爱华网一、何为“烟囱效应”
“烟囱效应”是室内外热压及风压共同作用的结果.如果将建筑物的一半高度位置视为中和面，整个原理可以描述为中和面以下房间从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气的换气过程（图1）.通常“烟囱效应”作用以热压为主，热压值与室内外温差产生的空气密度差以及进排风口的高度差成正比，如表所示.室内温度越是高于室外温度，或建筑高度越高，“烟囱效应”越明显. 通过合理组织设计能够实现室内有组织的自然通风。
表.烟囱效应作用引起的压强差N·m-1
温度/℃ | 不同垂直高度的空气压力差 | ||||
5 m | 10 m | 20 m | 50 m | 100 m | |
-10 | -2.32 | -4.64 | -9.28 | -23.2 | -46.4 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
10 | 2.32 | 4.64 | 9.28 | 23.2 | 46.4 |
20 | 4.64 | 9.28 | 15.56 | 46.4 | 92.8 |
二、天井的生态原理
天井之所以能够起到良好的生态效果，主要体现在热工方面的显著优势：调节通风，调节温度。大体上，我们可以从以下两个方面对它进行分析：
1、丰富的气候梯度
天井，敞口于上，通风纳气，承接阳光雨露日精月华，是建筑对气候资源的引入。尽管天井中的空气通过天井上口与大气连通，但其运动状态又有别于自然大气，即风水学中所谓的“藏风聚气”，由于天井周边的垂直界面对空气水平面运动的限制，天井内空气的层积效应导致气温出现竖向梯度，即冬季天井内的气温自上而下逐渐升高，而夏季刚好相反。这样，天井也就成为整个建筑的气候缓冲器和阻尼区，丰富了建筑的总体气候梯度，从而创造了恶劣气候条件下各季节都比较舒适的室内空间。而且，天井周边建筑结合出挑的屋檐能在夏季创造出全周期阴影，冷却小区域空气，塑造宜人的室外微小气候。气候梯度，即气候差异的层次性。在建筑界面对恶劣气候隔绝能力有限的情况下，增加梯度是缓和外界气候变化对室内舒适气候冲击的有效措施。恶劣而多变的外界气候对室内舒适环境的冲击被逐级削弱，这非常适合我国大陆性气候的需要。
2、可调节的热缓冲层
天井同时也是一个可调节的热缓冲层，热缓冲层是指通过建筑群体之间的组合关系，或者建筑界面的层次处理等设计策略，在室内气候与自然气候之间构筑一个可以调节的缓冲区域，既可以在一定程度上防止恶劣气候的不利影响，又可以通过对气候缓冲区域的调节来改变建筑的气候性能品质，应对气候变化。天井内空气的层积，可以减弱外部气流对室内舒适环境的不利影响，保持天井内的温度环境和风环境的相对稳定，利于冬季保温防寒，同时利用天井内的空气热压差形成的“烟囱效应”，可以在夏季通过启闭周边的门窗来控制和调节室内的通风降温。在一定比例范围内，当其平面尺度越小而高宽比越大时，天井就越能通过调节，或者明显地创造稳定的空气滞留，或者形成强大的热压差气流，就越能表现出明显的热工和通风性能优势，这在尺度高而窄的天井住宅里表现得最为突出，当然也会因此导致日照和采光能力的下降。天井的尺度和比例是针对具体气候状况，对日照、采光和通风性能等综合权衡的结果，所以《理气图说》中称天井“主放消纳，大则泄气，小则郁气，大小以屋势相应为准”。
三、生态设计的新天井
通过对普通结构天井的调节作用的研究，我们了解到天井的烟囱效应和热缓冲层的被动技术策 略。通常情况下，天井是没有盖的。有些地方采用开合式顶盖的天井，其目的主要是遮阳。在我国，聪明的古人也曾尝试通过对天井的局部改变，以加强它的调节强度和灵活度。例如我国江南民居中曾有一种开启式的“活天井”。“活天井”闭合后可以在夏天遮阳，冬天防风雪；开启后可以通风纳凉，或引入阳光。
受到启发，我们不禁想到，在冬季，天井顶部加上透光材料制作的顶棚，整个天井就如同一个温室，不仅隔绝外界的恶劣气候，天井也成了大暖房，吸收阳光，使空气温度升高。加热的空气又可以传递到周围的房间里，充分体现了“温室效应”的原理。到了春秋两季，打开顶棚，使之充分开敞，回归原来的天井，此时舒适的空气，阳光纳入了建筑内部。到了夏季，顶棚结构依旧开启，此时加上遮阳的百叶，既保证气流通畅，又能够遮挡阳光。同时，如果在天井中设置“水井”，“绿色植物”，不仅可以净化空气，也可以通过“水井”，利用地能，调节天井空气温度，湿度。这就是生态设计下的新天井给予我们的启迪。
四、总结
通过理论结合实践，从定性及定量的角度出发，我们对于天井的生态调节功能可以予以肯定。“气候梯度”、“热缓冲层”、“烟囱效应”、“温室效应”是天井设计所具备的有利生态因素。天井式住宅不仅有其建筑因素，更有益于其良好的热工性能。测试证明天井冬季阻挡外界恶劣气候，夏季成为清凉的“自然空调”，具有良好的热稳定性，天井内的空气温度场分布基本均匀，热舒适性良好，热环境质量较高。通过对其研究了解，在建筑设计中，加以新的运用，可以发挥它的生态效应，有利于建筑的节能，给予建筑师新的启发和借鉴。在住宅设计中，加入新天井，我们所说的新天井是指例如加了透光顶棚的天井，冬季关闭顶棚，成为温室，夏季打开顶棚，利用热压，促进通风，加上百叶，同时遮阳。结合绿化植被，水井等，可以创造舒适的天井环境。总之，科学的分析和汲取传统住宅中的精华，在传统的基础上不断改进，对在我国目前低投资，低能耗的条件下，改善住宅室内的热环境质量具有积极的意义，体现出设计的生态性。
