河南传统合院式民居在适应性中日照环境分析

郑州大学建筑学院 韩文翔

开封建筑设计院有限公司 宋太华

珠海兴业幕墙工程有限公司 苗桂荣

河南传统合院式民居在适应性中日照环境分析

郑州大学建筑学院 韩文翔

开封建筑设计院有限公司 宋太华

珠海兴业幕墙工程有限公司 苗桂荣

传统合院式民居建筑是经历了千年留传下来的建筑形式，其中的气候适应性经验，有些由于时代的局限，已经不能适应当代的建筑需要，但我们有必要利用现代技术，在不影响其经济性和易用性的前提下，对其进行适当的改造和开发。发掘其中的气候适应性经验，然后进行适当的改进和优化，使得现代建筑更适应建筑地域生态环境，满足人居环境的需要。

一、太阳辐射对民居的影响

目前大量研究都证实日照在杀灭细菌、保持健康、预防疾病等方面都具有重要作用，而且日照对我们日常工作采光、取暖等方面也起着非常重要的作用。我们的祖先早就认识到了这一点，因此在建筑设计中与日照环境紧密联系着。对于日照的取利弊害中无碍乎有两个方面，冬季的纳阳保温，和夏季的遮阳避暑。

冬季的纳阳对北方民居是非常重要的，太阳辐射能地接受和两个因素有关，太阳日照时间和辐射强度。

为了冬季有效地接受太阳能，就必须在一天中辐射强度最大的时间区域尽可能多地接受日照。中午辐射强度最大，例如安阳地区冬至日日照时间为7∶30-17∶30，那么从上午10点到下午2点的太阳辐射量占80%左右（见图1）。

基于此我们总结经验，建筑物集热面的朝向决定太阳日照时间，太阳高度角决定辐射强度，总体来说日照时间还是最主要的因素。很明显：集热面在南向是日照时间最长的，而且日照时太阳高度角也比较高。我们看传统民居是怎样运用这一点的。

二、传统合院式民居在日照气候环境中的设计方法

1.建筑朝向对日照采光的影响。豫北属于寒冷地区，气候特征接近河北，与河北传统合院式民居相似。基本形式是三合院（又称抽屉院）、四合院（又称盒子院）住宅，又有多重院子组合，比如二进院、三进院形式，豫北民居顶级的院子是四进院，共有九重门，俗称“九门相照”，安阳县蒋村马坯瑶庄园是典型的“九门相照”（图1）。

图1 安阳马坯瑶

正房大寒日日照时数为8个小时，东厢房2个小时的满窗日照时数。西厢房3.5个小时的满窗日照时数。可以看出豫北合院式民居面阔比较大，其实它是为了拉大南向建筑集热面，更好地为冬季纳阳服务。

豫北地区的院落阔深比要大些，与开封、豫东地区相比差别很小，豫西较小，豫西南更小。刘致平先生曾做过这样的论述“院落与房屋的面积比例，就普通四合房来说(乡间同此)约略1∶3，对于通风采光勉强适用，但是云南一颗印面积比例是1∶5.5，北京约为1∶2，辽宁约为1∶1.5……，院落愈北愈大的现象，也许和冬天纳阳有关系”。

建筑物墙面上的日照时间，决定墙面接受太阳辐射热量的多少。冬季因为太阳方位角变化范围小，在各朝向墙面上获得的日照时间的变化幅度很大，以安阳为例，在建筑物无遮挡的情况下，以南墙面的日照时间最长，自日出到日末，都能得到日照。北墙面全日得不到日照。在南偏东（西）30°朝向范围内，冬至日可有9小时日照，而东、西朝向只有3.5小时日照。夏季由于太阳方位角变化的范围较大，各朝向的墙面上，都能获得一定的日照时间，东南和西南朝向获得日照时间较多，北向较少。夏至日南偏东及偏西60°朝向的范围内，日照时间均在8h以上。

2.墙体蓄热。如图2所示马坯瑶正房为了蓄积热量北向并没有开窗户，我们在冬至日对其进行热工分析。

图2 马坯瑶正房

首先绘出北向不开窗户的最冷日逐时得热对比分析图表。再来绘出北面开两扇宽1.2m高1.5m窗户的最冷日逐时得热分析图表。我们把经过处理的分析图放在一起比较如图3。

从图上来看从太阳直接辐射得热，结果传导得热，区域内得热每一项的指标北向没有开窗户的正房均比北向开窗户的正房要大，尤其是区域内得热，一天中辐射得热差不多相差800W，可见，北向不开窗或者开小窗可以提高我们住宅的保温性能。

我们以此来联想现代建筑中墙体集热的设计。冬季北方太阳辐射位置较低，这一点，向墙体这样的垂直面就会有效的接受太阳辐射热，可以利用墙体进行蓄热。可是白天蓄积的热量如果不采取措施，到晚上墙体还会被迅速的冷却下去，大量的热再次挥发出去。因此如何有效的利用太阳辐射让墙体吸收储存热量，减少热量的流失，正是窗户和隔热设施所要做到的。

图3 两种情形比较

利用墙体蓄热的基本原理是利用墙体的热容量使得传热滞后，有3种形式见图4。

图4 墙体蓄热的3种形式

设计蓄热部分的关键在于能收集到热量（射入室内太阳辐射的热量），保温隔热（抑制热量的流失），热容量之间的平衡关系，其中隔热保温室最为重要。然而即便隔热做得很好，如果墙体的蓄热容量过大，室内温度也不会太高；如果蓄热容量过小，又会导致白天过热夜晚温度过低。

我们看到马坯瑶民居就是以南向作为集热面，将其他面的热损失控制到最低限度，中间隔墙为蓄热部位。是第3种混合蓄热的一种形式。

以下是巴尔格木住宅（见图5），混合型的一个典例：该住宅用土坯建成，其中温室朝南，温室包裹着其他房间，温室和房间之间的隔断为蓄热墙。并且温室上部的热暖空气，冬季时用风扇送到一层地板下边的岩棉垫床，采暖和集热；夏天，从温室上部的气孔排除到室外。

图5 巴尔格木住宅

三、结语

从未来的发展来看，合院式民居作为中国社会最具有代表性的地方性建筑，寄托了人们太多的情感，依然会以各种形式继续存在下去。对传统合院民居的继承和发展，不能仅仅停留在形式语言与符合语言的延续上，要分析和利用其中的文化实质意义和空间形态优势，使其能在现代建筑设计中发挥作用。