徽州民居冬季室內(nèi)濕環(huán)境

黃志甲 劉精晶 張恒 董亞萌 魯月紅

摘要：對徽州地區(qū)兩棟典型民居冬季室內(nèi)溫度、濕度進行連續(xù)測試，通過對比徽州傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居室內(nèi)熱濕條件，考察了不同功能區(qū)域室內(nèi)濕環(huán)境及熱舒適性。結(jié)果表明，傳統(tǒng)民居冬季室內(nèi)處于潮濕及非常潮濕等級，相對濕度值高于現(xiàn)代民居，但傳統(tǒng)民居室內(nèi)濕度日較差小于現(xiàn)代民居，室內(nèi)濕環(huán)境穩(wěn)定性良好；傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)均高于0.8，室內(nèi)濕環(huán)境對室外濕環(huán)境響應明顯；在自然通風條件下，傳統(tǒng)民居廳堂、廂房熱舒適時間段占比分別為736%、8.77%，冬季室內(nèi)熱舒適性差，建議采用局部采暖設(shè)施。

關(guān)鍵詞：徽州傳統(tǒng)民居；室內(nèi)濕環(huán)境；冬季；自然通風；熱舒適

中圖分類號：TU111.3 文獻標志碼：A文章編號：16744764（2018）02010907

收稿日期：20170520

基金項目：國家自然科學基金（51478001）

作者簡介：黃志甲（1963），男，教授，博士，主要從事建筑節(jié)能和綠色建筑研究，Email：hzj@ahut.edu.cn。

Received：20170520

Foundation item：National Natural Science Foundation of China （No.51478001）

Author brief：Huang Zhijia （1963）， professor， PhD， main research interests： building energy efficiency， heat & mass transfer， Email：hzj@ahut.edu.cn.Indoor humidity environment of Huizhou vernacular dwellings in winter

Huang Zhijia， Liu Jingjing， Zhang Heng， Dong Yameng， Lu Yuehong

（ School of Civil Engineering and Architecture， Anhui University of Technology， Maanshan 243002， Anhui， P.R.China）

Abstract：Temperature and humidity were measured in two typical Huizhou dwellings in winter in order to compare the indoor thermal and humidity conditions in the Huizhou traditional vernacular dwelling with that in the modern dwelling. The indoor humidity environment and thermal comfort in different zones were also studied. The research results show that the level of the humidity environment is at ‘wet and ‘very wet in the Huizhou traditional vernacular dwelling in which the relative humidity is higher than that in the modern dwelling. The daily amplitude of humidity is smaller in the traditional vernacular dwelling than that in the modern dwelling， which is considered that the indoor humidity environment is stable well. There is a strong correlation between the outdoor humidity ratio and the indoor humidity ratio with a correlation coefficient over 0.8 both in the traditional vernacular dwelling and the modern dwelling. However， only 7.36% time in the hall and 8.77% time in the wingroom are comfortable with natural ventilation in the traditional vernacular dwelling， that means that the thermal comfort is unsatisfied. To improve the indoor thermal comfort， it is supposed to apply local heating equipment.

Keywords：Huizhou traditional vernacular dwelling； indoor humidity environment； winter； natural ventilation； thermal comfort

空氣溫度、濕度是室內(nèi)物理環(huán)境兩個重要參數(shù)。室內(nèi)空氣溫度與人體熱舒適以及建筑能耗等息息相關(guān)，學者們已經(jīng)對室內(nèi)熱物理環(huán)境的研究做了大量工作。Yoshino等[12]對中國住宅建筑室內(nèi)熱環(huán)境進行了大規(guī)模調(diào)查，旨在預測室內(nèi)溫度對熱舒適以及供暖/空調(diào)能耗的影響。Han等[3]通過對熱濕地區(qū)住宅居民熱舒適調(diào)查，旨在得出當?shù)鼐用駸嶂行詼囟龋瑸槟戏降貐^(qū)低能耗系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)。李崢嶸等[45]通過研究發(fā)現(xiàn)，浙江中部傳統(tǒng)民居的建筑選址、朝向、室內(nèi)空間布局以及建筑開口設(shè)計均有良好的氣候適應性，且“過渡空間”及輕質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)的均有較好的隔熱效果，營造良好的室內(nèi)熱環(huán)境。事實上，室內(nèi)物理環(huán)境由熱濕耦合共同作用，忽視室內(nèi)濕物理環(huán)境會影響對人體熱舒適、建筑能耗、建筑使用壽命等方面的準確評估。室內(nèi)濕度過低會引起眼睛、鼻腔、呼吸道粘膜、皮膚等部位干燥的不適癥狀，F(xiàn)anger[6]通過實驗得出室內(nèi)相對濕度值應不低于20%。室內(nèi)空氣濕度過高易滋生霉菌，影響室內(nèi)空氣品質(zhì)，同時，濕組分在建筑材料中的遷移和積累將嚴重降低圍護結(jié)構(gòu)熱工性能，進而增大建筑能耗[7]。當環(huán)境溫度較高時，較高的相對濕度會增加人體熱感[8]。Kalamees等[9]對芬蘭170戶獨立式住宅進行為期兩年的室內(nèi)溫濕度實測，研究得出通風系統(tǒng)較圍護結(jié)構(gòu)材料對室內(nèi)溫濕度變化的影響更大。張會波等[10]對中國9個城市的76棟住宅室內(nèi)濕環(huán)境現(xiàn)狀進行實測，研究發(fā)現(xiàn)，冬季集中采暖地區(qū)的住宅室內(nèi)空氣干燥，夏季南方城市住宅室內(nèi)濕度過高，超過ASHRAE規(guī)定的上限值，中國住宅室內(nèi)濕環(huán)境問題嚴峻。室內(nèi)濕度除了和室外濕度有關(guān)外，與采暖/制冷系統(tǒng)、人員活動、建筑氣密性等因素密切相關(guān)。

徽州地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，年降水量達到1 500～2 000 mm，夏季濕熱、冬季濕冷?；罩輦鹘y(tǒng)民居建筑開口尺寸小、建筑布局緊湊、通風不暢等特點造成室內(nèi)濕環(huán)境條件較差。中國學者多關(guān)注徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱物理環(huán)境特點，研究民居被動式設(shè)計技術(shù)以及其對室內(nèi)溫度的影響。林波榮等[1112]得出徽州傳統(tǒng)民居夏季優(yōu)先考慮遮陽，并輔助自然通風以改善室內(nèi)熱環(huán)境。宋冰等[1314]結(jié)合實測和主觀問卷調(diào)研的方法，得出徽州傳統(tǒng)民居夏季溫度在居民可接受范圍內(nèi)，主要問題是室內(nèi)潮濕，冬季溫度低、濕度大，室內(nèi)熱舒適性較差。陳曉揚等[15]通過研究得出在過渡季徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)整體熱環(huán)境較好，但夜間溫度低、濕度大，影響室內(nèi)熱舒適性。因此，對徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)濕環(huán)境現(xiàn)狀及其影響因素仍需進一步探索。

本文以徽州民居室內(nèi)濕環(huán)境為研究重點，結(jié)合實地考察、測繪、現(xiàn)場實測的方法，對位于安徽省宣城市涇縣査濟村的兩棟典型民居冬季室內(nèi)外溫度、濕度進行測試，對比傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居熱濕條件，旨在定量描述徽州民居室內(nèi)濕環(huán)境現(xiàn)狀，為當?shù)孛窬邮覂?nèi)濕環(huán)境的改善提供理論資料。

第2期 黃志甲，等：徽州民居冬季室內(nèi)濕環(huán)境1實驗

1.1實驗設(shè)備

TR71Ui/TR72Ui溫濕度計（北京易購安科技有限公司），HI9065便攜式溫濕度測定儀（杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司）。

1.2實驗方法

測試徽州傳統(tǒng)民居為典型清代民居，坐北朝南，內(nèi)含狹長的“一字型”天井，屋頂采用望磚結(jié)構(gòu)，外圍護結(jié)構(gòu)為青磚砌筑的空斗磚墻，內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)為木構(gòu)架體系，1層為生活區(qū)，2層為儲藏區(qū)?；罩莠F(xiàn)代民居距離傳統(tǒng)民居約500 m，建筑為磚混結(jié)構(gòu)，平面方正，屋頂具有加裝玻璃頂棚的天窗，1、2層為生活區(qū)，3層為儲藏區(qū)，具有現(xiàn)代新建民居的典型代表性。

選取民居主要功能區(qū)進行測試，傳統(tǒng)民居廳堂（H）與天井連接，直接與室外相通；廂房（WR）屬于單開口空間，鏤空的花格窗朝向天井，兼具采光和通風作用，為防止地下潮氣，廂房地面采用架空鋪設(shè)的木板結(jié)構(gòu)；測試的廳堂及廂房均未安裝空調(diào)等設(shè)備?，F(xiàn)代民居客廳（LR）鋪設(shè)地板磚，臥室（BR）鋪設(shè)木地板且無架空結(jié)構(gòu)；測試的客廳及臥室配置空調(diào)。測試建筑具體特點如表1所示。

表1測試建筑特點

Table 1Properties of measurement buildings建筑名稱建成年代建筑朝向功能區(qū)域墻體地面開口設(shè)備徽州傳統(tǒng)建筑清代坐北朝南廳堂（H）空斗磚外墻/木質(zhì)內(nèi)墻三合土天井無廂房（WR）空斗磚外墻/木質(zhì)內(nèi)墻架空木板結(jié)構(gòu)花格窗無徽州現(xiàn)代建筑2012年坐南朝北客廳（LR）磚混結(jié)構(gòu) 瓷磚玻璃窗空調(diào)臥室（BR）磚混結(jié)構(gòu)木地板 玻璃窗空調(diào)2015年12月至2016年2月進行為期3個月自動測試，測試間隔為15 min。室外測點（O）位于傳統(tǒng)民居庭院內(nèi)，為防止太陽輻射影響溫濕度計采用鋁箔包裹。在進行自動測試前，對各功能區(qū)空氣溫濕度進行均勻性測試，各功能區(qū)域布置5個平面測點如圖1所示。利用便攜式溫濕度測定儀在每個平面測點垂直高度0.5、1.5、2.0 m處進行人工測量，測量結(jié)果表明，各測點溫濕度值差值均小于±5%，說明室內(nèi)外空氣溫濕度分布均勻，可用中間測點15 m處測量數(shù)值代表該功能區(qū)域全局測量數(shù)值進行長期連續(xù)測試。

圖1徽州民居首層平面示意圖及測點布置

Fig.1Plan view and measurement points of Huizhou dwellings2結(jié)果與討論

2.1傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居室內(nèi)熱濕條件對比

徽州民居冬季室內(nèi)溫濕度測量結(jié)果如圖2所示，包括溫度、相對濕度、含濕量3組參數(shù)的最小值、最大值、平均值和標準差。廂房相對濕度水平最高，平均值為84%，且數(shù)據(jù)分布集中。廂房平均溫度與客廳、臥室平均溫度相差較小，平均含濕量高于其他房間約1 g/kg。分析形成原因，廂房為單開口空間，建筑體量緊湊，在冬季散熱量小，使得溫度相對廳堂溫度較大，但這也造成了廂房內(nèi)通風效果差濕氣無法及時排除。廳堂內(nèi)平均相對濕度為79%，與室外平均相對濕度相差較小。由于廳堂屬于半開放空間，通過天井與室外環(huán)境直接連通，廳堂內(nèi)熱濕環(huán)境受室外環(huán)境變化影響明顯，使得室內(nèi)溫度較低，相對濕度較高?，F(xiàn)代民居中客廳、臥室平均相對濕度在70%左右，數(shù)據(jù)分布離散程度大，客廳、臥室平均溫度均高于廳堂平均溫度2 ℃左右?，F(xiàn)代民居保溫性能較傳統(tǒng)民居好，但室內(nèi)濕度波動較大。

為進一步分析圖2，選取2016年2月6日至2月8日連續(xù)3天數(shù)據(jù)進行典型日溫濕度分析。選取時間段日平均溫度在0～10 ℃，溫低濕重，且無極端天氣，屬于夏熱冬冷地區(qū)的冬季典型氣候。

圖2傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居室內(nèi)溫濕度值

Fig.2Temperature and humidity conditions in Huizhou dwelling典型日傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居溫濕度逐時變化如圖3所示，相對濕度變化規(guī)律與溫度變化規(guī)律相反。夜間，各測點相對濕度中，廂房、臥室相對濕度水平較高，客廳相對濕度最低且低于室外相對濕度。原因是，夜間居民休息，廂房、臥室門窗關(guān)閉，主要濕源為人員散濕，導致廂房、臥室含濕量高于廳堂、客廳含濕量。白天，現(xiàn)代民居室內(nèi)相對濕度大幅下降至接近室外相對濕度水平，傳統(tǒng)民居室內(nèi)相對濕度下降幅度較小，仍保持較高水平。原因是，廳堂、廂房通過天井、花格窗等開口與室外環(huán)境保持連通，含濕量全天波動幅度小?？蛷d、臥室夜間門窗緊閉濕氣聚集，白天開窗通風濕氣排出造成含濕量大幅下降。

圖3傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居典型日溫濕度逐時變化

Fig.3Hourly temperature and humidity profiles

in Huizhou dwelling典型日傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居溫濕度日較差如圖4所示。相對濕度波動受溫度波動、含濕量波動影響，相對濕度日較差達到20%會影響某些合成材料性能，達到40%會破壞大部分有機材料強度[16]。各功能區(qū)相對濕度日較差均超過20%，其中，客廳、臥室相對濕度日較差最大，個別天數(shù)超過40%。除2月6日臥室空調(diào)開啟導致溫度日較差較大，其他時間段現(xiàn)代民居溫度日較差均小于傳統(tǒng)民居溫度日較差。說明造成現(xiàn)代民居室內(nèi)相對濕度日較差較大的主要原因是現(xiàn)代民居室內(nèi)含濕量日較差相對較大。分析形成原因，現(xiàn)代民居氣密性良好，且墻體磚混材料較傳統(tǒng)民居內(nèi)墻木質(zhì)材料調(diào)濕性能弱，導致現(xiàn)代民居室內(nèi)濕環(huán)境穩(wěn)定性較傳統(tǒng)民居室內(nèi)濕環(huán)境穩(wěn)定性差。

進一步分析圖3、圖4，將臥室2月6日空調(diào)開啟工況與2月7日、8日空調(diào)不開工況進行對比，空調(diào)開啟有效提高室內(nèi)溫度，并降低空氣相對濕度，舒適性相對提高；但造成室內(nèi)溫度日較差大，相對濕度日較差達到55%，長期較大的室內(nèi)溫、濕度波動會對建筑材料造成破壞。

圖4傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居溫濕度日較差對比

Fig.4Daily amplitude of temperature， relative

humidity and humidity ratio in Huizhou dwelling2.2不同功能區(qū)域濕度特點

相對濕度是影響人體舒適度的一項重要參數(shù)，室內(nèi)相對濕度應設(shè)定在30%～70%[17]。將濕環(huán)境分為4個等級：不潮濕（RH≤70%）、稍微潮濕（70%90%）。

各功能區(qū)域相對濕度等級占比如圖5所示。傳統(tǒng)民居超過60%時間段處于潮濕及非常潮濕等級，廂房有31%時間段分布在非常潮濕等級，占比時間段高于其他房間?，F(xiàn)代民居超過60%時間段屬于不潮濕及稍微潮濕等級，臥室僅2%時間段位于非常潮濕等級。傳統(tǒng)民居相對濕度水平高于現(xiàn)代民居相對濕度水平，廂房相對濕度水平最高，臥室相對濕度水平最低。

各功能區(qū)域含濕量累計頻率如圖6所示。各功能區(qū)域室內(nèi)含濕量均在12 g/kg以下，滿足ASHRAE[18]含濕量上限為12 g/kg且無下限的規(guī)定。廂房累計80%時間段含濕量在6.35 g/kg以下，客廳累計80%時間段含濕量在5.95 g/kg以下，臥室、廳堂累計80%時間段含濕量分別在5.45 g/kg以下及5.65 g/kg以下。廂房含濕量水平最高，臥室含濕量水平最低。

圖5各功能區(qū)域相對濕度等級占比

Fig.5Proportion of humidity levels in each zone圖6各功能區(qū)域含濕量累計頻率

Fig.6Cumulative frequency of humidity ratio in each zone2.3室內(nèi)外濕度相關(guān)性

各功能區(qū)域室內(nèi)外含濕量相關(guān)性如圖7所示。傳統(tǒng)民居及現(xiàn)代民居室內(nèi)含濕量均隨室外含濕量升高而增大，且相關(guān)性系數(shù)在0.8以上。反映了夏熱冬冷地區(qū)居民在冬季有開窗通風的行為習慣，良好的通風造成室內(nèi)外含濕量的相關(guān)性較強。廳堂室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)超過0.96，客廳室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)在0.91左右，均高于廂房/臥室室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)。分析形成原因，廳堂/客廳為居民社交場所，開放性較強，與室外氣流交換現(xiàn)象明顯，廂房/臥室開口較小，注重居民隱私性，室內(nèi)外氣流交換現(xiàn)象較弱。廂房的鏤空花格窗在門窗關(guān)閉情況下仍具有一定的室內(nèi)外氣流交換的作用，而臥室氣密性較好且個別時段使用空調(diào)，導致廂房室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)略高于臥室室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)。

圖7各功能區(qū)域室內(nèi)外空氣含濕量相關(guān)性

Fig.7Correlation between indoor humidity ratio

and outdoor humidity ratio in each zone2.4室內(nèi)濕環(huán)境的熱舒適性評價

各功能區(qū)域溫濕度狀態(tài)如圖8所示，圖中五邊形區(qū)域內(nèi)為測試地區(qū)冬季熱舒適區(qū)。根據(jù)文獻[19]提供的夏熱冬冷地區(qū)氣候適應性模型tn=0.607to+10.092（R2=0.829 5）（tn為熱中性溫度，to為室外平均溫度），計算得到測試地區(qū)冬季熱中性溫度為13.9 ℃。ASHRAE[18]規(guī)定80%接受率的熱舒適區(qū)范圍為熱中性溫度±3.5 ℃，則測試地區(qū)冬季熱舒適溫度范圍為10.4～17.4 ℃。相對濕度下限值為20%[6]，自然通風建筑且室內(nèi)平均風速在0～0.5 m/s左右，相對濕度上限值可達到90%[18]。據(jù)此標準對測試建筑室內(nèi)舒適度進行評價，廳堂、廂房、客廳、臥室分別有6.51%、7.42%、7.67%、14.52%時間段在熱舒適區(qū)內(nèi)。冬季人體可接受的空氣溫度上限可進行拓展，廳堂、廂房、客廳、臥室由于溫度高于舒適溫度上限而偏離舒適區(qū)的時間段占比分別為0.85%、1.35%、0.65%、2.12%。廳堂、廂房、客廳、臥室室內(nèi)總熱舒適時間段占比分別為7.36%、8.77%、8.32%、16.64%。冬季，廳堂熱舒適性最差，臥室熱舒適性相對較好。

圖8各功能區(qū)域溫濕度狀態(tài)

Fig.8Plot of temperature and humidity of

psychrometric chart in each zone傳統(tǒng)民居冬季室內(nèi)濕冷，進一步分析造成熱不舒適的主要原因為室內(nèi)溫度遠低于舒適溫度范圍，且相對濕度過高。建議傳統(tǒng)民居冬季采用局部采暖設(shè)施，計算可知保持室內(nèi)含濕量不變，將傳統(tǒng)民居室內(nèi)溫度由平均溫度6.1 ℃提高至熱中性溫度13.9 ℃，則相對濕度可由80%降低至50%，滿足人體舒適的相對濕度要求?，F(xiàn)代民居個別時段使用空調(diào)采暖，但冬季室內(nèi)溫度仍無法完全滿足舒適溫度范圍，需加強采暖設(shè)備效率。

3結(jié)論

1）徽州傳統(tǒng)民居冬季室內(nèi)相對濕度主要分布在潮濕及非常潮濕水平，平均相對濕度在80%左右；徽州現(xiàn)代民居冬季室內(nèi)相對濕度主要分布在不潮濕及稍微潮濕水平，平均相對濕度在70%左右。

2）徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)溫度日較差大于現(xiàn)代民居，但徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)濕度日較差小于現(xiàn)代民居室內(nèi)濕度日較差，室內(nèi)濕環(huán)境穩(wěn)定性良好。

3）徽州傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代民居冬季室內(nèi)外含濕量相關(guān)性系數(shù)均超過0.8，室內(nèi)濕環(huán)境對室外濕環(huán)境變化響應明顯。廳堂作為半開放空間室內(nèi)外含濕量響應現(xiàn)象顯著，相關(guān)性系數(shù)達到0.96。

4）冬季，徽州傳統(tǒng)民居冬季廳堂、廂房熱舒適的時間占比分別為7.36%、8.77%，室內(nèi)熱舒適性低于現(xiàn)代民居。造成徽州傳統(tǒng)民居冬季熱不舒適的主要原因為室內(nèi)濕冷，建議冬季采取局部采暖裝置。

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