江南水鄉(xiāng)低能耗住宅室內(nèi)環(huán)境研究

楊維菊 許錦峰 黃欣鵬 / YANG Weiju, XU Jinfeng, HUANG Xinpeng

江南水鄉(xiāng)低能耗住宅室內(nèi)環(huán)境研究

楊維菊 許錦峰 黃欣鵬 / YANG Weiju, XU Jinfeng, HUANG Xinpeng

本文結(jié)合江南水鄉(xiāng)地區(qū)的氣候和地理特征，分析了最近兩年江陰市山泉村新建村鎮(zhèn)低能耗住宅的規(guī)劃布局效果。同時(shí)，對(duì)村鎮(zhèn)低能耗住宅進(jìn)行了室內(nèi)環(huán)境測(cè)試，結(jié)果表明：新建村鎮(zhèn)低能耗住宅保溫性能好、能耗低、室內(nèi)環(huán)境舒適，具有較好的推廣價(jià)值和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的節(jié)能住宅。

江南水鄉(xiāng) 低能耗住宅 氣候適應(yīng) 室內(nèi)環(huán)境

1 研究目的和存在問(wèn)題

隨著能源政策的執(zhí)行和綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，我國(guó)各地對(duì)綠色生態(tài)建筑的研究已經(jīng)由單體建筑轉(zhuǎn)向綠色生態(tài)區(qū)和可再生能源示范區(qū)。然而通過(guò)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)考察，發(fā)現(xiàn)以往對(duì)村鎮(zhèn)住宅的研究多集中在對(duì)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居的保護(hù)和地方文化的傳承等方面，而對(duì)于村鎮(zhèn)低能耗住宅及其氣候適應(yīng)性技術(shù)的研究做得較少，處于起步階段。

村鎮(zhèn)低能耗住宅建設(shè)是習(xí)近平總書(shū)記提出的“美麗鄉(xiāng)村建設(shè)”的重點(diǎn)，提升村鎮(zhèn)居民居住環(huán)境和生活質(zhì)量，改善農(nóng)村住宅的室內(nèi)熱舒適性，無(wú)疑是增進(jìn)農(nóng)民福祉的一件惠民大事。根據(jù)國(guó)家“十二五”和“十三五”的要求，在全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)下，本文以在江南水鄉(xiāng)建造低能耗住宅，提高農(nóng)民的居住環(huán)境，并且實(shí)現(xiàn)資源和能源的節(jié)約作為村鎮(zhèn)低能耗住宅技術(shù)策略研究的重點(diǎn)。

目前村鎮(zhèn)住宅普遍存在一些問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面（許錦峰等，2013）。

（1）一些地區(qū)總體規(guī)劃缺位或未能將規(guī)劃予以落實(shí)，導(dǎo)致單體建筑設(shè)計(jì)不合理，土地浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。每家每戶各自為政，或多占地盤(pán)，導(dǎo)致土地空間利用不充分；或沿交通線散亂建設(shè)（圖1）。另外，農(nóng)村住宅大多沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙，只是根據(jù)戶主的意愿和要求來(lái)建房，或僅由施工人員簡(jiǎn)單畫(huà)一個(gè)房屋草圖，據(jù)此進(jìn)行施工。

（2）住宅單體面積大而無(wú)當(dāng)。有些戶主堅(jiān)持片面的風(fēng)水原則，認(rèn)為西邊鄰居的房頂不能高過(guò)自家房屋，假如出現(xiàn)此種情況，則一定要加以阻止或進(jìn)行加蓋，這使得有些地方出現(xiàn)“假三層”，即從外觀上看是3層，實(shí)際上只有兩層。住宅面積大而不當(dāng)、空間利用率低，并造成人力和資源的浪費(fèi)。

圖1 土地空間利用不充分

圖2 現(xiàn)有住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)節(jié)能措施

圖3 山泉村地理位置

圖4 測(cè)試用照度計(jì)

圖5 測(cè)試用風(fēng)速溫濕度計(jì)

（3）住宅空間布局不合理。村鎮(zhèn)住宅廚房、衛(wèi)生間功能不齊全，活動(dòng)空間和生活空間沒(méi)有完全分離；亂搭亂建輔助用房的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，使得道路狹窄不通暢；上下水管系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施配套不到位。

（4）房屋不節(jié)能、室內(nèi)熱舒適度差。目前，村鎮(zhèn)住宅多為低層磚混結(jié)構(gòu)，以磚為主要墻體材料，屋面、外墻等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)未采用節(jié)能措施，窗墻比過(guò)大（圖2）。具體表現(xiàn)為：圍護(hù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何保溫隔熱措施；村民為了省錢選用劣質(zhì)、低價(jià)的不節(jié)能門窗，導(dǎo)致建筑的保溫隔熱性能很差。

針對(duì)以上情況，本文力圖通過(guò)優(yōu)化村鎮(zhèn)住宅的規(guī)劃設(shè)計(jì)，在為村民提供良好居住環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑功能合理化，滿足生活需求，從而打造節(jié)能、舒適、生態(tài)的村鎮(zhèn)住宅。

2 研究對(duì)象與氣候特征

本文通過(guò)對(duì)江蘇省江陰市周莊鎮(zhèn)山泉村的數(shù)次實(shí)地調(diào)研，對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鬟M(jìn)行分析。從地形圖可以發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)與華西村相接，具有典型的江南水鄉(xiāng)的地理地貌和氣候特征（圖3），屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，具有四季分明、氣候溫和、雨量充沛的特點(diǎn)。山泉村屬于典型的夏熱冬冷氣候區(qū)域，根據(jù)江蘇省蘇州市典型氣象設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得知，該地區(qū)年均降水量為1 100mm，年均溫度15.7℃，1月份是全年溫度最低的月份，平均溫度2.5℃；7月份是全年溫度最高的月份，平均溫度28℃（中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室，2005）。

本文以山泉村新區(qū)多層住宅為對(duì)象進(jìn)行了測(cè)試分析，對(duì)其平面布局、建筑功能分區(qū)、室內(nèi)外熱環(huán)境等情況進(jìn)行了記錄。同時(shí)，針對(duì)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?guī)劃布局、建筑構(gòu)造特點(diǎn)、生活習(xí)俗、傳統(tǒng)文化的傳承和生活用能方式等問(wèn)題，對(duì)幾十戶居民進(jìn)行了走訪了解和問(wèn)卷調(diào)查。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析

3.1 測(cè)試過(guò)程

本次測(cè)試內(nèi)容包括室內(nèi)的風(fēng)速、照度、濕度、空氣溫度，以及東西向墻體和屋頂?shù)膬?nèi)外壁面溫度。測(cè)試儀器使用N962型風(fēng)速溫濕度計(jì)、紅外線測(cè)溫儀、testo540型照度計(jì)（圖4、5）。

首先選擇一個(gè)多層住宅的5樓的套室進(jìn)行測(cè)試（圖6～8）。由于夏季中午12:00到下午的室外溫度最高，在這段時(shí)間里測(cè)試室內(nèi)溫濕度變化及墻體、屋頂?shù)谋诿鏈囟龋瑫?huì)更有利于研究村鎮(zhèn)低能耗住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，所以選擇的測(cè)試時(shí)間為12:00～14:30。為了研究屋頂內(nèi)外壁面溫度的連續(xù)性變化，分別在中午12:00和下午14:10進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)量室內(nèi)各參數(shù)的同時(shí)，也對(duì)室外環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。

測(cè)試中，選取套室內(nèi)功能較多、南北通透的區(qū)域?yàn)闇y(cè)試對(duì)象。此次選取南面陽(yáng)臺(tái)至北面廚房的區(qū)域，在室內(nèi)布置網(wǎng)格點(diǎn)，網(wǎng)格距離為1.0m，測(cè)試各節(jié)點(diǎn)處的照度、溫濕度及風(fēng)速，照度測(cè)點(diǎn)的高度為1.2m，溫濕度及風(fēng)速測(cè)點(diǎn)的高度為1.5m，測(cè)試均在自然通風(fēng)條件下進(jìn)行。另外，測(cè)試東西向墻體內(nèi)外壁面溫度、平屋頂?shù)膬?nèi)外壁面溫度、坡屋頂?shù)耐獗诿鏈囟燃捌湎路降膬?nèi)表面溫度（圖9～11）。

圖6 村鎮(zhèn)低能耗住宅多層外立面

圖7 村鎮(zhèn)低能耗住宅陽(yáng)臺(tái)門

圖8 工作人員計(jì)算住宅室內(nèi)網(wǎng)格布置

圖9 村鎮(zhèn)低能耗住宅屋面

圖10 村鎮(zhèn)低能耗住宅屋頂透氣窗

圖11 村鎮(zhèn)低能耗住宅坡屋頂內(nèi)部

3.2 測(cè)試結(jié)果及分析

多層住宅室內(nèi)網(wǎng)格的劃分如圖12所示，測(cè)試得到室外環(huán)境、室內(nèi)墻體和屋面內(nèi)壁面溫度（表1～3）。

對(duì)12:30～12:55測(cè)得的室內(nèi)數(shù)據(jù)分析如下：

（1）從墻體的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，在自然通風(fēng)條件下，西向墻體內(nèi)壁面測(cè)點(diǎn)2的溫度為34.9℃，平屋頂?shù)膬?nèi)壁面在12:00及14:10的溫度分別為34.2～36℃、37.0℃，坡屋頂下方的表面在12:00及14:10的溫度分別為34℃、34.9～35℃。西墻和屋頂內(nèi)壁面的溫度均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176）中要求的37.1℃，且西墻內(nèi)外壁面的溫差約為6.0℃，平屋頂內(nèi)外壁面的溫差達(dá)到了24.6～27.1℃。這說(shuō)明當(dāng)室外有嚴(yán)重烘烤感時(shí)，由于墻體和屋頂采取了隔熱措施，減少了室外傳至室內(nèi)的熱量，降低了室內(nèi)溫度，從而減小了室內(nèi)溫度波動(dòng)，提高了室內(nèi)熱舒適性。

圖12 多層套室中的網(wǎng)格區(qū)域布置

圖13 室內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)的照度值

圖14 室內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)的風(fēng)速值

表1 室外環(huán)境參數(shù)

表3 屋頂壁面溫度

（2）通過(guò)照度圖可以看出，在各向窗戶均無(wú)遮陽(yáng)的條件下，室內(nèi)最大照度出現(xiàn)在南面靠近陽(yáng)臺(tái)的位置，為6 000Lux，照度值從南面陽(yáng)臺(tái)向室內(nèi)中間逐漸降低，由于北面廚房有窗戶，所以照度值又逐漸增大。最低點(diǎn)出現(xiàn)在距南面約7m的位置，照度值為68Lux，高于《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50033）中要求的室內(nèi)天然光臨界照度50Lux（圖13）。

（3）通過(guò)風(fēng)速分布圖可以看出，在自然通風(fēng)條件下，從南向北風(fēng)速逐漸降低，南面陽(yáng)臺(tái)約4m以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，風(fēng)速都在0.80m/s以上，最大風(fēng)速出現(xiàn)在東南墻角，風(fēng)速為1.86m/s，而山泉村夏季室外平均風(fēng)速為2.80m/s，說(shuō)明上述數(shù)值滿足室內(nèi)最大風(fēng)速小于室外平均風(fēng)速的要求。風(fēng)速最低點(diǎn)出現(xiàn)在離南面陽(yáng)臺(tái)約8m且靠近西墻的位置，為0.20m/s。從中間位置向北，風(fēng)速都在0.50m/s左右，從圖中還可以看出，室內(nèi)靠近東墻或西墻位置的風(fēng)速比中間位置的小，總體上來(lái)說(shuō)，室內(nèi)南北通透結(jié)構(gòu)較為合理，使得自然通風(fēng)效果較好（圖14）。

（4）從溫度圖上可以看出，在自然通風(fēng)條件下，北面溫度稍微高于南面，最高溫度為36.8℃，最低溫度為35.6℃，室內(nèi)溫差僅1.2℃，說(shuō)明室內(nèi)溫度波動(dòng)較小，溫度分布比較均勻（圖15）；從濕度圖上可以看出，南面濕度稍高于北面，由于南北向靠近窗戶的位置通風(fēng)效果更好，所以濕度最大點(diǎn)出現(xiàn)在室內(nèi)的中間位置（圖16）。

圖15 室內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)的溫度值

圖16 室內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)的相對(duì)濕度值

圖17 改造前居民住宅室內(nèi)采光照度模擬結(jié)果

圖18 改造后低能耗住宅采光照度模擬結(jié)果

圖19 改造前居民住宅室內(nèi)風(fēng)速矢量模擬結(jié)果

圖20 改造后低能耗住宅風(fēng)速矢量模擬結(jié)果

4 調(diào)研結(jié)果分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在2010年，山泉村本著節(jié)約土地、集約用地的原則，對(duì)全村795戶村民的住宅進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)：在單體建筑設(shè)計(jì)上，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)村養(yǎng)老潮流，設(shè)計(jì)了老年公寓和村民活動(dòng)中心；并且進(jìn)行了道路硬化、夜間亮化、環(huán)境凈化等改造，使村容村貌煥然一新。

在調(diào)研時(shí)，對(duì)山泉村改造前后居民住宅的室內(nèi)采光和通風(fēng)換氣效果進(jìn)行了比較研究和模擬分析（圖17～20）。改造前居民住宅房間進(jìn)深大，窗戶小，臥室的采光系數(shù)較低，而改造后的低能耗住宅不僅增大了窗戶的面積，而且使用了氣密性和熱工性能良好的節(jié)能窗，在增加室內(nèi)采光的同時(shí)，還能起到保溫的效果。在通風(fēng)效果方面，改造前居民住宅夏季室內(nèi)的空氣流動(dòng)狀況不理想，臥室內(nèi)有漩渦，在室外平均風(fēng)速為2.8m/s的情況下，室內(nèi)最大風(fēng)速僅為0.6m/s。而新建的低能耗住宅戶型設(shè)計(jì)合理，室內(nèi)的“穿堂風(fēng)”效應(yīng)比較明顯，建筑造型也新穎（圖21）。

同時(shí)，在改造前的居民住宅中，由于室內(nèi)通風(fēng)效果欠佳，室內(nèi)空氣過(guò)分潮濕，內(nèi)壁面溫度低于周圍空氣的露點(diǎn)溫度，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱效果不佳，因此墻壁上會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，同時(shí)還常常伴隨發(fā)霉、發(fā)黑和長(zhǎng)毛的狀況。而新建的低能耗住宅基本杜絕了此類現(xiàn)象的發(fā)生。

山泉村低能耗住宅的采光照度和風(fēng)速矢量計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果證明，建筑的節(jié)能效果明顯，其建設(shè)經(jīng)驗(yàn)值得在廣大的農(nóng)村進(jìn)行推廣。

圖21 改造前后的山泉村

5 結(jié)論

江陰市山泉村結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?，因地制宜地開(kāi)發(fā)了低能耗新住宅，其寶貴經(jīng)驗(yàn)包括：采用被動(dòng)節(jié)能技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化建筑功能布局、進(jìn)行最佳戶型設(shè)計(jì)、設(shè)置陽(yáng)光房等多種技術(shù)策略，實(shí)現(xiàn)了“夏季通風(fēng)、冬季采暖”的效果，并有效改善了住宅室內(nèi)的光、熱環(huán)境。

通過(guò)這些成本低、效果顯著的被動(dòng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到了營(yíng)造氣候適應(yīng)建筑和節(jié)約能源的目的，更與“美麗鄉(xiāng)村建設(shè)”的思想十分契合。

[1] 許錦峰, 湯蘇平, 黃凱, 等. 新農(nóng)村建設(shè)中新墻材應(yīng)用節(jié)能減排研究——以江陰市山泉村新農(nóng)村建設(shè)為例[R]. 南京: 江蘇省建筑節(jié)能技術(shù)中心, 2013.

[2] 中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室, 清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系. 中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2005.

2016-10-17

RESEARCH ON INDOOR ENVIRONMENT IN LOW ENERGY CONSUMPTION HOUSE OF WATER TOWNS IN THE SOUTH AREA OF YANGTZE RIVER

According to the features of climate and geography of water towns in the south area of Yangtze River, this paper analyses the city planning new rural residential consumption effect of Shanquan village of Jiangyin in the past two years. At the same time, the paper conducts the rural residential consumption of indoor environmental testing. The results show that the new rural residential energy consumption and good insulation properties, low energy consumption, comfortable indoor environment have good popularization value and economic practicability of residential energy conservation.

Water Towns in the South Area of Yangtze River, Low Energy Consumption House, Climate Adaption, Indoor Environment

國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：51278110）。

楊維菊，東南大學(xué)建筑學(xué)院

許錦峰，江蘇省建筑科學(xué)研究院黃欣鵬，江蘇省建筑科學(xué)研究院