木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居室內熱環境研究

彭小洪，伍國正

(1.安徽科技學院 建筑學院，安徽 蚌埠 233000；2.湖南科技大學 建筑與藝術設計學院，湖南 湘潭 411201)

湘中地區在悠久的歷史長河中孕育了無數絢麗多彩的傳統民居，它是當地鄉土精神與長期積淀的精湛技藝相融合的結晶，具有適應氣候、順應地形地貌等特點，最大限度地與自然保持整體的聯系。隨著我國社會經濟的迅速發展，城鎮化進程不斷加快，給傳統民居的保護與發展帶來了新的挑戰與機遇?，F今，湘中地區傳統民居依然有部分人居住，對于該地區傳統民居室內熱舒適度的研究依然是鄉土建筑研究領域關注的重點[1-3]。

室內熱環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，對于室內熱環境的研究不可或缺?，F階段對于湘中地區傳統民居的研究主要集中于建筑裝飾藝術[4]、建造技術[5-6]、空間形態[7]等方面，對于傳統民居室內熱環境的研究成果甚少，缺乏相應的基礎研究資料。木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居廣泛存在于湘中地區，是該地區主要的建筑形態之一，具有典型的代表性。以湘中地區木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居為研究對象，在冬季和夏季自然條件下對室內外空氣溫度、濕度、照度等參數進行現場實測，分析其室內熱環境變換規律，再根據AMPV評價標準，進行熱舒適評價，最后總結室內熱環境存在的問題，以便為湘中地區傳統民居室內熱環境的改善和新民居設計提供參考。

1 研究概況

1.1 研究對象

湘中地區地域面積大，風俗文化、地理地貌差異很大，形成了多種多樣的傳統民居。該地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，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民居處于湖南省新化縣樓下村，是第四批中國傳統村落目錄的村落。木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居是一棟清代建筑，坐北朝南，除了廚房改建過，其余房間和主體結構基本保存完好，如圖1和圖2所示。它的外圍護結構主要采用木材，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民居南立面及實景

圖2 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居西立面及實景

1.2 測試方案及實驗設備

樓下村位于夏熱冬冷3A區，夏季悶熱、冬季濕冷。按照現有熱工設計要求，建筑物必須滿足夏季防熱、通風降溫要求，冬季應適當兼顧防寒。為了觀測木板壁墻體獨棟式傳統民居應對不利氣候的能力，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。測試內容包括室內外空氣溫度、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。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民居測點及平面布置圖

2 測試結果及熱舒適評價

2.1 室內熱環境測試結果

2.1.1 冬季實測結果及分析

冬季測試期間為婁底地區最寒冷的月份，能反映出木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居冬季應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民居室內外氣溫的變化規律，選取測試期間室內外氣溫較穩定的2019年1月15日上午9：30至18日上午9：30連續3 d的實測數據進行分析(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??；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。傳統民居室內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，說明其圍護結構不利于冬季的保溫。

圖4 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居冬季室外及各房間溫度實測結果

由圖5可知，在實測期間室外平均相對濕度為82.7%，傳統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定狀態，臥室和室外相對濕度波動幅度很大。對于長期逗留的區域，人體熱舒適相對濕度的范圍為30%～70%[8]?？梢娔景灞趬w獨棟正堂式傳統民居室內相對濕度過高，遠遠超過人體熱舒適相對濕度的范圍，因此該地區應該更加注重室內相對濕度的改善。

圖5 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居冬季室外及各房間相對濕度實測結果

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。在測試期間傳統民居的臥室、起居室的天然光照度的峰值(出現在11：30)和谷值(出現在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，室內采光嚴重不足，需要人工照明。

圖6 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居冬季室外及各房間照度實測結果

2.1.2 夏季實測結果及分析

夏季測試期間為婁底地區最炎熱的月份，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民居夏季室內外氣溫的變化規律，選取測試期間室內外氣溫較穩定的2019年7月31日上午9：30到8月3日上午9：30連續3 d的實測數據進行分析如圖7和圖8所示。

圖7 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居夏季室外及各房間溫度實測結果

圖8 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居夏季室外及各房間溫度實測結果

由圖7可知，在實測期間室外平均溫度為29.3 ℃，傳統民居臥室的平均溫度為27.6 ℃，傳統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，傳統民居起居室的空氣溫度上升較快，室內外空氣溫度在14：00達到最大值，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左右室內外空氣溫度均達到最低值。室內外空氣溫度在傍晚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，傳統民居室內外相對濕度較高，大部分時間室內房間的相對濕度在70%以上，但未發現墻壁地面結露現象，反映了婁底地區夏季濕熱的氣候特點。上午8：00左右，受到太陽的輻射，傳統民居室內外空氣溫度開始緩慢升高，相對濕度逐漸降低，室內外相對濕度在14：00左右達到最小值，然后室內外相對濕度逐漸開始回升，在凌晨5：30左右室內外相對濕度均達到最大值。在夜間，傳統民居室內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，利于通風散熱。

2.2 室內熱環境評價

根據實測試期間得到的室內熱濕環境數據，分別計算得到了木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居室內各房間的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民居冬季室內各房間APMV實測結果

圖10 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居夏季室內各房間APMV實測結果

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

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

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

表1 木板壁墻體獨棟正堂式傳統民居室內熱濕環境結果 單位：%

3 結 語

通過對湘中地區木板壁外墻獨棟正堂式傳統民居進行冬季和夏季自然條件下的實測結果分析，得到如下結論:

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

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

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