徽州民居夏季室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)響應(yīng)規(guī)律

■ 黃志甲 Huang Zhijia 鄭良基 Zheng Liangji 魯月紅 Lu Yuehong 余夢(mèng)琦 Yu Mengqi

0 引言

徽州民居作為我國傳統(tǒng)民居的典型代表之一，在文化傳承上有著舉足輕重地位，同時(shí)也蘊(yùn)藏著大量古人適應(yīng)地域氣候，改善居住環(huán)境的智慧經(jīng)驗(yàn)。諸多研究者曾對(duì)徽州民居進(jìn)行過室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)和室內(nèi)舒適度實(shí)際調(diào)研，將不同功能房間或不同建筑之間的熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行對(duì)比[1-4]，旨在了解徽州傳統(tǒng)民居的室內(nèi)環(huán)境特征，分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能[3]，以及遮陽[3]、通風(fēng)[4]、天井[5]和冷巷[6]對(duì)徽州民居室內(nèi)環(huán)境營(yíng)造所起的作用。在室內(nèi)居住環(huán)境熱舒適評(píng)價(jià)上，熱舒適指標(biāo)（PMV-PPD指標(biāo)）[7]及其修正值在自然通風(fēng)建筑中應(yīng)用有較大偏差[8、9]。根據(jù)Yao等人[10]的觀點(diǎn)，提出預(yù)測(cè)適應(yīng)性平均熱感覺（aPMV）評(píng)價(jià)方式。該方法考慮了人的適應(yīng)性，被用作我國自然通風(fēng)建筑濕熱環(huán)境的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]，在福建古民居和重慶夯土民居中得到了應(yīng)用[12、13]。

本文將在此基礎(chǔ)上，著重對(duì)夏季炎熱氣候條件下室內(nèi)與室外各熱環(huán)境參數(shù)逐時(shí)響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析，掌握徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境在炎熱天氣條件下的狀態(tài)及其形成原因，以期為徽州傳統(tǒng)民居被動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)的傳承與創(chuàng)新提供研究基礎(chǔ)。

1 測(cè)試對(duì)象

安徽涇縣厚岸鄉(xiāng)查濟(jì)村的馀慶堂，是具有徽州民居典型元素的一字型天井建筑，兩進(jìn)前后布置。外墻為黏土磚空斗墻，內(nèi)部隔斷基本為單層木隔墻，坡屋頂結(jié)構(gòu)。廳堂位于全宅中心，左右兩側(cè)是廂房（圖1）。

測(cè)試時(shí)間選在2016年7月25 ～27日，測(cè)點(diǎn)布置在室外、廳堂和廂房，通過對(duì)夏季最炎熱時(shí)間段的24h監(jiān)測(cè)，得到室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)逐時(shí)響應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所需測(cè)試儀器見表1。

圖1 馀慶堂平面布置圖

表1 測(cè)試儀器和相關(guān)說明

2 室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)響應(yīng)關(guān)系

2.1 空氣溫度（ta）、平均輻射溫度（tr）

如圖2 所示，白天隨著太陽輻射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，6:00～15:30這段時(shí)間內(nèi)室外平均輻射溫度和氣溫呈快速上升趨勢(shì)，居室內(nèi)受室外溫度上升影響，平均輻射溫度和空氣溫度也有上升，但速率緩慢。15:30左右，室外平均輻射溫度達(dá)到峰值66℃，遠(yuǎn)高于廳堂平均輻射溫度峰值36℃和廂房平均輻射溫度峰值30℃；室外氣溫達(dá)到峰值42℃，高于廳堂氣溫峰值35℃和廂房氣溫峰值30℃。室外平均輻射溫度日較差達(dá)到40℃，氣溫日較差達(dá)到17℃，廳堂平均輻射溫度和氣溫日較差均為8℃，廂房平均輻射溫度和氣溫日較差均為5℃。可見，室內(nèi)外的溫度響應(yīng)關(guān)系表明了徽州民居具有良好的隔熱性能，封閉的外墻能將白天的太陽輻射熱量擋在室外；晚上室外氣溫低于室內(nèi)溫度，又可以利用夜間通風(fēng)來帶走室內(nèi)熱量。

圖2 炎熱氣候條件下室內(nèi)外溫度響應(yīng)

2.2 濕度

如圖3所示，室外相對(duì)濕度呈現(xiàn)日低夜高的周期性變化，波動(dòng)幅度大，在39%～93%之間；廳堂的相對(duì)濕度也呈周期性變化，但其波動(dòng)幅度較室外小，在60%～90%之間；廂房的相對(duì)濕度比較穩(wěn)定。采用氣象上溫度露點(diǎn)差在5℃以內(nèi)作為濕區(qū)，2℃以內(nèi)的區(qū)域作為飽和區(qū)[14]。室內(nèi)外溫度露點(diǎn)差曲線與相對(duì)濕度線呈反方向，在一天的波動(dòng)當(dāng)中，室外溫度露點(diǎn)差處于濕區(qū)時(shí)間頻率的占樣本總數(shù)的56%，處于飽和區(qū)時(shí)間頻率的占25%；廳堂溫度露點(diǎn)差處于濕區(qū)時(shí)間頻率的占樣本總數(shù)的71%，處于飽和區(qū)時(shí)間頻率的占10%；另外，有閣樓和地籠結(jié)構(gòu)的廂房一直處于濕區(qū)內(nèi)，基本不出現(xiàn)飽和區(qū)，說明徽州民居室內(nèi)雖然濕度較大，但建筑設(shè)計(jì)上起到一定的防潮作用。

2.3 空氣流速

如圖4所示，白天室外風(fēng)速在0.1～0.6m/s之間波動(dòng)，峰值出現(xiàn)在正午時(shí)分；廳堂作為過渡空間，正對(duì)大門且有天井與室外相連，受室外影響，風(fēng)速在0.1～0.3m/s之間波動(dòng)；廂房由于受到圍墻阻隔，受室外風(fēng)速影響較小，一天均處于無風(fēng)或者靜風(fēng)狀態(tài)。夜晚門關(guān)著的情況下，廳堂和廂房均處于靜風(fēng)狀態(tài)。雖然居室內(nèi)風(fēng)速不大，但通風(fēng)換氣次數(shù)都在2次以上，能夠保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的通風(fēng)要求。

2.4 預(yù)測(cè)適應(yīng)性平均熱感覺（aPMV）

如圖5所示，在炎熱的夏季，清晨室外aPMV指標(biāo)逐漸升高達(dá)到峰值，并持續(xù)到傍晚才出現(xiàn)衰減。室外與廳堂aPMV指標(biāo)的上升與衰減起點(diǎn)基本保持同步，但廳堂達(dá)到峰值比室外延遲2～3h。在夜間，室外氣溫比室內(nèi)低，建筑有一定蓄熱作用，使得室內(nèi)舒適度比室外差。廂房的aPMV指標(biāo)與室外和廳堂相比均有延遲，且低于室外和廳堂。圖5中，在aPMV指標(biāo)達(dá)到最大值的一段時(shí)間內(nèi)，并不能區(qū)分室外和廳堂的熱舒適區(qū)別，這和實(shí)際情況差別很大。事實(shí)上，由于建筑隔熱，廳堂內(nèi)的熱舒適性要比室外高很多，但aPMV指標(biāo)并不能評(píng)價(jià)此時(shí)熱舒適的差別，因此，筆者認(rèn)為，aPMV指標(biāo)在炎熱的夏季并不能評(píng)價(jià)民居的熱舒適性。

圖3 炎熱氣候條件下室內(nèi)外濕度響應(yīng)

圖4 炎熱氣候條件下室內(nèi)外風(fēng)速響應(yīng)

圖5 炎熱氣候條件下室內(nèi)外aPMV響應(yīng)

3 結(jié)語

綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論：①在炎熱天氣條件下，徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)平均輻射溫度不隨室外平均輻射溫度變化，體現(xiàn)了徽州傳統(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能優(yōu)良。②徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)濕度波動(dòng)幅度較室外小，廂房相對(duì)濕度相對(duì)穩(wěn)定，且飽和區(qū)時(shí)間短，說明建筑具有一定調(diào)濕和防潮能力。③雖然徽州傳統(tǒng)民居的室內(nèi)風(fēng)速較室外小，但通風(fēng)換氣次數(shù)足夠。④需指出的是，aPMV指標(biāo)在炎熱的夏季不能評(píng)價(jià)民居的熱舒適性。

上述研究結(jié)果對(duì)于掌握在炎熱天氣條件下，徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境狀態(tài)及其形成原因，以及徽州傳統(tǒng)民居被動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)的傳承與創(chuàng)新都具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉揚(yáng), 仲德崑等. 宏村徽州傳統(tǒng)民居過渡季節(jié)室內(nèi)環(huán)境分析[J]. 建筑學(xué)報(bào), 2009(2): 68-70．

[2]Lin BR, Tan GG, Wang P. Study on the thermal performance of the Chinese traditional vernacular dwellings in Summer[J].Energy and Buildings, 2004, 36:73-79．

[3]宋凌, 林波榮, 朱穎心．安徽傳統(tǒng)民居夏季室內(nèi)熱環(huán)境模擬[J]．清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2003, 43(6)：826-828,843．

[4]黃志甲, 董亞萌, 程建．徽州傳統(tǒng)民居氣密性實(shí)測(cè)研究[J]．建筑科學(xué), 2016, 32(8): 115-118．

[5]李娟．天井對(duì)徽州傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境影響[J]．武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 36(9): 12-15．

[6]林波榮, 譚剛等．皖南民居夏季熱環(huán)境實(shí)測(cè)分析[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2002, 42(8): 1071-1074．

[7]FANGER P O. Thermal comfort[M]. Malabar, Florida:Robert E Krieger Publishing Company, 1982.

[8]BUSCH J F. Tale of two populations: thermal comfort in air-conditioned and naturally ventilated offices in Thailand [J].Energy and Building. 1992, 18(3/4): 235-249.

[9]EALIWA M A, TAKI A H, HOWARTH A T, etal. An investigation into thermal comfort in the summer season of Ghadames, Libya [J]. Building and Environment, 2001, 36(2):231-237.

[10]R M Yao, B Z Li , J Liu. Myers S. A theoretical adaptive model of thermal comfort - Adaptive Predicted Mean Vote(aPMV) [J]. Building and Environment. 2009, (44):2089-2096.

[11]重慶大學(xué), 中國建筑科學(xué)研究院．民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn): GB/T 50785-2012[S]．北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2012：11-12．

[12]陳沂, 唐顥磊等．福建桂峰村古建民居的建筑物理環(huán)境測(cè)試與分析[J]．建筑科學(xué), 2016, 32(6)：14-20．

[13]楊真靜, 田瀚元．巴渝地區(qū)夯土民居室內(nèi)熱環(huán)境[J]．土木建筑與環(huán)境工程，2015, 37(6)：141-146．

[14]楊雪燕, 周憲明等．日本數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品溫度露點(diǎn)差檢驗(yàn)及訂正方法[J]．吉林氣象，1999(3)：21-22．