豫北传统合院式民居日照环境分析

【摘 要】本文分析传统合院式民居应对日照气候条件的特征基础上，应用仿真模拟的方法，从总体布局、平面设计和结构方式措施三个层面进行分析，旨在探讨豫北传统合院式民居针对地域性气候的日照策略。

【关键词】合院式民居；地域气候；日照策略

0 引言

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。

1 太阳辐射对民居的影响

日照与人类健康密切相关。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，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，1）太阳日照时间；2）太阳辐射强度。

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的接受日照。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（见图2），那么从上午10点到下午2点的太阳辐射量占80%左右（见图2）。

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。我们看传统合院式民居是怎样运用这些经验的。

2 豫北传统合院式民居在日照气候环境中的应对策略

2.1 建筑布局对日照采光的影响

由于豫北属于寒冷地区，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，豫北民居比较规整的院子是四进院，共有九重门，俗称“九门相照”，安阳县蒋村马丕瑶庄园是典型的“九门相照”（图1）。

取坐北朝南的正房窗台上一点计算它大寒日日照轨迹（如图3）。

从图4日规分析图上我们可以看到从8：30-16：30正房大寒日日照时数为8个小时（图中黑色区域为太阳照射时间范围）。

我们取东厢房窗台上一点计算它日照轨迹，（如图5）。东厢房只有从15：00-17：00将近2个小时的满床日照时数（如图6）。

我们取西厢房窗台上一点计算它日照轨迹（如图7）。

西厢房有从7：00-10：30 3.5个小时的满窗日照时数（如图8）。

从以上分析我们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，更好的为冬季纳阳服务。

2.1.1 院落组合应对日照采光的策略

河南的气候特征总的来说是由北到南呈由冷到热、由干燥到湿润的变化趋势，反映在合院式民居日照环境的空间布局上，则由豫北到豫东的合院式，再到豫南地区的接近于厅井式过度，院落的大小基本与纬度的高低成正比，即纬度高的地区院落较大，纬度低的地区院落较小。这种变化的规律也与太阳高度角的变化有紧密的联系，即豫北地区冬季寒冷需要日照，并且由于太阳高度角低，房屋之间必须有足够的间距才能争取到充足的日照，所以院落的东西间距较大，以更好的接纳阳光，而且体量最大的正房位于北端，秋冬季强劲的西北风被高大的正房阻挡，不能侵入院落，但这与开封、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”。以此看来确实是与冬季采光有密切关系。

2.1.2 院落单体高度对院落内日照的影响

豫北地区合院式民居的高度只有正房是统领高度的两层，其余房间为一层，正房高度除了遮挡冬季季风的侵袭外，在纵向上也拉大了南向集热面的面积，另外其余房间高度的降低可以保证合院内部日照不被遮挡，保证院落内部温度的提高，从而向院内其他房间进行热辐射；而豫南则正好相反。

豫东叶氏住宅建筑高度较高，正房和倒座均为二层。图10为叶氏住宅冬至日日平均辐射总量图，院落外最高日辐射量有5138wh，院落中可控制到2733wh。豫北马丕瑶冬至日日平均辐射院外最高为1155wh，院落中能控制到1010wh，叶氏民居院落日平均辐射差值较大。可见较高的建筑高度对院落内部纳阳也起到了遮挡的作用。

2.2 建筑平面朝向对日照采光的影响

2.2.1 建筑平面朝向应对日照采光的策略

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。如图11所示。

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。

选择并确定建筑整体布局的朝向是建筑整体布局首先要考虑的。其原则是朝向尽可能使建筑冬季获得足够的日照，避开主导风；夏季防止太阳辐射，并能利用自然通风。首先要避免东西朝向。受条件限制不能保证时，可采用锯齿或者错位方式布置房间，以减少东西晒，同时可配合遮阳，绿化等进一步控制西向热辐射强度。廊式空间的处理一方面可遮阳蔽日，以减少室内的热辐射；另一方面也满足了人与自然地接触、对外交往的心理需要。

建筑总体环境布置时，应注意护墙体的太阳辐射强度及日照时数，尽量将建筑布置成南北向或偏东、西30°的角度，忌东西向布置。

在住宅的平面布置中，可以依据房间使用时间和用途来安排房间的朝向位置，如在寒冷地带可将卧室布置在朝西南向，下午接受日照，晚上能保持较高的温度，可将书房布置在东南向，上午接受日照，下午散热，以便白天工作时温度不至于太高。同理在炎热地区相反布置，使休息类房间晚上能尽早散热，工作类房间白天温度不至太高。

【参考文献】

[1]刘加平.建筑创作中的节能设计[M].2009.中国建筑工业出版社.

[2]袁博成.基于健康住宅建筑日照研究[J].2009.03.期刊论文.