川渝地區(qū)夯土民居冬季室內(nèi)熱環(huán)境研究

李彭源

（重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建材專(zhuān)業(yè) 重慶 400000）

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，夯土民居一直因其冬暖夏涼的特性，為廣大村落居民提供了舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，成為各國(guó)建筑行業(yè)研究的熱點(diǎn)。[1]但目前國(guó)內(nèi)對(duì)夯土民居熱穩(wěn)定性的研究還比較少見(jiàn)，沒(méi)有充分的數(shù)據(jù)證實(shí)居民長(zhǎng)久以來(lái)對(duì)夯土民居的觀點(diǎn)，更沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)夯土民居的保溫隔熱設(shè)計(jì)。因此，對(duì)夯土民居室內(nèi)熱環(huán)境展開(kāi)測(cè)試調(diào)研，從而對(duì)其保溫隔熱性能進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，可對(duì)其維持室內(nèi)溫度穩(wěn)定的有效性提供有力證明。

1 調(diào)研狀況

1.1 位置概況

2019年1月19 日～2019年1月22日，筆者一行人赴四川省巴中市大茅坪鎮(zhèn)得陽(yáng)村，對(duì)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。得陽(yáng)村位于巴州區(qū)大茅坪鎮(zhèn)西北方向，距離巴城19km，面積3.3km2。本地土地資源豐富，傳統(tǒng)民居以夯土為主，對(duì)照有代表性。村里民居大多數(shù)依山而建，南向面朝巴河，并且呈高差錯(cuò)落一字排開(kāi)，房屋前后大多都有植被或水池存在，自然環(huán)境優(yōu)良。

1.2 調(diào)研方案

筆者在調(diào)研期間對(duì)當(dāng)?shù)?0戶農(nóng)宅發(fā)放了60份調(diào)查問(wèn)卷并全部收回，其中有效問(wèn)卷56份。有效率達(dá)93.3%。調(diào)查問(wèn)卷內(nèi)容分為房屋基本情況，家庭基本情況，室內(nèi)熱環(huán)境情況，住宅期望四個(gè)部分。

1.3 調(diào)研結(jié)果

1.3.1 房屋基本情況

該村落農(nóng)宅建筑平面形式以‘L’型或“凹”型居多，有效調(diào)研樣本中“L”型21戶，“凹”型35戶。建筑材料以生土和木料聯(lián)系為主。平面形式占比見(jiàn)圖1。

圖1 平面形式占比（資料來(lái)源：作者自繪）

圖2 民居建筑年代占比（資料來(lái)源：作者自繪）

在調(diào)研樣本中，農(nóng)宅的居住性質(zhì)以自建為主，購(gòu)買(mǎi)或租住的占比不足2%。56戶農(nóng)宅建筑中，修建于20世紀(jì)20年代的占比3.6%；建于20世紀(jì)30年代到50年代的占比5.4%；建于20世紀(jì)60年代和70年代的占比分別為8.9%和10.7%；此外有14.3%的農(nóng)宅建于20世紀(jì)80年代；而20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初建成農(nóng)宅所占比分別為33.9%和23.2%。民居各自的修建年代占比如圖2。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，農(nóng)宅的房間功能劃分比較簡(jiǎn)單，90%以上的堂屋都失去了原有的會(huì)客休閑功能，轉(zhuǎn)而用作生產(chǎn)和儲(chǔ)藏。而廂房則用作起居和休閑。部分屋子雖然空間較大，但處于閑置狀態(tài)。房間的功能分別基本上以生產(chǎn)和生活兩種需求來(lái)區(qū)別，而房間的使用功能相對(duì)于寬泛。

1.3.2 家庭基本情況

調(diào)研統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示如圖3，該村落大部分農(nóng)宅家庭人口以2～4人為主，占比超過(guò)65%。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，吸引大量農(nóng)村青年勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，這對(duì)農(nóng)村家庭人口結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。[2]結(jié)合被調(diào)研人的年齡分布，也反映了如今農(nóng)村人口流失的現(xiàn)實(shí)。[3]調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)鼐用竦闹饕杖雭?lái)源為在家務(wù)農(nóng)和外出打工，在家務(wù)農(nóng)的占比超過(guò)65%，個(gè)別經(jīng)濟(jì)條件比較好的以退休金為生，如圖4。經(jīng)濟(jì)體制改革使中國(guó)的收入差距逐步擴(kuò)大，農(nóng)村內(nèi)部收入差距呈擴(kuò)大趨勢(shì)。[2]調(diào)研統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)也顯示，得陽(yáng)村居民的年收入差距較大，但大多數(shù)家庭仍處于中低收入水平，如圖5。因此，在未來(lái)對(duì)農(nóng)宅的修復(fù)改造中，要采用低成本的適宜，因地制宜，充分利用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)材料和原有建筑材料，避免大拆大建。

圖3 家庭人數(shù)占比

圖4 收入來(lái)源占比

圖5 收入水平占比

1.3.3 室內(nèi)熱環(huán)境情況

為了了解居民對(duì)室內(nèi)環(huán)境的主觀感受，筆者從冬季冷感，夏季熱感兩方面對(duì)夯土居民進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)這兩方面分別設(shè)置了3個(gè)等級(jí)供居民選擇[3]。調(diào)研結(jié)果顯示，超過(guò)70%的住民認(rèn)為夏日不感覺(jué)熱；22.5%的居民認(rèn)為熱，但可接受；只有不到2%居民認(rèn)為夏日屋內(nèi)很熱，難以接受，如圖6。在冬季，則只有25%的居民認(rèn)為不感覺(jué)冷；60%的居民認(rèn)為冷，但可接受；15%的居民認(rèn)為很冷，難以接受，如圖7。由此可知，夯土民居夏季的熱環(huán)境狀況要好于冬季。

圖6 夏室內(nèi)熱環(huán)境主觀感受

圖7 冬室內(nèi)熱環(huán)境主觀感受

針對(duì)這樣的室內(nèi)熱環(huán)境，筆者對(duì)該村落民居的建筑能耗進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如圖8。由圖可知，夯土民居的居民一般經(jīng)濟(jì)狀況不好，超過(guò)30%的居民采用個(gè)體取暖方式，通過(guò)增加衣服來(lái)御寒；通過(guò)燃燒干柴、秸稈及煤炭取暖的居民居多，個(gè)別采用烤電火爐或燃燒天然氣，極少數(shù)使用空調(diào)。而夏季則多采取開(kāi)窗、開(kāi)門(mén)或使用扇子來(lái)降溫，還有一部分居住者會(huì)采用風(fēng)扇降溫，少數(shù)使用空調(diào)。

圖8 冬季、夏季取暖/降溫措施占比

1.3.4 住宅期望

據(jù)當(dāng)?shù)鼐用衩枋觯迓渲鞋F(xiàn)有的一些磚房是由于地震把原有的夯土房的結(jié)構(gòu)破壞了，后面又重建的。筆者對(duì)這類(lèi)情況的居住者進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，他們大多認(rèn)為原來(lái)的夯土房夏涼冬暖，居住起來(lái)十分舒適，但是夯土房有個(gè)缺點(diǎn)就是墻體不美觀，有些時(shí)候墻體還會(huì)鼓脹。相比較而言，磚房就干凈整潔很多，但是冬冷夏熱，居住起來(lái)不舒適，此外磚房的成本會(huì)比較高，村里大多數(shù)人都還沒(méi)有這個(gè)條件。

可見(jiàn)，夯土材料雖然具有很好的熱工性能，在當(dāng)?shù)匾菜闶琴Y源豐富，但大多數(shù)人卻認(rèn)為其粗糙而不“高級(jí)”，尤其在扶貧工作開(kāi)展下，破敗鼓脹的墻體更是貧困的象征，勢(shì)必會(huì)遭到拆除。而在我國(guó)，對(duì)具有現(xiàn)代審美價(jià)值的夯土建筑的研究，可謂鳳毛麟角，跟不上扶貧工作開(kāi)展的進(jìn)度，因此，研究新型夯土技術(shù)，提升夯土房的美觀性，讓傳統(tǒng)村落的建筑風(fēng)貌得以保護(hù)與延續(xù)迫在眉睫。

2 典型傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)

為掌握夯土民居熱環(huán)境狀況，科學(xué)評(píng)價(jià)夯土民居室內(nèi)熱環(huán)境，課題組對(duì)當(dāng)?shù)匾粦艟哂写硇缘暮显菏胶煌撩窬邮覂?nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了近一天的連續(xù)測(cè)試。

2.1 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器及參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試儀器及測(cè)試參數(shù)

2.2 測(cè)試方法

對(duì)夯土民居室內(nèi)熱環(huán)境的研究，一直以來(lái)都以夏季居多，對(duì)于冬季的研究較少，但根據(jù)上文的調(diào)研問(wèn)卷可知，該地區(qū)冬季存在室內(nèi)熱環(huán)境問(wèn)題。因此本文主要對(duì)冬季夯土民居的室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行測(cè)量[4]。

案例建筑為當(dāng)?shù)匾粦?00多年歷史的普通合院式夯土民居，外形基本保持原有的風(fēng)貌，建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，坡屋頂構(gòu)造，平面采用的“凹”字型布局方式。

測(cè)點(diǎn)的布置如圖9所示，共布置18個(gè)測(cè)點(diǎn)，堂屋、堂屋旁的臥室、雜物間三個(gè)房間的室內(nèi)、內(nèi)外墻的內(nèi)外表面都布置了測(cè)試點(diǎn)共計(jì)13個(gè)，臥室的閣樓上布置測(cè)試點(diǎn)3個(gè)，除此之外，室外布置了測(cè)試點(diǎn)2個(gè)。

2.3 測(cè)試結(jié)果

如圖11，對(duì)巴中冬季典型天室內(nèi)外溫度分析：①室外平均氣溫為6.4℃，晝夜溫差10.1℃。建筑內(nèi)部空間中，平均溫度最高的是臥室8.2℃，溫度峰值和谷值也是最高。作者分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因有兩個(gè)：a.臥室處于中間位置，與室外接觸面積最少，因此受室外溫度的影響最小。b.臥室接受太陽(yáng)輻射量最多、效果最顯著，特別是在中午太陽(yáng)直射、方位角最小的時(shí)候；②與臥室緊挨著的最西面的雜物間，平均溫度為7.8℃，僅次于臥室，這是由于雜物間的西面山墻受到西曬的影響，冬季下午接受的太陽(yáng)輻射比其他房間多，而且雜物間的門(mén)窗密閉性較好；堂屋是一天中升溫最早而降溫最晚的，平均氣溫7.8℃，主要和人在堂屋中的活動(dòng)成正相關(guān)，白天10：00以后由于人開(kāi)始在堂屋勞作，堂屋升溫較快，夜間20：00以后由于人在堂屋活動(dòng)減少而降溫較快。③閣樓的平均氣溫是所有房間中最低的，這是由于閣樓門(mén)窗以及屋頂與墻的密閉性不是很好，閣樓溫度容易受室外溫度的影響。④從圖中可以看出，相對(duì)于室外溫度而言，各房間室內(nèi)溫度起伏不大，尤其是臥室和雜物間，溫度峰值直到下午18：00才出現(xiàn)，與室外溫度峰值相比推遲了4h，這一現(xiàn)象可歸結(jié)為夯土墻的時(shí)滯效應(yīng)。正是由于夯土墻具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和較大的蓄熱系數(shù)，熱延遲時(shí)間也較長(zhǎng)，使得墻體長(zhǎng)時(shí)間保存了下午接受到的太陽(yáng)輻射能，保證了室內(nèi)氣溫的穩(wěn)定。

圖9 平面圖及其測(cè)試點(diǎn)布置圖

圖10 作者實(shí)地測(cè)試

圖11 室內(nèi)外空氣溫度變化

通過(guò)對(duì)以上測(cè)試結(jié)果的分析可知，在實(shí)地測(cè)試的1月份，巴中當(dāng)?shù)貢円箿夭畋容^大，而夯土建造的民居當(dāng)未采用任何采暖設(shè)備時(shí)，其室內(nèi)溫度依舊維持在一定范圍，全天溫度變化幅度非常小，由此不難得出，夯土墻體熱穩(wěn)定性非常顯著，能夠保證建筑良好的室內(nèi)熱環(huán)境。

3 結(jié)論

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，得陽(yáng)村居民普遍對(duì)以生土為墻體材料的傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境表示滿意，認(rèn)為其冬暖夏涼，性能遠(yuǎn)優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)，但不美觀，因此，對(duì)具有現(xiàn)代審美價(jià)值的夯土民居的研究需要更多投入；通過(guò)實(shí)地測(cè)試得知，即使當(dāng)?shù)睾煌撩窬釉谖床捎萌魏尾膳O(shè)備時(shí)，其室內(nèi)溫度依舊維持在一定范圍，科學(xué)的評(píng)價(jià)了夯土民居優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，且當(dāng)生土地資源豐富，結(jié)合因地制宜的修建原則，夯土建筑仍在當(dāng)?shù)鼐哂斜Ａ艉屯茝V的意義。