木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境研究

彭小洪，伍國正

(1.安徽科技學(xué)院 建筑學(xué)院，安徽 蚌埠 233000；2.湖南科技大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

湘中地區(qū)在悠久的歷史長河中孕育了無數(shù)絢麗多彩的傳統(tǒng)民居，它是當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土精神與長期積淀的精湛技藝相融合的結(jié)晶，具有適應(yīng)氣候、順應(yīng)地形地貌等特點，最大限度地與自然保持整體的聯(lián)系。隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，給傳統(tǒng)民居的保護與發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇?，F(xiàn)今，湘中地區(qū)傳統(tǒng)民居依然有部分人居住，對于該地區(qū)傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱舒適度的研究依然是鄉(xiāng)土建筑研究領(lǐng)域關(guān)注的重點[1-3]。

室內(nèi)熱環(huán)境主要包括空氣濕度、空氣溫度、氣流速度等因素，這些因素影響著使用者的身體健康、工作效率、生活水平，對于室內(nèi)熱環(huán)境的研究不可或缺?，F(xiàn)階段對于湘中地區(qū)傳統(tǒng)民居的研究主要集中于建筑裝飾藝術(shù)[4]、建造技術(shù)[5-6]、空間形態(tài)[7]等方面，對于傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境的研究成果甚少，缺乏相應(yīng)的基礎(chǔ)研究資料。木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居廣泛存在于湘中地區(qū)，是該地區(qū)主要的建筑形態(tài)之一，具有典型的代表性。以湘中地區(qū)木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居為研究對象，在冬季和夏季自然條件下對室內(nèi)外空氣溫度、濕度、照度等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場實測，分析其室內(nèi)熱環(huán)境變換規(guī)律，再根據(jù)AMPV評價標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行熱舒適評價，最后總結(jié)室內(nèi)熱環(huán)境存在的問題，以便為湘中地區(qū)傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境的改善和新民居設(shè)計提供參考。

1 研究概況

1.1 研究對象

湘中地區(qū)地域面積大，風(fēng)俗文化、地理地貌差異很大，形成了多種多樣的傳統(tǒng)民居。該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，夏季炎熱，冬季寒冷；雨量充沛，日照充足；氣候類型多樣，立體變化明顯。該地區(qū)年平均氣溫16.5 ℃，最高溫度40.1 ℃，最低溫度-12.1 ℃。年平均日照時數(shù)1 621.9 h，年平均降水量較充裕，約為1 350 mL，年平均相對濕度78%。

木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居處于湖南省新化縣樓下村，是第四批中國傳統(tǒng)村落目錄的村落。木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居是一棟清代建筑，坐北朝南，除了廚房改建過，其余房間和主體結(jié)構(gòu)基本保存完好，如圖1和圖2所示。它的外圍護結(jié)構(gòu)主要采用木材，墻體是木板壁和木骨泥墻，起居室和臥室的地面為架空木地板，堂屋和廚房為三合土地面。外窗和入戶門均使用木質(zhì)材料，起居室的窗戶為單層玻璃，而臥室的窗戶沒有玻璃。屋頂采用坡屋頂，承重部位為木質(zhì)檁條，檁條上架椽子，椽子上面蓋上小青瓦[8]。

圖1 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居南立面及實景

圖2 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居西立面及實景

1.2 測試方案及實驗設(shè)備

樓下村位于夏熱冬冷3A區(qū)，夏季悶熱、冬季濕冷。按照現(xiàn)有熱工設(shè)計要求，建筑物必須滿足夏季防熱、通風(fēng)降溫要求，冬季應(yīng)適當(dāng)兼顧防寒。為了觀測木板壁墻體獨棟式傳統(tǒng)民居應(yīng)對不利氣候的能力，選擇夏季實測時間為2019年7月28日9：30至8月3日9：30，共6 d；冬季實測時間為2019年1月14日9：30到20日9：30，共6 d。主要實測房間為臥室、起居室，具體測點及平面布置如圖3所示。測試內(nèi)容包括室內(nèi)外空氣溫度、濕度、照度。測試期間居民的起居方式與日常相同，沒有開啟空調(diào)。測量儀器主要有：測量照度的勝利VC1010C型儀器，每隔30 min測一次；測量溫濕度的建大仁科Cos-03型儀器，內(nèi)置探頭，溫度測量精度±0.2 ℃，濕度測量精度±2% RH，每隔10 min自動記錄一次。

圖3 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居測點及平面布置圖

2 測試結(jié)果及熱舒適評價

2.1 室內(nèi)熱環(huán)境測試結(jié)果

2.1.1 冬季實測結(jié)果及分析

冬季測試期間為婁底地區(qū)最寒冷的月份，能反映出木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居冬季應(yīng)對不利氣候條件的能力，比較具有代表性。為了更好地分析傳統(tǒng)民居室內(nèi)外氣溫的變化規(guī)律，選取測試期間室內(nèi)外氣溫較穩(wěn)定的2019年1月15日上午9：30至18日上午9：30連續(xù)3 d的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(如圖4和圖5所示)，選取1月15日9：30～17：30這段時間做照度實測分析(如圖6所示)。

由圖4可知，在實測期間室外平均溫度為3.8 ℃，傳統(tǒng)民居臥室的平均溫度為6.2 ℃，起居室的平均溫度為3.7 ℃。在測試期間，室外、臥室、起居室都存在一定的空氣溫度波動幅度，其中臥室空氣溫度波動幅度最小，室外和起居室波動幅度較大，原因在于測試期間臥室窗戶緊閉，門偶爾打開，受室外空氣溫度影響較少，波動幅度小；起居室是住戶休閑、娛樂、吃飯的場所，也是使用最多的場所，使用期間主要靠蜂窩煤取暖，經(jīng)常有人出入，門開啟較頻繁，再加上堂屋的入戶門白天一直打開，導(dǎo)致起居室空氣溫度受室外空氣溫度和蜂窩煤取暖影響較大，波動幅度較大。傳統(tǒng)民居室內(nèi)外空氣溫度的走勢基本保持一致，最高溫度和最低溫度沒有太大的延遲，說明其圍護結(jié)構(gòu)不利于冬季的保溫。

圖4 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居冬季室外及各房間溫度實測結(jié)果

由圖5可知，在實測期間室外平均相對濕度為82.7%，傳統(tǒng)民居臥室的平均相對濕度79.9%，起居室的平均相對濕度為85.9%。在測試期間，起居室相對濕度波動較小且在整個測試期間基本處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，臥室和室外相對濕度波動幅度很大。對于長期逗留的區(qū)域，人體熱舒適相對濕度的范圍為30%～70%[8]?？梢娔景灞趬w獨棟正堂式傳統(tǒng)民居室內(nèi)相對濕度過高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體熱舒適相對濕度的范圍，因此該地區(qū)應(yīng)該更加注重室內(nèi)相對濕度的改善。

圖5 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居冬季室外及各房間相對濕度實測結(jié)果

由圖6可知，在實測期間室外平均照度為282.2 lx，最高照度為432 lx，最低照度為83 lx；臥室平均照度為12.3 lx，最高照度為20.2 lx，最低照度為1.8 lx；起居室平均照度為229.4 lx，最高照度395 lx，最低照度11 lx。在測試期間傳統(tǒng)民居的臥室、起居室的天然光照度的峰值(出現(xiàn)在11：30)和谷值(出現(xiàn)在17：30)和室外天然光照情況基本保持一致[9]。臥室和起居室在冬季測試期間(9：30～17：30)的測點照度均不滿足要求[10]。原因是，測試期間的天氣狀況不好，室外照度較低；臥室只開了一個小木格柵窗，一直用布遮擋著且很少開啟，室內(nèi)采光嚴(yán)重不足，需要人工照明。

圖6 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居冬季室外及各房間照度實測結(jié)果

2.1.2 夏季實測結(jié)果及分析

夏季測試期間為婁底地區(qū)最炎熱的月份，室外溫度較高，比較具有代表性。為了更好地分析木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居夏季室內(nèi)外氣溫的變化規(guī)律，選取測試期間室內(nèi)外氣溫較穩(wěn)定的2019年7月31日上午9：30到8月3日上午9：30連續(xù)3 d的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如圖7和圖8所示。

圖7 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居夏季室外及各房間溫度實測結(jié)果

圖8 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居夏季室外及各房間溫度實測結(jié)果

由圖7可知，在實測期間室外平均溫度為29.3 ℃，傳統(tǒng)民居臥室的平均溫度為27.6 ℃，傳統(tǒng)民居起居室的平均溫度為28.1 ℃。在測試期間，臥室、起居室與室外溫度走勢基本保持一致，上午8：00左右，受到太陽的輻射，室外、臥室、起居室溫度逐漸升高，傳統(tǒng)民居起居室的空氣溫度上升較快，室內(nèi)外空氣溫度在14：00達(dá)到最大值，然后溫度逐漸開始下降，但室外空氣溫度下降更快，在凌晨5：30左右室內(nèi)外空氣溫度均達(dá)到最低值。室內(nèi)外空氣溫度在傍晚17：30左右以后相差不大，說明木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居在夏季白天防熱效果不佳，但是在夜間散熱效果很好。

由圖8可知，在實測期間室外平均相對濕度為75.9%，傳統(tǒng)民居臥室的平均相對濕度86.3%，起居室的平均相對濕度為82.5%。在測試期間，傳統(tǒng)民居室內(nèi)外相對濕度較高，大部分時間室內(nèi)房間的相對濕度在70%以上，但未發(fā)現(xiàn)墻壁地面結(jié)露現(xiàn)象，反映了婁底地區(qū)夏季濕熱的氣候特點。上午8：00左右，受到太陽的輻射，傳統(tǒng)民居室內(nèi)外空氣溫度開始緩慢升高，相對濕度逐漸降低，室內(nèi)外相對濕度在14：00左右達(dá)到最小值，然后室內(nèi)外相對濕度逐漸開始回升，在凌晨5：30左右室內(nèi)外相對濕度均達(dá)到最大值。在夜間，傳統(tǒng)民居室內(nèi)外相對濕度相差不大，原因在于木板壁墻體熱惰性較差，密閉性差，利于通風(fēng)散熱。

2.2 室內(nèi)熱環(huán)境評價

根據(jù)實測試期間得到的室內(nèi)熱濕環(huán)境數(shù)據(jù)，分別計算得到了木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居室內(nèi)各房間的APMV變化曲線如圖9和圖10所示。

圖9 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居冬季室內(nèi)各房間APMV實測結(jié)果

圖10 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居夏季室內(nèi)各房間APMV實測結(jié)果

由圖9可知，在冬季實測期間，臥室APMV值達(dá)到Ⅱ級熱濕環(huán)境(-1≤APMV<-0.5)的時間約占100%，起居室達(dá)到Ⅰ級熱濕環(huán)境(-0.5≤APMV≤0.5)的時間約占12%，達(dá)到Ⅱ級熱濕環(huán)境(-1≤APMV<-0.5)的時間約占88%。木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居冬季室內(nèi)熱濕環(huán)境達(dá)到Ⅱ級及以上的時間超過80%以上，說明其熱濕環(huán)境較好，大多數(shù)時間滿足使用需求。

由圖10可知，夏季測試期間，臥室APMV值達(dá)到Ⅰ級熱濕環(huán)境(-0.5≤APMV≤0.5)的時間約占11%，達(dá)到Ⅱ級熱濕環(huán)境(0.51)的是時間約占40%；起居室達(dá)到Ⅰ級熱濕環(huán)境(-0.5≤APMV≤0.5)的時間約占1%，達(dá)到Ⅱ級熱濕環(huán)境(0.51)的時間約占54%。木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居夏季臥室熱濕環(huán)境達(dá)到Ⅱ級以上的時間占60%，起居室熱濕環(huán)境達(dá)到Ⅱ級以上的時間占46%,說明其臥室熱濕環(huán)境較好，起居室熱濕環(huán)境較差，但是在夜間均能達(dá)到Ⅱ級以上熱濕環(huán)境，甚至有小部分時間能達(dá)到Ⅰ級熱濕環(huán)境，原因在于木板壁墻體熱惰性較差，密閉性差，白天防熱不佳。

通過對實測結(jié)果可以得到湘中地區(qū)木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居臥室和起居室的熱濕環(huán)境結(jié)果如表1所示。在夏季實測期間臥室60%時段處于Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)，起居室將近一半時段處于Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)，冬季實測期間室內(nèi)均處于Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)，其中起居室12%時段處于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居夏季室內(nèi)熱舒適度較好，冬季室內(nèi)熱濕環(huán)境較差，其原因在于圍護結(jié)構(gòu)密閉性相對不好、熱惰性差、熱阻小，在夏季白天防熱效果不佳，夜間有利于通風(fēng)散熱，但在冬季冷風(fēng)滲透嚴(yán)重。

表1 木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱濕環(huán)境結(jié)果 單位：%

3 結(jié) 語

通過對湘中地區(qū)木板壁外墻獨棟正堂式傳統(tǒng)民居進(jìn)行冬季和夏季自然條件下的實測結(jié)果分析，得到如下結(jié)論:

(1)木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居在夏季利用自己獨特的營造技術(shù)，解決了房屋的通風(fēng)、散熱，這是該地區(qū)人民從實踐中得到的生態(tài)營建智慧。

(2)木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居在冬季室內(nèi)溫度較低、相對濕度過高，并且室內(nèi)采光嚴(yán)重不足。建議在冬季采用局部取暖，增強室內(nèi)人工照明強度。

(3)木板壁墻體獨棟正堂式傳統(tǒng)民居圍護結(jié)構(gòu)密閉性相對不好、熱惰性差、熱阻小，在夏季白天防熱效果不佳，夜間有利于通風(fēng)散熱，但在冬季冷風(fēng)滲透嚴(yán)重。在夏季實測期間臥室60%時段處于Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)，起居室將近一半時段處于Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)，冬季實測期間室內(nèi)均處于Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)，其中起居室12%時段處于Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。