重慶農(nóng)村住宅冬季熱環(huán)境與其受戶門使用方式的影響*

宋 平 唐鳴放 SONG Ping, TANG Mingfang

重慶農(nóng)村住宅冬季熱環(huán)境與其受戶門使用方式的影響*

宋 平 唐鳴放 SONG Ping, TANG Mingfang

通過對重慶地區(qū)農(nóng)村住宅冬季室內(nèi)熱環(huán)境的實測分析，表明農(nóng)村住宅室內(nèi)平均溫度僅比室外溫度高1～2℃，室內(nèi)溫度低于9℃的頻率約占80%，農(nóng)宅的總體熱環(huán)境還比較差；農(nóng)戶的生活習(xí)慣也會影響到室內(nèi)熱環(huán)境的變化，特別是堂屋溫度受到戶門開關(guān)使用的影響比較突出明顯，白天出現(xiàn)較大的波動和下降。為了研究這種影響的程度，采用Designbuilder軟件建模；根據(jù)堂屋溫度的實測數(shù)據(jù)確定戶門的日常使用方式，模擬住宅室內(nèi)溫度。結(jié)果顯示，農(nóng)宅在室外低溫條件下，室內(nèi)溫度都沒有達到《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》所要求的低限取值8℃，所以圍護結(jié)構(gòu)需要加強保溫；其次戶門的日常使用方式導(dǎo)致堂屋溫度白天出現(xiàn)較大的下降，最大降幅達到3.2℃，累積降溫達到15℃，并對相鄰房間溫度產(chǎn)生不利影響。

農(nóng)村住宅；熱環(huán)境測量；模擬

0 引 言

近年來，全國各地開展了農(nóng)村住宅熱環(huán)境的調(diào)查研究，結(jié)果顯示，大量農(nóng)村住宅冬季室內(nèi)溫度低、熱環(huán)境質(zhì)量差。西北農(nóng)村住宅室內(nèi)溫度只有7.4℃左右[1]，湖南農(nóng)村住宅溫度大部分在9℃左右[2]。導(dǎo)致農(nóng)村住宅熱環(huán)境差的主要原因是建筑圍護結(jié)構(gòu)未采取保溫措施[3-6]，窗戶多為單層木窗且氣密性較差[7-8]，室內(nèi)沒有取暖設(shè)施。此外，農(nóng)村居民的生活方式也對室內(nèi)熱環(huán)境有較大的影響。農(nóng)村住宅戶門直接與室外相連，戶門開關(guān)頻繁，室內(nèi)外熱冷空氣交換明顯，室內(nèi)空氣溫度場變化較大，對室內(nèi)熱環(huán)境有直接影響[9-12]。因此，改善農(nóng)村住宅熱環(huán)境應(yīng)全面考慮這些影響因素。

重慶屬于夏熱冬冷地區(qū)，冬季平均氣溫在6~8℃，夏季平均氣溫在27~29℃，長期以來，農(nóng)村住宅比較重視夏季通風(fēng)降溫，而忽視冬季保溫和室內(nèi)熱環(huán)境改善。重慶地區(qū)在已有的農(nóng)村建設(shè)與研究中也取得了一定成績，如“社區(qū)移民型”示范工程中，農(nóng)村低層住宅模塊化設(shè)計率達到80%，實現(xiàn)節(jié)能50%；重慶長壽云臺鎮(zhèn)建成了“散居移民型”示范工程，目的是為了提高三峽庫區(qū)農(nóng)村城鎮(zhèn)化發(fā)展，改善農(nóng)民居住條件、維育生態(tài)環(huán)境[13]。其次，在針對自建農(nóng)宅方面，已對渝西經(jīng)濟走廊區(qū)域進行了農(nóng)宅現(xiàn)狀調(diào)研[14]；在農(nóng)宅室內(nèi)光環(huán)境研究中，窗墻比影響室內(nèi)自然采光的程度要比單純改變玻璃類型要大，同時，改變玻璃類型影響自然采光的程度也比設(shè)置遮陽板的要大[15]?！笆濉逼陂g，重慶市被列為全國“城鄉(xiāng)統(tǒng)籌”的示范區(qū)，將加大新農(nóng)村建設(shè)力度，全面改善農(nóng)村住宅熱環(huán)境，這就需要對現(xiàn)有農(nóng)村住宅熱環(huán)境進行調(diào)查研究，為新農(nóng)村住宅熱環(huán)境的營造和評價提供參考依據(jù)。

圖1 測量住宅F(xiàn)ig.1 the measured house

1 熱環(huán)境調(diào)查測量

1.1 調(diào)查對象

為了解農(nóng)村住宅冬季熱環(huán)境的實際情況，在重慶市江津區(qū)選取一戶具有代表性的農(nóng)村住宅進行調(diào)查和測量。該住宅為磚混結(jié)構(gòu)的二層樓房（圖1），東南朝向，建筑面積為180m2，其中底層面積較大，兩側(cè)房間為附屬用房，圖2為建筑平面圖。農(nóng)宅居住了三代4口人，主要勞動力都在當(dāng)?shù)貏?wù)農(nóng)和打工，家庭經(jīng)濟情況較好，普通家電都有，還安裝了空調(diào)和太陽能熱水器，但住戶反映，冬季未使用空調(diào)采暖。在主觀問卷調(diào)查中了解到，住戶的生活作息時間比較有規(guī)律，老年人早上起床較早并有開啟戶門的習(xí)慣，白天除了料理家務(wù)就是照顧孫子；青年人在當(dāng)?shù)貏?wù)工，早出晚歸，中午有回家午休的習(xí)慣；晚上全家人睡覺時間均較早。

1.2 測量方法

測量內(nèi)容為住宅堂屋溫度、常住臥室溫度、圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度以及室外溫度。測量房間及儀器布點位置如圖2所示，測量儀器為TR-52型自記溫度儀，儀器精度為0.3℃，設(shè)置數(shù)據(jù)記錄間隔為10min。室內(nèi)溫度測量儀布置在被測房間中離地面1.0m左右的高度，室外溫度測量儀布置在屋檐下空氣流通且沒有直射陽光的位置。測量時間為2013年12月12日—2014年1月10日，共30天。

1.3 測量結(jié)果分析

1.3.1 測量結(jié)果統(tǒng)計

測量期間的室外和室內(nèi)空氣溫度逐時變化如圖3所示?？梢钥闯觯彝鈿鉁貜?2月17日以后就進入了低溫階段，陰天多、晴天少，日平均溫度為6.5℃左右。在室外溫度的影響下，室內(nèi)溫度也隨之變化，但室內(nèi)溫度的變化波幅很小。整個測量期間，室內(nèi)溫度主要在6～10℃之間變化。為了評價室內(nèi)溫度的分布情況，對建筑各功能房間室內(nèi)溫度值所處的溫度區(qū)間進行統(tǒng)計，對應(yīng)的溫度值即低于某溫度的時數(shù)占總時數(shù)的百分比，得到圖4展示的結(jié)果?？梢姡鞣块g室內(nèi)溫度低于9℃的頻率為80%以上，1樓房間溫度低于8℃的頻率為21%，2樓房間溫度低于8℃的頻率為77%。

圖2 建筑平面和測點布置Fig.2 the building plane and the arrangement of measuring points

圖3 室內(nèi)和室外溫度Fig.3 indoor and outdoor temperatures

選取12月20日—1月10日共22天為測量期間的冬季代表性天氣，統(tǒng)計各測量點的平均溫度和每天最低溫度的平均值（表1）。由表1可見，室內(nèi)平均溫度比室外溫度高2℃左右，其中1樓房間溫度比2樓房間高1℃以上，這是因為1樓的堂屋和臥室周圍有附屬用房包裹，形成了較好的保溫且地面溫度較高，而2樓臥室的外墻和屋頂暴露于室外冷空氣中失熱較多，因此在圍護結(jié)構(gòu)中，二樓屋頂內(nèi)表面溫度<二樓臥室外墻內(nèi)表面溫度<地面溫度。這也說明底層房間對冬季熱環(huán)境有利。

表1 各測量點溫度平均值Tab.1 the average value of each measurement point’s temperature

圖4 室內(nèi)溫度頻率Fig.4 the frequency of indoor temperatures

對比1樓的堂屋溫度和臥室溫度，堂屋平均溫度略高于臥室，因為人員活動多集中在堂屋，臥室僅在睡覺時候有人，堂屋周圍有發(fā)熱電器且緊鄰廚房；但堂屋最低溫度比臥室低0.7℃，說明堂屋溫度在一天中變化較大。

1.3.2 堂屋溫度

為了觀察堂屋溫度的變化，選取12月22日—28日共7天的堂屋溫度測量數(shù)據(jù)，以10min為間隔得到堂屋溫度變化（圖5）?？梢钥闯觯梦菝刻斓臏囟瘸尸F(xiàn)出有規(guī)律的波動，夜間溫度較為平穩(wěn)，白天溫度變化大，特別是在每天早上的6～7點均有溫度的陡降。結(jié)合農(nóng)戶的生活習(xí)慣與作息時間分析，引起溫度陡降的原因是農(nóng)戶開啟堂屋大門所導(dǎo)致。而在其他時間段，農(nóng)戶開啟堂屋大門的頻率均伴隨著堂屋空氣溫度的變化，導(dǎo)致室內(nèi)溫度降低。

從12月22日—28日共7天的堂屋溫度測量數(shù)據(jù)中任選一天，為了直觀地觀察由于人的行為活動導(dǎo)致堂屋的戶門開啟所引起的溫度變化，在進行數(shù)據(jù)處理時將堂屋溫度按10min為間隔計算溫度變化，即相鄰兩個間隔的溫度差，得到圖6（橫坐標(biāo)以小時為單位，每小時代表6個時間間隔，即6個10min），可以比較清楚地反映堂屋溫度變化的時間和變化幅度。早上開門時的溫度變化率最大，為1℃左右，室外溫度越低的天氣，開關(guān)門時的溫度變化越大。

2 模擬與分析

評價農(nóng)宅在冬季室外低溫情況下，室內(nèi)總體熱環(huán)境是否滿足《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對冬季低限溫度的規(guī)定；其次，著重研究農(nóng)戶的生活方式導(dǎo)致戶門開啟對室內(nèi)溫度的影響，同時對這種不利影響的程度進行評價。下面以調(diào)查測量的農(nóng)宅為模型，應(yīng)用Designbuilder軟件建模，采用《中國建筑標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)庫》中重慶典型氣象年數(shù)據(jù)，進行典型日逐時模擬分析。

2.1 建模

按照測量住宅的實際情況，在Designbuilder軟件中建立農(nóng)宅的簡化模型（圖7），農(nóng)宅為磚混結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)為：水泥地面，頁巖磚墻，鋼筋混凝土樓板，單玻鋁合金與木框窗戶，鋁合金門。

采用重慶典型年氣象數(shù)據(jù)進行逐時溫度模擬時，按通常情況設(shè)置室內(nèi)參數(shù)。住宅室內(nèi)人員、炊事、照明等產(chǎn)生的內(nèi)熱源強度，按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)推薦值設(shè)置為4.3W/m2，室內(nèi)換氣次數(shù)設(shè)為1次/h。堂屋戶門的開關(guān)時間參照實際測量的堂屋溫度變化情況確定。

2.2 模型驗證

圖5 堂屋溫度Fig.5 the living-room temperature

圖6 堂屋溫度變化Fig.6 the living-room temperature changes

模型的驗證選取測量期間的一天（2014年1月4日）作為比較日，將實際測量的室外氣溫作為模擬計算的室外氣候參數(shù)，通過設(shè)置堂屋戶門的開關(guān)時間，使模擬計算的堂屋溫度與實際測量的堂屋溫度波形接近（圖8），這驗證了所建模型，同時也得到了與戶門實際使用情況相近的開關(guān)時間設(shè)置。

圖7 農(nóng)宅模型Fig.7 rural residential model

2.3 模擬情況說明

首先模擬整個農(nóng)宅在冬季室外溫度較低情況下室內(nèi)熱環(huán)境狀態(tài)，其次有針對性地模擬堂屋戶門在開啟情況下對堂屋自身及相鄰臥室熱環(huán)境產(chǎn)生的影響。

農(nóng)戶行為活動導(dǎo)致堂屋戶門頻繁開啟，使得室外冷空氣進入室內(nèi)，影響室內(nèi)熱環(huán)境。為了定量評價室外冷空氣對室內(nèi)造成的影響程度，以模擬戶門關(guān)閉狀態(tài)下的室內(nèi)溫度作為參照點，用于比較戶門使用方式下的室內(nèi)溫度（即使用狀態(tài)）。

將驗證模型中的戶門開關(guān)時間設(shè)置作為農(nóng)戶對戶門的日常使用方式，用于模擬冬季天氣情況下的堂屋溫度。此外，由于堂屋通向一樓臥室，進入堂屋的冷空氣也會影響臥室溫度，因此，還要模擬臥室門開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)下的臥室溫度。

2.4 模擬結(jié)果分析

2.4.1 農(nóng)宅總體熱環(huán)境

選取冬季1月份具有代表性的低溫天氣作為典型日，模擬農(nóng)宅主要使用房間的熱環(huán)境狀況（圖9）。室外平均溫度4.1℃，1樓臥室與堂屋平均溫度5.6℃，比2樓臥室與客廳平均溫度5.0℃高0.6℃，這主要是由于1樓周圍附屬用房將其包裹得較好，使得暴露于室外空氣溫度中的外墻面積減少；反之，二樓房間外墻面積大量暴露于室外冷空氣中，失熱較多。堂屋溫度早晨出現(xiàn)溫度的陡降，這是農(nóng)戶的生活習(xí)慣開啟戶門所致。堂屋是農(nóng)宅使用頻率最高、農(nóng)戶停留時間最長的功能空間，兼顧著生產(chǎn)和生活的功能。所以，堂屋熱環(huán)境在整個農(nóng)宅房間中變化最大。

結(jié)合《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，在夏熱冬冷地區(qū)，農(nóng)村居住建筑的臥室、起居室等主要功能房間，在無任何供暖和空氣調(diào)節(jié)措施下，冬季室內(nèi)溫度在8℃時能夠滿足農(nóng)民的心理預(yù)期和日常生活需要。模擬的主要功能房間在室外低溫情況下，室內(nèi)平均溫度均低于8℃，表明該農(nóng)宅整體熱環(huán)境還比較差。

2.4.2 戶門使用狀態(tài)下堂屋及相鄰臥室熱環(huán)境

選取室外溫差較大的一天，模擬堂屋門使用工況對堂屋及臥室溫度的影響（圖10）。室外平均溫度為7.2℃，堂屋戶門關(guān)閉狀態(tài)下堂屋溫度幾乎是直線，平均溫度為8.8℃。堂屋戶門使用狀態(tài)下堂屋溫度為下凹曲線，平均溫度為8.2℃，比關(guān)閉狀態(tài)降低了0.6℃。堂屋溫度在上午09:00達到了最低值，與堂屋戶門關(guān)閉狀態(tài)下的最大溫差為3.2℃，對應(yīng)的室外溫度為1.4℃，為全天最低溫度。而在下午17:00—19:00堂屋室內(nèi)溫度升高，且高于堂屋戶門關(guān)閉狀態(tài)，出現(xiàn)有利的時間段，但是不足以抵消全天不利的影響。所以總體來看，戶門使用狀態(tài)對室內(nèi)熱環(huán)境還是不利影響，最終白天時段造成堂屋溫度的累積降低值為15.0℃。由于一樓常住臥室門通向堂屋，進入堂屋的冷空氣會影響到臥室熱環(huán)境，堂屋戶門在使用狀態(tài)下對應(yīng)臥室平均溫度為8.6℃（臥室門關(guān)閉）和8.4℃（臥室門開啟），平均溫度降低0.2℃，臥室累積下降溫度值為4.4℃。

3 討 論

3.1 農(nóng)宅室內(nèi)熱環(huán)境改善

農(nóng)宅在室外低溫天氣的情況下，室內(nèi)主要使用功能房間平均溫度不能達到8℃，表明農(nóng)宅的圍護結(jié)構(gòu)保溫性能還比較差。所以，農(nóng)宅應(yīng)加強維護結(jié)構(gòu)的保溫；其次，對于人員活動密集的堂屋與產(chǎn)熱量較大的廚房及其熱量可以加以利用；農(nóng)戶也可以采用適應(yīng)性行為，如使用局部采暖措施（烤火）、喝熱水、加衣服、加大活動量提高自身的熱舒適。

圖8 堂屋實測值與模擬值的比較Fig.8 comparison of calculated value and measured value of living-room temperature

圖9 主要使用房間與室外溫度模擬曲線Fig.9 simulation curves of main using room temperatures and outdoor temperatures

圖10 室內(nèi)溫度模擬曲線Fig.10 indoor temperature simulation curve

3.2 影響戶門開啟的原因

堂屋門的開啟不同程度地影響到堂屋空間的熱環(huán)境，引起這個問題的原因大致為兩個方面：一是農(nóng)村住宅堂屋立面未開設(shè)窗戶，農(nóng)戶早晨進入堂屋必須將大門敞開，才能滿足室內(nèi)采光和換氣的作用；二是堂屋作為農(nóng)戶生產(chǎn)和生活最頻繁的空間，農(nóng)戶要在堂屋進行一天農(nóng)活的準(zhǔn)備工作，還要做飯、挑水、喂養(yǎng)家禽生豬等，頻繁進出使得大門敞開，這也是因為農(nóng)村房屋平面功能布局將附屬用房如廚房、豬圈布置在主體建筑兩側(cè)，需要打開堂屋大門才能到達。因此，在新農(nóng)村住宅平面設(shè)計時，不僅要考慮功能流線的合理性，同時，也要考慮到農(nóng)戶的生活習(xí)慣進行設(shè)計。

4 結(jié) 論

（1）農(nóng)村住宅冬季室內(nèi)平均溫度僅比室外溫度高1～2℃，其中1層房間的溫度略高于2層房間，各房間室內(nèi)溫度低于9℃的頻率占80%，低于8℃的頻率約占40%。

（2）農(nóng)村住宅戶門的日常使用方式對冬季室內(nèi)熱環(huán)境有較大的影響，主要表現(xiàn)為堂屋溫度白天出現(xiàn)較大波動和下降，最大降低值為3.2℃，出現(xiàn)在上午室外氣溫最低時間，堂屋溫度白天累積降低值為15℃，并對相鄰房間溫度產(chǎn)生不利影響，可使相鄰房間溫度累積降低4.4℃。

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圖表來源：

圖1：作者拍攝

圖2-10：作者繪制

表1：作者繪制

（編輯：蘇小亨）

Rural Residential Thermal Environment in Winter with the Effect of Door Using Mode in Chongqing Municipality

Through thermal environment measurement and the analysis of rural residence in winter in Chongqing, it is showed that the average temperature of rural indoor residence is higher than the outdoor temperature by only 1~2℃, and the frequency of indoor temperature lower than 9℃ accounts for about 80 percent. The overall thermal environment of rural residences is relatively poor, and farmers’ living habits also influence the indoor thermal environment, especially the door using mode. It is observed that the living room temperature experiences larger fluctuation and declines in the daytime when the door use is more often. In order to study this effect, we adopt Designbuilder to build the model, and determine the daily door use by the measured room temperature to simulate the indoor temperature. The results show that the indoor temperature fails to reach 8℃, which is the low limit required by the Rural Residential Building Energy Efficiency Design Standard in low outdoor temperature conditions. Therefore, firstly, the rural residences need strengthen their function of thermal insulation; secondly, the living room temperature declines sharply due to the usage of the door in the daytime with a maximum temperature decline of 3.2℃and a cumulative decline of 15℃, which generates an adverse effect on the adjacent room temperature.

Rural Residential; Thermal Environment Measurement; Simulation

10.13791/j.cnki.hsfwest.20150211

宋平, 唐鳴放. 重慶農(nóng)村住宅冬季熱環(huán)境與其受戶門使用方式的影響[J]. 西部人居環(huán)境學(xué)刊, 2015, 30(02): 54-58.

TU111

B

2095-6304(2015)02-0054-05

* 國家自然科學(xué)基金資助項目（51478059）

宋 平： 重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，碩士研究生

唐鳴放： 重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點實驗室，教授，博士生導(dǎo)師，tmf@cqu.edu.cn

2015-01-20