徽州民居節(jié)能改造技術(shù)研究

賈尚宏 任康康 姜毅

摘 要：當(dāng)前徽州民居普遍存在氣密性較差、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能低等問(wèn)題，使得建筑在熱舒適度方面遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，而當(dāng)人們采取主動(dòng)措施采暖或制冷時(shí)，由于以上問(wèn)題的存在，嚴(yán)重增加了建筑的能耗。針對(duì)這種情況，從增大墻體熱阻、提高門窗密閉性及封閉天井三個(gè)方面，提出了對(duì)徽州民居進(jìn)行改造以降低能耗的方案。

關(guān)鍵詞：徽州民居;節(jié)能改造;墻體;門窗;天井

Abstract：Problems like bad air tightness and low thermal performance and so on， are existing among Huizhou architecture， which are resulting in dissatisfaction for people on thermal and more energy consumed when active measures are taken for heating or cooling. Three aspects are referred to this situation aiming to reduce energy consumption， such as enlarging thermal resistance of walls， raising impermeability of doors and windows and sealing patios.

Key words：Huizhou residence ; energy transformation ; walls ; doors and windows ; patios

中圖分類號(hào)：TU-0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-4144（2016）-07-92（5）

1 引言

徽州民居作為中國(guó)傳統(tǒng)民居建筑史上的重要組成部分，具有重要的歷史、科學(xué)及人文價(jià)值，由于徽州民居特有的建筑空間組合與構(gòu)造形式，使得采暖及制冷采用機(jī)械設(shè)備時(shí)建筑能耗較大，若能較好結(jié)合徽州民居各組成構(gòu)件進(jìn)行節(jié)能改造，將會(huì)極大節(jié)省能源。

墻體在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中所占比例較大，并且墻體傳熱導(dǎo)致的熱損失在整體建筑的熱損失比例也很大[1]，墻體受熱后以輻射的方式向室內(nèi)散發(fā)熱量，提高室內(nèi)溫度增大制冷負(fù)荷;而室外溫度較低時(shí)不僅會(huì)吸收室內(nèi)熱量而且會(huì)產(chǎn)生冷輻射降低熱舒適感，因此提高墻體的熱惰性及保溫隔熱性能是墻體改造的重點(diǎn)。有數(shù)據(jù)表明，由于空氣滲透而引起的熱量損失占建筑總能耗的25%以上[2]，因此提高門窗及整體房屋的氣密性，對(duì)減少能耗和提高節(jié)能效率具有重要意義。徽州民居的內(nèi)門窗多為鏤空雕刻的，內(nèi)墻是木板排列組合而成，由于施工技藝的原因，板與板之間會(huì)存在一定寬度的縫隙，這樣一來(lái)由空氣滲透引起的熱損失所占比例更大，因此提升門窗氣密性，則節(jié)能效果更加明顯。

天井是徽州民居的一個(gè)重要組成部分，在其中起著組織通風(fēng)、采光及遮陽(yáng)等作用?？諝獾膶?duì)流伴隨著熱量的散失，因此天井在溝通室內(nèi)外空間的同時(shí)，也大大增加了建筑的能耗。為了達(dá)到良好的節(jié)能改造效果，這種熱量的交換必須在可人為控制的范圍內(nèi)。

2 墻體節(jié)能改造

2.1 保溫做法比較

徽州民居的墻體采用的是空斗砌法，青磚立砌后形成空腔填入黃泥（圖1），雖具有一定的保溫隔熱性能（傳熱系數(shù)1.85W/m2·K[3]），但尚不能達(dá)到夏熱冬冷地區(qū)墻體的節(jié)能要求（0.8W/m2·K），需采取一定的加強(qiáng)措施。針對(duì)墻體保溫隔熱性能的改造措施即增設(shè)保溫層，一般的做法有外保溫、內(nèi)保溫及夾心保溫。

徽州民居是我國(guó)建筑文化中一個(gè)重要組成部分，其獨(dú)特的立面材質(zhì)、粉墻黛瓦的建筑外貌、豐富的思想內(nèi)涵，是徽州民居獨(dú)樹一幟的重要原因?；罩莨沤ㄖ?jīng)過(guò)時(shí)間風(fēng)雨的沖刷，形成了斑駁陸離、猶如立體水墨畫般的墻面（圖2），而如果采用外保溫的話就會(huì)把這些歲月留下的痕跡涂抹干凈，建筑的歷史滄桑感也會(huì)遺失殆盡，古建筑保護(hù)改造就喪失了原有的意義，因此，外保溫不適用于徽州民居。與外保溫相比，內(nèi)保溫主要在室內(nèi)使用，施工技術(shù)要求沒外保溫那么嚴(yán)格，造價(jià)不高，并且升降溫較快，比較適合夏熱冬冷地區(qū)間歇性采暖的房間使用，但針對(duì)熱橋節(jié)點(diǎn)部位需做好加強(qiáng)措施以避免揭露問(wèn)題，防止保溫體系空鼓開裂。同大部分的古建筑一樣，徽州古建內(nèi)部的墻體一般是木板墻，本身不太容易粉刷無(wú)機(jī)保溫砂漿，并且木材熱脹冷縮形變較大，比較下來(lái)夾心保溫比較適合這種情況，這是因?yàn)閵A心保溫是將保溫層夾在墻體中間，夾心保溫墻板可集承重、保溫、圍護(hù)、防火、防水等功能于一體，濕作業(yè)少。因此，內(nèi)保溫和夾心保溫需針對(duì)不同的情況采用，外墻主要采用內(nèi)保溫，而根據(jù)需要內(nèi)隔墻采用夾心保溫（當(dāng)天井封閉及墻體四周采用內(nèi)保溫之后內(nèi)隔墻可不做保溫）。

2.2 墻體保溫做法

經(jīng)過(guò)研究分析之后針對(duì)不同墻體的保溫做法有兩種，外墻的內(nèi)保溫做法是直接在空斗墻體內(nèi)表面做加強(qiáng)措施增強(qiáng)其保溫隔熱性能，比較適合的做法有無(wú)機(jī)保溫砂漿內(nèi)保溫及噴涂硬泡聚氨酯內(nèi)保溫（圖3）;內(nèi)墻是結(jié)合已存在的木板墻做夾心保溫。

徽州民居墻體內(nèi)表面在隔著一定厚度的空氣層之后會(huì)有一層木板墻，隨著時(shí)間的流逝木板墻老化腐朽，致使部分建筑就不存在這一層木板墻。因此當(dāng)木板墻不存在時(shí)，可以采取直接在外墻內(nèi)表面做無(wú)機(jī)保溫層的做法，即在清除墻體內(nèi)表面雜物及修補(bǔ)空鼓、疏松部位之后刷界面砂漿拉毛，然后粉刷無(wú)機(jī)保溫砂漿，之后涂抹飾面層，當(dāng)然為了保持古建筑原始風(fēng)貌，有些建筑會(huì)在做好保溫之后加修一面木板墻，但當(dāng)木板墻存在時(shí)為了施工方便，需先把木板墻拆下，保溫工程施工結(jié)束之后再把木板墻裝上。針對(duì)房間隔墻而言的夾心保溫，可以借助木板墻作為夾心保溫的外葉墻，把玻璃棉、巖棉等保溫隔熱性能良好的材料用保溫膜包裹之后和龍骨一起都固定在具有一定保溫和支撐性能的內(nèi)葉墻上，業(yè)主可根據(jù)自己需要采用各種不同性能比如承重、圍護(hù)、防水、防火、裝飾等的內(nèi)頁(yè)墻體。雖然徽州民居的底部及外墻是磚石結(jié)構(gòu)，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本全是非常易燃的木材，在節(jié)能改造的過(guò)程中盡量考慮防火需求，因此盡量采用無(wú)機(jī)保溫材料，具有一定的阻燃性能。

3 門窗節(jié)能改造

3.1 門窗現(xiàn)狀

建筑的節(jié)能效果不僅與墻體的保溫隔熱性能有關(guān)，而且與建筑氣密性有很大關(guān)系，墻體的保溫性能再怎么良好，若門窗洞口的密閉性較差，綜合的效果往往會(huì)大打折扣?；罩菝窬拥拇皯糁饕譃殚_向天井的花窗及開在外墻的石窗，花窗大多下半部是木擋板上半部是鏤空的紋飾，高墻上的石窗常用青石或灰磚為材料，或施以雕刻。無(wú)論磚雕花窗或是石雕花窗，其密閉性能都非常的差，基本不具有阻擋室內(nèi)外氣流交換的作用，需采取一定改造措施。

徽州民居的門主要包括外墻上的正門及室內(nèi)各房間門。針對(duì)正門，由于施工工藝的限制，門扇內(nèi)部、門扇與門框及門框與門罩之間皆存在較大的縫隙，對(duì)于這些縫隙的處理采取一般的密封措施，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且最終的效果也不盡理想，采取整體隔離的方法效果較好，下文有詳細(xì)做法說(shuō)明。內(nèi)部的房間門多是木板門，存在的問(wèn)題和正門類似，但不適合采取正門的改造措施，整體隔離的話不僅使用不便還會(huì)壓縮原本就已經(jīng)很擁擠的空間，可以采用前文墻體夾心保溫的改造方法。

3.2 門窗節(jié)能改造

3.2.1 窗的改造

徽州民居的門窗多是都是木構(gòu)鏤空雕花的，若是替換成玻璃窗扇會(huì)顯得不倫不類，用木板封閉的話室內(nèi)采光通風(fēng)都會(huì)受影響，改造時(shí)需充分考慮其整體的協(xié)調(diào)性。首先針對(duì)內(nèi)墻上的窗扇，可以在窗戶的內(nèi)表面根據(jù)需要加設(shè)各種性能的玻璃，比如保溫隔熱的雙層玻璃、Low-E玻璃等、消聲隔聲的真空玻璃或降低輻射的鍍膜玻璃等等，然后將玻璃固定在窗扇上，這樣不僅保護(hù)了窗扇的原始外觀，而且由于玻璃的透光性室內(nèi)也可以獲得良好的采光，這種做法在徽州地區(qū)一些老建筑改造及新建的建筑中都有實(shí)例可見（圖4）。尤其是在新建的仿古建筑中，外墻都有開窗以保證良好的采光通風(fēng)，但山墻面開窗東、西曬問(wèn)題嚴(yán)重，這時(shí)選擇合適的熱工玻璃尤為重要。值得提醒的是玻璃與窗扇之間、窗框與窗扇之間、窗框與墻之間同樣需采取良好的密封措施，提高窗戶的氣密性亦是保證窗戶的整體保溫隔熱性能的關(guān)鍵，不然只會(huì)事倍功半。

3.2.2 門的改造

針對(duì)正門采取整體隔離的方法，一般是在正門入口外加設(shè)一道玻璃門，玻璃門的四周與門洞口的墻體之間及玻璃門之間需做好密封措施，以隔絕室內(nèi)外的熱量交換，而玻璃的透光性可以很好保證房間的正常采光（圖5）。再一種做法是在距離正門一定距離處加設(shè)一道玻璃門，在門洞的左右及正上方加設(shè)一定寬度的玻璃，之后將玻璃門及玻璃隔斷連接起來(lái)，將整個(gè)入口空間處理成一個(gè)玻璃罩子，從而把室內(nèi)外空間隔離開，起著類似于灰空間的作用（圖6）。對(duì)于內(nèi)房門，可以在其內(nèi)表面加一層具有保溫密封性能的木隔板，必要時(shí)可以在兩者中間夾設(shè)一定的保溫材料，但需要保證房門與墻體之間的密封性，防止氣流通過(guò)孔縫進(jìn)行熱量交換。

4 天井節(jié)能改造

4.1 天井熱環(huán)境特征

自然通風(fēng)的動(dòng)力是風(fēng)和溫度，冷空氣比熱空氣密度大，所以冷空氣下沉而熱空氣上升。另外氣流也受壓力差的影響，由正壓區(qū)流向負(fù)壓區(qū)[8]。在夏冬季，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)可知天井自上而下存在一定的溫度梯度（圖7為冬季測(cè)試數(shù)據(jù)），在熱壓通風(fēng)的作用下建筑室內(nèi)會(huì)有習(xí)習(xí)涼風(fēng)，在夏季時(shí)會(huì)給人較好的舒適感覺，但冬季時(shí)室外冷空氣通過(guò)天井進(jìn)入建筑內(nèi)部，會(huì)讓人感覺寒冷。

在徽州民居中，天井是空間的重要構(gòu)成，是聯(lián)系建筑功能的核心，在不改變建筑現(xiàn)有格局的情況下，通過(guò)靈活多變的現(xiàn)代化保持其通風(fēng)采光的功能特性，是對(duì)天井空間再利用的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此針對(duì)天井的改造方案，在夏季保證自然通風(fēng)照明的同時(shí)減少太陽(yáng)輻射，冬季防止室外冷空氣進(jìn)入室內(nèi)，因此透光性良好的玻璃結(jié)構(gòu)成為最佳選擇。首先玻璃結(jié)構(gòu)可以最大限度保證光線的射入，通過(guò)在玻璃結(jié)構(gòu)上開窗，夏季時(shí)能保證室內(nèi)外的氣流交換，并且在頂棚下加設(shè)可活動(dòng)遮陽(yáng)裝置還能進(jìn)一步減少太陽(yáng)輻射，而可開啟的氣窗關(guān)閉時(shí)又能在冬季阻止室外冷空氣的進(jìn)入。由于太陽(yáng)光的長(zhǎng)波輻射經(jīng)過(guò)玻璃進(jìn)入天井加熱室內(nèi)后空氣后變成短波輻射，而短波輻射很難穿過(guò)玻璃，室內(nèi)溫度高于室外。

4.2 天井改造方案

天井改造利用之前，應(yīng)做結(jié)構(gòu)評(píng)估、檢測(cè)，其設(shè)計(jì)方案應(yīng)確保天井改造裝置滿足結(jié)構(gòu)安

全要求，并且改造后的熱舒適性不應(yīng)低于再利用之前的狀態(tài)，改造過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)各種縫隙的密封處理。針對(duì)天井的改造方案有兩種，頂部封閉型和四周封閉型（見圖8）。頂部封閉型是指借助天井四周的結(jié)構(gòu)直接架起鋼構(gòu)架玻璃窗，并設(shè)有供開啟的氣窗，將天井改造成天窗。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)架可供選擇的樣式多，可以滿足不同人的審美，比如單坡頂、雙坡頂，四坡頂、圓弧頂?shù)鹊?，同時(shí)也將天井這一室外空間劃入室內(nèi)，室內(nèi)供人活動(dòng)的區(qū)域擴(kuò)大了許多，但這種方案也有個(gè)明顯的缺點(diǎn)，因?yàn)殇摌?gòu)架自重較大，對(duì)于天井四周的結(jié)構(gòu)剛度有一定的要求，當(dāng)剛度不滿足要求時(shí)還需要加設(shè)附屬支撐構(gòu)件。而四周封閉型是指沿天井檐口位置做垂直鋼結(jié)構(gòu)玻璃窗封閉天井，在必要位置開設(shè)窗戶，類似于落地窗。這種方案對(duì)于天井四周結(jié)構(gòu)剛度沒有要求，并且施工難度也相對(duì)較低，也有利于保證古建筑的原始外貌。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)徽州民居的各個(gè)部位的節(jié)能改造，綜合起來(lái)可歸納出兩種節(jié)能改造方案，一種整體性較強(qiáng)，即采用天井封閉及外墻內(nèi)保溫的做法，門窗洞口的保溫做法采用3.2的措施。此方案相當(dāng)于把整棟建筑用一個(gè)保溫隔熱罩圍合了起來(lái)，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是整體性強(qiáng)，室內(nèi)適合人體熱舒適度的區(qū)域較大，冬夏季人們可活動(dòng)的范圍較多，但相對(duì)造價(jià)也較高，比較適合改造成為客?；蛘咝蓍e娛樂(lè)的場(chǎng)所采用;另一種方案則是業(yè)主根據(jù)自己需要對(duì)各個(gè)房間進(jìn)行選擇性節(jié)能改造，不常使用或者人員活動(dòng)很少的房間就可以不進(jìn)行節(jié)能改造，此方案主要采用夾心保溫對(duì)各個(gè)房間的6個(gè)面進(jìn)行改造，門不做改造，窗的改造采用3.2.1的辦法。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是靈活性及自主性較高，造價(jià)低，但缺點(diǎn)也很明顯即建筑內(nèi)除進(jìn)行改造的房間外，其余功能區(qū)域會(huì)有較差的熱舒適度，比較適合產(chǎn)權(quán)所有者自己使用的徽州民居。

目前我國(guó)建筑能耗占城市總能耗的30%，建筑節(jié)能形勢(shì)嚴(yán)峻。但現(xiàn)今主要的節(jié)能策略及措施卻集中的新建建筑上，對(duì)大量現(xiàn)存的既有歷史建筑卻甚少關(guān)注，這必將導(dǎo)致節(jié)能的實(shí)際成效大打折扣。針對(duì)傳統(tǒng)建筑的節(jié)能改造不僅可以有效延續(xù)歷史傳承，而且有利于建筑的節(jié)材、節(jié)地、節(jié)能。本文對(duì)徽州民居的各個(gè)構(gòu)成要素，在保證其正常功能的前提下分別提出增大墻體熱阻、提高門窗氣密性及封閉天井的措施，改善室內(nèi)居住環(huán)境及條件，使其在滿足現(xiàn)代的生活需求的同時(shí)，達(dá)到建筑節(jié)能低碳環(huán)保的要求。對(duì)徽州民居進(jìn)行節(jié)能改造不僅可以改善民居的居住環(huán)境，還為古民居的活化提供技術(shù)支撐。

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責(zé)任編輯：于向鳳