夏热冬冷地区带防雨天井的农宅夏季室内环境实测分析

林姝颖 赖婉玲 吴正旺

摘要： 为了厘清防雨天井对农宅夏季室内舒适度的影响，选取具有较高可比性的典型案例，开展室内外温湿度、风速、照度等指标的实测分析。结果表明：防雨天井能稳定且有效地组织室内的自然通风，但风速较小；防雨天井能有效改善农宅的室内天然采光，但午间偶有轻微眩光；防雨天井特别适宜于东西向布局的农宅，可有效缓解夏季东西晒的不利影响；设置该天井的农宅室内热环境较未设者更舒适；在夏热冬冷地区的农宅建设中，恰当地设置防雨天井可有效改善居住环境。

关键词：夏热冬冷地区； 防雨天井； 农宅； 室内舒适度

中图分类号： TU 119.22文献标志码： A   文章编号： 1000-5013（2024）01-0029-06

Measurement and Analysis of Summer Indoor Environment of Farmhouse With Rainproof Patio in Hot Summer and Cold Winter Regions

LIN Shuying， LAI Wanling， WU Zhengwang

（College of Architecture， Huaqiao University， Xiamen 361021， China）

Abstract：

In order to clarify the impact of rainproof patio on the summer indoor comfort of farmhouses， typical cases with high comparability are selected to conduct measurement and analysis of indoor and outdoor temperature and humidity， wind speed， illumination and other indexs. The results show that rainproof patio can stably and effectively organize indoor natural ventilation， but the wind speed is small. Rainproof patio can effectively improve the indoor natural lighting of farmhouses， but there is occasional slight glare during the noon. Rainproof patio is particularly suitable for farmhouses with east-west layout， which can effectively alleviate the adverse effects of east-west sun exposure in summer. The indoor thermal environment of farmhouses with this patio is more comfortable than those without it. In the construction of farmhouses in hot summer and cold winter regions，the appropriate rainproof patio can effectively improve the living environment.

Keywords：

hot summer and cold winter regions； rainproof patio； farmhouse； indoor comfort

农宅建设是乡村振兴的重要内容之一。作为传统民居的典型要素，天井具有改善天然采光、组织自然通风等功能，并一直广受夏热冬冷地区居民的喜爱。同时，天井也具有改善民居内部热环境［1-5］，加强民居室内的自然通风［6-8］，改善民居通风、降温等生态功能［9-13］。

当前乡村振兴中，农宅普遍基地面积较小，层数较多。近年来，在闽北夏热冬冷地区的农宅建设中，出现了一种带防雨功能的新型天井，其长、宽约2～3 m，高约3～5层，顶部设玻璃等采光防雨构造，并留有空隙通风，相关案例逐年增加。然而，增加顶部必然会影响天井的通风、采光及散热等功能。当楼层较多、用地局促时，这种建筑要素的适宜性仍有待研究。为厘清防雨天井对农宅夏季室内舒适度的影响，本文选取3个典型案例，在夏季对农宅开展温湿度、风环境、光环境等实測分析。

1 研究对象

以福建省南平市顺昌县仁寿镇的3幢农宅为研究对象。

农宅鸟瞰图，如图1所示。

图1中：农宅A（东西朝向）和农宅B（南北朝向）均设防雨天井，农宅A，B的天井平面尺寸分别约为2.2 m×4.2 m，1.0 m×6.0 m；农宅C未设防雨天井。

防雨天井剖面示意图，如图2所示。

农宅平面图，如图3所示。

农宅的基本信息，如表1所示。

当地夏季最高平均气温为34.4 ℃。实测期间，室外平均气温为31.6 ℃，最高气温为38.7 ℃，最低气温为25.0 ℃，全天最大波动幅度为12.4 ℃。相对湿度为39.6%～89.0%，平均相对湿度为67.4%。

2 研究概况

2.1 实测时间

2023年6月28日-7月5日，共计8日，选取晴天、多云、阴天等当地夏季的典型天气进行测量，时段为每日0：00-24：00，包括气温、相对湿度、风速和照度等4项指标。

2.2 测量仪器

TESTO 405i型热敏风速测速仪（量程0～30 m·s-1，测量精度±5%）、AZ88162型温湿度仪（（温度量程-30～70 ℃，测量精度±0.5 ℃；湿度量程0%～99%，测量精度±3%）、GM1030型照度仪（量程0～200 000 lx，测量精度±4%）各9台，均具有自动记录功能。热敏风速测速仪间隔5 min进行自动记录；温湿度仪和照度仪间隔30 min进行自动记录。

2.3 测点布置

在各农宅1层室内、室外及防雨天井顶部等处放置温湿度仪、热敏风速测速仪和照度仪，在农宅A的2层和天井顶部放置热敏风速测速仪。测点距地面均为1.5 m，设有防雨天井的农宅测点均布置于1层地面天井的正下方，未设天井的农宅测点布置于1层室内的对角线上［14］。按照居民既有的开窗、开门及闭户等日常习惯进行实测。

3 实测分析

3.1 设置防雨天井对农宅室内舒适度的影响

3.1.1 熱环境分析

农宅B，C的气温（θ）和相对湿度（F）实测数据对比，如图4，5所示。

由图4，5可知：农宅B的日间平均气温为29.3 ℃，日间平均相对湿度为73.7%，夜间平均气温为28.6 ℃，夜间平均相对湿度为79.5%，每日最低气温出现在6：20-7：20，最高气温出现在正午时段；农宅C主要依赖入户门及东侧门窗进行采光通风，日间平均气温为29.7 ℃，日间平均相对湿度为74.0%，夜间平均气温为29.2 ℃，夜间平均相对湿度为80.8%，农宅C日间多数时间只开启局部门窗，昼夜平均气温较接近。

总体上看，在全天约95%的时段，农宅B的室内气温均低于无防雨天井的农宅C，仅在正午短时段内略高于农宅C；农宅B，C的室内气温波动较小，但农宅B的热环境更为舒适。

3.1.2 风环境分析

农宅B，C的风速（v）实测数据对比，如图6所示。

由图6可知：农宅B，C的室内风速变化趋势与室外较接近，农宅C的风速波动幅度较大，农宅B的风速虽小但更稳定；农宅C上午的风速明显大于下午，农宅B则相反，故两幢农宅的风速峰值出现的时间也不相同；

在保持南侧入户门开启的状态下，农宅C的风速大部分时段大于农宅B。农宅C的居民习惯在午休时段将入户门关闭，导致某些时段内无风，由此可推断保持无防雨天井的农宅入户门窗的开启是组织通风流线的重要因素。

3.1.3 光环境分析

农宅B，C的室内照度（E）实测数据对比，如图7所示。

由图7可知：农宅B的室内采光优于农宅C，农宅B的室内最大照度值为1 745 lx，农宅C的室内最大照度仅有48.4 lx。

在朝向与周边环境相同的情况下，若不完全开启入户大门，农宅C的室内在绝大多数时段内须借助人工照明来满足日常生活的需求。农宅B的室内采光得益于防雨天井的设置，即使在午后入户门关闭的情况下，室内依旧能够满足采光的需求。由此可知，防雨天井可以很好地改善室内的光环境，减少人工照明。

3.2 防雨天井对不同朝向农宅室内舒适度的影响

3.2.1 热环境分析

农宅A，B的气温和相对湿度实测数据对比，如图8，9所示。

由图8，9可知：农宅A的最高气温为31.4 ℃，平均气温为28.9 ℃，气温波幅为3.4 ℃，最高气温出现在12：00-13：00，最低气温出现在6：30-7：00；两座农宅的室内平均气温约低于室外平均气温2.7 ℃，农宅A的室内最高气温低于室外最高气温7.3 ℃，农宅B的室内最高气温低于室外最高气温6.1 ℃，农宅A的隔热效果略优于农宅B；在22：00-8：00时段内，农宅B的室内平均气温高于农宅A约0.4 ℃，在8：00-22：00时段内，农宅A的平均气温高于农宅B约0.3 ℃；

在7：00-15：00时段内，农宅A，B室内气温均上升快，波动大，相对湿度则显著下降。

由此可知，两座农宅的相对湿度与气温的变化规律都存在时段上的差异，夜间及上午时段，农宅B的相对湿度（65.2%～84.8%）低于农宅A（65.2%～86.1%），而午后农宅B的相对湿度则高于农宅A。

3.2.2 风环境分析

农宅A，B的室内风速实测数据对比，如图10所示。

由图10可知：农宅A与农宅B的室内风速都不大，全天大部分时段有风，但也有部分时段的风速为0；农宅A的室内风速峰值出现在11：00-11：30，最低风速出现在14：30-15：30；农宅B的室内最高风速出现在17：00-17：30，农宅A，B最低风速出现的时段相同，主要原因是室外此时也处于风速的最低值。无论是东西朝向的农宅A还是南北朝向的农宅B，设置天井都能较有效地组织室内通风。

热压通风能够用于辅助风压通风，改善农宅室内的通风情况［15］。为了验证天井的热压通风潜力，在农宅A的天井底部、天井5.5 m处（农宅2层）及天井顶部布置了热敏风速测速仪，对天井不同高度的风速进行比较。

防雨天井不同高度的风速实测数据对比，如图11所示。

由图11可知：在实测的大部分时段内，天井顶部风速＞天井5.5 m处风速＞天井底部风速；

由于热压通风的大小与进出风口高差成正比关系［16］，在14：00-16：30时段内，天井底部由于入户门关闭风速为0，而天井5.5 m处和天井顶部仍保持有风状态。

3.2.3 光环境分析

农宅A，B的室内照度实测数据对比，如图12所示。

由图7，12可知：农宅A，B室内采光比农宅C有较大的改善，室内照度能较好地满足居民的日常生活需求，在日间无需人工照明辅助；在11：30-12：00时段内，农宅A，B的照度比11：00-11：30时段有明显下降，这是由于云层的遮挡导致太阳直射光减弱（当日多云），室内照度下降；农宅B的照度整体上变化幅度较小，农宅A的总体室内采光优于农宅B，但局部时段照度过高，需采取一定的遮阳措施以减少眩光。

4 讨论及结论

1） 防雨天井可穩定地组织自然通风，但风速较小。与传统天井不同，防雨天井平面尺寸小，高度大，因此，有利于形成热压通风，但风压通风则不稳定，且加设了采光顶部后，通风量减少。在实测中，室外风速一直很小，但除居民关闭入户门的时段外，设有防雨天井的农宅在大部分时段内均有微风，特别是农宅A，其进出风口高差约12 m，即便在入户门关闭的情况下，仍能产生明显的热压通风。

2） 恰当地设置防雨天井的形态及界面能进一步改善天然采光。农宅A为东西朝向，用地极其狭长，但内部设置的天井南北长、东西短，且天井内壁3面均为白墙，有利于阳光漫射，很好地改善了天然采光。农宅B也设置了防雨天井，其平面尺度、高度与农宅A近似，且两个天井的长边均为南北朝向，但农宅B的天井内壁白墙面积较少，且顶部采用阳光板，其透光率低于农宅A的玻璃，因此室内照度低于农宅A。需要注意的是，由于夏季午间太阳高度角大，阳光几乎垂直入射，导致防雨天井的底部四壁的照度远远高于室内平均值，可能会产生眩光。

3） 防雨天井可缓解由于建筑朝向不良导致的天然采光及自然通风缺陷。密集的建筑群能有效减少太阳辐射得热，也会导致通风采光不良，而防雨天井可加以改善。坐北朝南的农宅B的夜间气温高于农宅A，这是由于农宅B的东、西、北侧均被建筑紧贴，夜间散热能力减弱，而农宅A与周边建筑之间设有狭长的巷道，其作用与冷巷相似，可在夜间较好地辅助建筑散热。午后，由于农宅A西晒，故气温高于农宅B。由实测结果可知，防雨天井较好地改善了农宅内部的通风，两座农宅虽然朝向不同，但室内热环境差异不大，较为舒适。综上，天井的置入有效地改善了农宅的室内舒适度，但对东西朝向农宅的效果更加明显一些。

4） 设置防雨天井的农宅热环境较为舒适，但在午间时段（12：00-13：00）气温略高于同类农宅。农宅B在全天大部分时间的气温都低于农宅C。在12：00-12：30时段内，由于太阳直射导致农宅B的室内气温急速上升，但持续时间很短。防雨天井在改善采光的同时仍可通过组织自然通风将室内热量排出，提高了舒适度。

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