木板壁民居對濕熱氣候的適應(yīng)性

楊真靜 徐亞男 彭明熙

摘 要：

為調(diào)查山地木板壁民居對重慶夏季濕熱氣候的適應(yīng)性，選取當(dāng)?shù)氐湫湍景灞诿窬幼鳛檠芯繉ο?，在夏季對其室?nèi)熱環(huán)境進(jìn)行實(shí)測。結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ攸c(diǎn)及居民生活習(xí)慣，對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用APMV對室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，木板壁民居夏季依靠自然通風(fēng)顯著改善了室內(nèi)熱舒適度，夏季典型日APMV達(dá)Ⅱ級以上的約占65%。傳統(tǒng)木夾壁民居在熱環(huán)境營造上響應(yīng)了當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，具有較好的氣候適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：

木板壁民居；實(shí)測；溫濕度；自然通風(fēng)；熱舒適

中圖分類號：TU111.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：16744764（2016）04000106

傳統(tǒng)民居作為前人長期實(shí)踐的結(jié)果，具有較好的環(huán)境適應(yīng)能力，其生態(tài)經(jīng)驗(yàn)越來越受到關(guān)注。Evola等[1]在研究卡塔尼亞地區(qū)的厚重型傳統(tǒng)民居時(shí)，發(fā)現(xiàn)該類民居提高夏季室內(nèi)熱環(huán)境的重要途徑是夜間通風(fēng)。Khalili等[2]通過對伊朗地區(qū)20戶傳統(tǒng)民居的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)建筑的地下室、捕風(fēng)塔等建筑形式及當(dāng)?shù)厝藗兊男袨槟Ｊ绞菓?yīng)對干熱氣候的有效方式，并努力將這些方式用到現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中。Lechner[3]研究了一些地區(qū)傳統(tǒng)民居適應(yīng)自然條件的措施。陸元鼎等[4]論述了廣東及海南地區(qū)的民居在特殊濕熱環(huán)境下采取的通風(fēng)與防潮、遮陽與隔熱、環(huán)境降溫等方面的策略，將建筑與氣候、地形、自然環(huán)境結(jié)合起來研究，開始了中國傳統(tǒng)民居氣候適應(yīng)性的研究。Zhu等[5]對以西北黃土高原窯洞為代表的傳統(tǒng)民居的生態(tài)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了分析，從建筑技術(shù)的角度對陜西窯洞進(jìn)行實(shí)測和模擬，分析了窯洞室內(nèi)及庭院的熱物理環(huán)境，提出意見并實(shí)施改進(jìn)，效果顯著。中國川渝地區(qū)因其地形復(fù)雜、氣候特殊，傳統(tǒng)民居多種多樣。其中木板壁民居用木板做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，屬于小木作，很少有人研究，但在川渝地區(qū)特殊氣候下卻廣泛存在[6]。因此，研究其室內(nèi)熱環(huán)境的生態(tài)經(jīng)驗(yàn)，對提高該類民居室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量及對現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)均具有重要的意義。

筆者以重慶山地木板壁民居為研究對象，對夏季室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測量、分析，并進(jìn)行熱濕環(huán)境評價(jià)。

1 研究對象和研究方法

11 研究區(qū)域概況

研究對象位于重慶市江津區(qū)白沙古鎮(zhèn)，古鎮(zhèn)背靠大旗山，沿江而建，鎮(zhèn)域狹長，為國家級歷史文化名鎮(zhèn)。由于古鎮(zhèn)用地緊張，建筑群體布局緊湊，主要街道為東西走向，青石路面狹窄悠長（圖1）。鎮(zhèn)內(nèi)傳統(tǒng)木板壁民居多建于清末民初，朝向大體為東南向，平面多為小開間大進(jìn)深，小青瓦坡屋頂高低錯(cuò)落，屋檐深遠(yuǎn)，外觀樸素?zé)o華，具有濃厚的鄉(xiāng)土氣息[7]。當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?79 ℃，無霜期340 d，年平均降雨量1 030 mm，年均日照為1 273 h，屬于典型濕熱氣候區(qū)，主要表現(xiàn)為高溫、高濕、多雨、多霧、靜風(fēng)[89]，冬季相對溫和，熱環(huán)境溫度相對不突出。因此，對當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｉ顏碚f，亟待解決的是通風(fēng)、散熱、除濕。

12 研究對象簡介

在古鎮(zhèn)內(nèi)選取一典型戶進(jìn)行研究，具體位置見圖1。該戶為一中間戶，具有典型代表性，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保存比較完整，且長期有人居住。其朝向?yàn)槟掀珫|19°，南面是寬約35 m的街道，北面為下沉院壩，院壩臨江，東西鄰戶均為木板壁住宅。建筑平面為縱向“一”字型，面寬45 m，進(jìn)深144 m。平面布置簡單，南側(cè)臨街為堂屋，臨街面為門和窗，中部和北側(cè)為兩間臥室（簡稱中臥、北臥），下方下吊一層為儲物間（圖3）。

該建筑為吊腳樓形式，具備典型山地木板壁民居特點(diǎn)：建筑依山就勢，南高北低，南側(cè)臨街，北側(cè)下吊。屋面為小青瓦坡屋頂，墻體和門均為厚25 cm左右的木板，窗為木格鏤空窗。堂屋層高較高且沒有吊頂，地面為水泥地面。中臥和北臥有普通塑料布作簡易吊頂，主要作用為防灰，地面為木樓板。下吊層儲物間墻體為青磚，地面為三合土。

13 測試方案

夏季有效測量時(shí)間為20150731日15：00—20150814日12：00。主要測量內(nèi)容：室外及室內(nèi)各房間溫度、相對濕度、堂屋地面溫度、北臥風(fēng)速（距地面約11 m）[10]。儀器參數(shù)及數(shù)據(jù)采集情況見表1，具體儀器布點(diǎn)見圖3。

2 測量結(jié)果

21 室外氣象參數(shù)

夏季測量期間室外天氣變化明顯，7月31日到8月4日連晴，4日晚上開始降溫，此后連續(xù)陰天或小雨，直至12日開始轉(zhuǎn)晴，溫度逐漸上升。測試期間室外溫度、太陽輻射見圖4，平均溫度為270 ℃，最高溫度344 ℃，最低為231 ℃，一日內(nèi)最大溫度波幅為87 ℃。測試期間平均太陽輻射量為172 W/m2，晴天最高達(dá)750 W/m2，陰天時(shí)約100 W/m2。因夏季主要研究室外高溫情況下木板壁民居室內(nèi)熱環(huán)境，故選取連晴高溫且溫度穩(wěn)定時(shí)段的中間一天即8月2日為典型日進(jìn)行分析。

22 室內(nèi)熱濕環(huán)境

典型日室內(nèi)外溫度見圖5。室外平均溫度290 ℃，最高溫度336 ℃，最低溫度255 ℃。除09：00—17：00堂屋溫度略低于室外，室內(nèi)各點(diǎn)溫度均比室外還略高，從熱延遲方面看，各房間熱延遲時(shí)間只有1～2 h，可見輕薄的木板壁民居整體防熱性能不好，熱惰性較差。

室內(nèi)溫度的分布晝夜分化明顯，白天北臥溫度最高，堂屋溫度最低，夜間則反之，分析住戶一天的活動軌跡，住戶白天在堂屋活動，夜間在北臥休息，顯然，室內(nèi)環(huán)境狀況與環(huán)境需求較為一致。其形成原因在于兩房間的朝向和地面情況。堂屋南側(cè)街道屋檐出挑較大，長時(shí)間處于陰影之下，使朝向街道的堂屋白天受太陽輻射影響較小。且堂屋地面平均溫度為275 ℃，全天穩(wěn)定，波幅僅08 ℃。白天地面溫度顯著低于室外空氣溫度，幫助室內(nèi)降溫；夜間地面溫度略高于室外空氣溫度，導(dǎo)致堂屋全天溫度波幅較小。而北臥地面為架空樓板，房間暴露在大氣中的面積更大，室內(nèi)溫度緊隨室外溫度而變化，從房間的晝夜溫差進(jìn)一步可以看到，堂屋晝夜溫差為65 ℃，但北臥的晝夜溫差達(dá)92 ℃，比室外溫度的日較差還大11 ℃，這也說明北臥的夜間散熱效果最好，輕薄的木板壁在日間防熱不佳，但在夜間發(fā)揮了積極的散熱作用，導(dǎo)致北臥溫度白天最高、夜間最低。此外，該建筑朝向?yàn)槟掀珫|19°，使北臥受西曬影響較大，這也是北臥白天溫度最高的重要原因。

典型日室內(nèi)外相對濕度見圖6。室外平均相對濕度為74%，最高達(dá)94%，最低也達(dá)到55%。室內(nèi)平均相對濕度為71%，與室外相差不大。相對濕度在60%以上的時(shí)間占80%。反映了重慶夏季濕熱的氣候特征。

23 室內(nèi)風(fēng)速

測量期間室內(nèi)風(fēng)速見圖7，平均風(fēng)速為037 m/s，最高達(dá)到085 m/s，最低也達(dá)到018 m/s。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在有效測量期間風(fēng)速大于03 m/s的時(shí)間約占總時(shí)間的60%。其中8月9日到13日期間，室內(nèi)風(fēng)速非常規(guī)律，夜間約025 m/s，白天基本在03 m/s以上，有時(shí)甚至達(dá)到07 m/s。8月1—8日期間，雖然風(fēng)速曲線變化不如后期規(guī)律，但依然可以看出室內(nèi)風(fēng)速夜間減小、白天增大的規(guī)律，主要原因是夜間房屋大門被關(guān)閉，阻斷了空氣流動。

3 熱濕環(huán)境評價(jià)

選用《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》中非人工冷熱源計(jì)算法對木板壁民居進(jìn)行熱環(huán)境評價(jià)，預(yù)計(jì)適用性平均熱感覺指標(biāo)APMV計(jì)算公式為

APMV=PMV/（1+λ·PMV）（1）

式中：PMV為預(yù)計(jì)平均熱感覺指標(biāo)。λ為自適應(yīng)系數(shù)，根據(jù)不同建筑類型和PMV的值確定取值，居住建筑夏季取021 [11]。計(jì)算PMV所需變量取值見表2。

4 討 論

41 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能

從夏季測量結(jié)果可見室內(nèi)溫度較高，分析其圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，木夾壁民居墻體為厚25 cm松木板，熱阻為018 （m2·K）/W，熱惰性為069，與普通240 mm的磚墻熱阻044 （m2·K）/W、熱惰性188相比很小[11]，熱阻不到磚墻的1/2，小青瓦冷攤屋面僅為一層10 mm厚瓦片，瓦重疊間有2～3 mm厚空氣間層，熱阻為01 （m2·K）/W，熱惰性為028[12]，與鋼筋混凝土屋面相比，熱阻僅為1/2[13]，熱惰性僅達(dá)到1/6，可見，木板壁的隔熱性和熱穩(wěn)定性均較差。

42 通風(fēng)狀況

但從APMV值計(jì)算得到的木板壁民居夏季室內(nèi)舒適性卻較好，這與調(diào)查的住戶實(shí)際感受也較一致，主要有2方面原因：一是在建筑形式上，沿江的吊腳樓使得建筑半架空半落地，利用各自的優(yōu)勢分配功能空間，體現(xiàn)了傳統(tǒng)民居熱環(huán)境營造的生態(tài)智慧；另外，古鎮(zhèn)北側(cè)臨江，南側(cè)靠山，夏季建筑門窗敞開，由水陸溫差形成的水陸風(fēng)由江面吹向住宅，通過門窗，穿堂而過（圖10），熱工性能較差、透氣性好的木板壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)利用江風(fēng)能夠快速散熱，夜間溫度下降迅速，為改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境起到了至關(guān)重要的作用，這也是川渝地區(qū)古鎮(zhèn)大多臨水而建的原因。

為進(jìn)一步驗(yàn)證室內(nèi)通風(fēng)狀況，利用PHOENICS軟件對室內(nèi)風(fēng)速進(jìn)行模擬，模型建構(gòu)按實(shí)際設(shè)置，入口風(fēng)速按實(shí)測值，外窗一直開啟，堂屋大門夜間關(guān)閉，計(jì)算達(dá)到收斂后室內(nèi)距地面11 m處風(fēng)速分布情況見圖11，從模擬結(jié)果可見，白天堂屋大門開啟，空氣流動通暢，風(fēng)速較大，一天內(nèi)總通風(fēng)量為 18 3324 m3/h；堂屋風(fēng)速在02～06 m/s之間，且分布較均勻，中臥由于隔墻的阻擋，室內(nèi)風(fēng)速較小分布略不均勻，北臥通風(fēng)最好，在夜間，堂屋僅有木格鏤空窗通風(fēng)，出風(fēng)口變小，總通風(fēng)量為6 8748 m3/h，各房間出現(xiàn)渦旋區(qū)，各房間與白天相比風(fēng)速減小。

根據(jù)風(fēng)力資源分布情況可知，重慶市風(fēng)資源匱乏，全年無風(fēng)情況占到218 %，風(fēng)速在0～1 m/s的情況占了近1/4，1～3 m/s的情況占了近1/2[14]，在許多自然通風(fēng)建筑中風(fēng)速大于02 m/s且低于08 m/s是有利的[15]，該民居室內(nèi)風(fēng)速幾乎都在該范圍內(nèi)，尤其是北臥，通風(fēng)良好，把不利的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變?yōu)橛欣纳針?gòu)件，顯著提高了室內(nèi)熱舒適，體現(xiàn)出傳統(tǒng)民居顯著的氣候適應(yīng)性。

5 結(jié) 論

通過對重慶山地木板壁民居實(shí)測結(jié)果分析，得到以下結(jié)論：

1）木板壁民居夏季白天堂屋溫度較低，而夜間臥室溫度較低，這與居民的生活習(xí)慣及不同時(shí)段住戶對環(huán)境的需求較一致，體現(xiàn)出傳統(tǒng)民居熱環(huán)境營造的生態(tài)智慧。

2）木板壁民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻小、熱惰性差，夏季室內(nèi)溫度高于室外，但借助環(huán)境冷量，加強(qiáng)自然通風(fēng)，顯著改善室內(nèi)熱舒適，使夏季典型日達(dá)到Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)段為65%。

3）木板壁民居營造技術(shù)是對重慶地區(qū)氣候特點(diǎn)的積極響應(yīng)，重點(diǎn)解決了夏季的通風(fēng)、散熱，反映出傳統(tǒng)民居具有顯著的氣候適應(yīng)性。

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（編輯 胡英奎）