fēng)環(huán)境品質(zhì)的前提下，盡量縮小天井的面闊和進(jìn)深，選擇更為高效率的天井尺寸，降低建筑在冬季因取暖而產(chǎn)生的建筑能耗。

（4）綜合文中徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)的5個(gè)要素來(lái)看，面闊為1丈5尺（5.25m），進(jìn)深為8尺（2.80m）或者面闊2丈1尺（7.35m）進(jìn)深為3尺（1.05m）的天井的整體通風(fēng)性能較好，能夠高效地為徽州傳統(tǒng)民居營(yíng)造出一個(gè)穩(wěn)定、舒適的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。

雖然本研究初步探究了徽州傳統(tǒng)民居天井形態(tài)關(guān)鍵要素與室內(nèi)風(fēng)環(huán)境之間的關(guān)系，但還缺乏對(duì)建筑其他氣候適應(yīng)性方法的考慮，例如冷巷、門(mén)洞、花窗等。并且建筑氣候環(huán)境是多因素共同作用的結(jié)果，即便是針對(duì)風(fēng)環(huán)境品質(zhì)的研究，還是不能忽略溫度、濕度、光照等多方面因素的影響。因此，需要進(jìn)一步展開(kāi)綜合氣候因素作用下，多要素多尺度的徽州傳統(tǒng)民居氣候適應(yīng)性研究。本研究采用現(xiàn)代技術(shù)手段驗(yàn)證了徽州傳統(tǒng)民居天井空間所蘊(yùn)含的氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)手法，通過(guò)對(duì)天井形態(tài)關(guān)鍵要素的控制和調(diào)整，能夠?yàn)榛罩輦鹘y(tǒng)民居營(yíng)造出更為舒適的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。以上結(jié)論在徽州傳統(tǒng)民居天井空間的設(shè)計(jì)過(guò)程中可作為一定參考，對(duì)當(dāng)代天井院落型居住建筑設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)，為徽州傳統(tǒng)民居的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。