泉州洋樓民居的夏季熱環(huán)境測試與分析

薛佳薇，冉茂宇，吳揚

（華僑大學 建筑學院，福建 廈門 361021）

泉州洋樓民居的夏季熱環(huán)境測試與分析

薛佳薇，冉茂宇，吳揚

（華僑大學 建筑學院，福建 廈門 361021）

對福建泉州某洋樓民居在夏季高溫、高濕季節(jié)的熱環(huán)境進行測試，分析洋樓室內(nèi)外空氣溫度、相對濕度、黑球溫度和風速等參數(shù)隨時間變化情況，并計算熱舒適度PMV（預測平均投票數(shù)）指標值 .結(jié)果表明：洋樓外廊有明顯的氣候緩沖作用；夏季白天洋樓室內(nèi)的熱舒適性不佳，但各用房存在相對舒適的時段；灰空間在居民的遷徙型居住模式中有重要作用，增加開敞度、屋頂隔熱、房門對位等是改善洋樓熱環(huán)境的措施.

洋樓民居；熱環(huán)境；熱舒適度；夏季；泉州市

洋樓民居是近代出洋的歸國華僑帶回的南洋文化與本土文化融合的結(jié)晶.作為著名僑鄉(xiāng)，福建泉州現(xiàn)存許多中西合璧的洋樓，至今仍在城鄉(xiāng)居民的生活中扮演重要的角色.除了建造時引進當時較新的技術(shù)和材料以保證耐久性之外，建筑格局對當?shù)叵臒岫瘹夂虻倪m應性也是其得以繼續(xù)沿用的原因.文獻［1－4］在洋樓的歷史人文方面做過較深入的探究，相繼提及了洋樓與氣候的關聯(lián)，但未做深入調(diào)查研究.泉州地處福建東南沿海，東經(jīng)117°34′～119°10′，北緯24°15′～25°56′，在我國建筑熱工分區(qū)中，屬于“夏熱冬暖地區(qū)”，年均氣溫為20.7℃，夏長冬短，全年高于25℃的熱天超過189d，最熱月份為7，8月，平均溫度分別為28.6，28.4℃［5-6］.因此，夏季防熱成為泉州民居建筑設計主要考慮的因素之一.為了解泉州市洋樓民居的夏季熱環(huán)境狀況，總結(jié)洋樓在空間布局和構(gòu)造上適應氣候的經(jīng)驗和改進方法，本文在夏季高溫、高濕季節(jié)對洋樓典型實例進行室內(nèi)外熱環(huán)境的測試和分析.

1 測試對象及測試方法

實測對象為福建省泉州市中山路附近的螺珠巷11號葉宅，如圖1所示.該洋樓民居位于泉州古城中心區(qū)域，東經(jīng)118°35′，北緯24°54′，始建于1930年，保存完好，住戶使用情況良好，未改變建設初衷.建筑坐北朝南，南偏東12°，前后及側(cè)面都是相同或相近的兄弟洋樓并列，由南北走向的巷子側(cè)向進入前石埕；單體平面為常規(guī)洋樓的四房看廳式，鋪地為傳統(tǒng)地產(chǎn)尺二紅磚，二層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上加四坡瓦頂，水刷石外立面，木門窗加鋼條防盜網(wǎng).螺珠巷葉宅是具有代表性的洋樓建筑，屬于晚期發(fā)展較為成熟的洋樓形式 .其周圍環(huán)境較為普通，是大量存在的市區(qū)中心的建筑環(huán)境，前方建筑為平房，無過多遮擋，周邊也沒有高大建筑物，相應的測試數(shù)據(jù)能具有一定的洋樓夏季熱環(huán)境普遍性.

圖1 福建泉州螺珠巷葉宅示意圖Fig.1 Schematic diagram of Ye′s dwelling in Luozhu lane of Quanzhou Fujian

測試儀器主要有3種：1）AZ8829型溫濕度記錄儀，測溫范圍為－40～85℃，分辨率為0.1℃，精度±0.6℃，相對濕度的測量范圍為0%～100%，分辨率為0.1%，精度±3%；2）JTR04型黑球溫度計，測量范圍為10～80℃，分辨率為0.1℃，精度±0.5℃；3）IAQ型熱舒適度儀，配有溫濕度、濕球溫度、黑球（40mm）溫度和風速探頭，其中風速測量范圍為0.03～5.0m·s－1.儀器測量自記間隔時間都設為10min.

測試時間為2009年8月17－20日，以入戶儀器自記實測為主，輔以對住戶的采訪.測試期間，一、二層廳和門全日開啟，房間南向窗戶開啟，房門關閉，進行兩段時間的自動記錄測量，即17－18日為第1段，19－20日為第2段 .試驗以第1段記錄測量數(shù)據(jù)為主，以第2段測量數(shù)據(jù)為參考進行比較分析.測試期間當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，如表1所示 .表1中：θ為空氣溫度；F為相對濕度；v14為14：00時的風速；tSD為日照時數(shù)；E為太陽輻射輻照度 .從表1可知：前后4天的天氣情況大體相似，都為晴熱高溫天氣.

表1 測試期間當?shù)靥鞖馇闆rTab.1 Local weather situation during test period

螺珠巷葉宅一、二層主要空間布置了12個測點，包括室外2個、灰空間3個、室內(nèi)7個，如圖2所示.二層的西向房間的西側(cè)是附加廚房，為避免人工產(chǎn)熱對房間測試的影響，故選取東南房.依托住戶室內(nèi)的家具，分別擱置在離地850～1 400mm范圍內(nèi)，如果接近墻面的，則與墻保持250mm左右的間距.除室外的兩個測點黑球被太陽直射，其余室內(nèi)及灰空間的黑球都避開了太陽直射，室外天井的溫濕度記錄器置于近地面300mm.

圖2 主要空間測試布點圖Fig.2 Distribution of test spots in main space

2 測試結(jié)果分析

2.1 天井和一層主要空間的黑球溫度

天井、一層外廊和一層廳的黑球溫度（θg）變化，如圖3所示.從圖3中可知：在白天太陽照耀情況下，天井地面受太陽直射，升溫顯著，強烈影響著近地面黑球溫度；一層外廊受到太陽直射和外部天井的輻射，升溫次之；一層廳黑球溫度變化并不顯著，體現(xiàn)了外廊空間層次的緩沖作用.到了夜間，這3個空間的黑球溫度相差并不大，外廊溫度也僅比室外天井近地空氣溫度略高0.1～0.2℃.

天井和一層主要空間的黑球溫度特征值對比，如表2所示 .由表2可知：外廊對溫度的緩沖作用明顯體現(xiàn)在白天日出時段，黑球溫度形成從天井、外廊到室內(nèi)的遞減；到了夜晚，外廊與室外黑球溫度幾乎無異，略低于室內(nèi)，是夏令時節(jié)的休閑場所.由圖3，表2還可知：外廊灰空間的存在，不僅能避雨遮陽，還形成了氣候緩沖層，成為居民晚飯后聊天乘涼的場所，也有居民選擇在外廊搭鋪板過夜.

圖3 天井和一層主要空間的黑球溫度變化Fig.3 Variation of black globe temperature in yard and first floor main space

表2 天井和一層主要空間的黑球溫度特征值對比Tab.2 Comparison about the characteristic value of black globe temperature in yard and first floor main space ℃

2.2 二層主要空間的空氣溫度

二層主要空間的空氣溫度變化和特征數(shù)據(jù)對比，分別見圖4和表3.從圖4和表3可知：夜間外廊空氣溫度比室內(nèi)低，舒適度高；白天由于日曬的輻射，外廊是室內(nèi)的溫度緩沖層，溫度高于室內(nèi)，溫度的變化與居民的遷徙型生活方式正好吻合.空氣溫度平均值：二層東南房＞二層外廊＞二層廳.

二層的相關數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一定的波動 .相比之下，一層外廊和廳的空氣溫度變化較為規(guī)律 .這是因為二層外廊和廳處于較高地勢，可能受到的風和日曬等外界影響較多，存在波動的可能性.

綜上，在日照炎熱時段，宜處室內(nèi)，二層外廊形成熱空氣的緩沖層，減緩室內(nèi)直接受熱升溫；而在夜間涼爽階段，外廊由于通風，空氣溫度低于二層廳及東南房，舒適度較高.

圖4 二層主要空間的空氣溫度變化Fig.4 Air temperature variation in second floor main space

表3 二層主要空間的空氣溫度特征值對比Tab.3 Comparison about the characteristic value of air temperature in second floor main space ℃

2.3 外廊及室外的空氣溫度

一、二層外廊及室外的空氣溫度，如圖5所示 .從圖5可知：一、二層外廊空氣溫度較室外的波幅小，但明顯受室外影響，炎熱時段比室外低，夜間時段較室外略高，非常接近 .說明日間外廊溫度較高，多作為室內(nèi)的空氣溫度緩沖層作用，而夜晚外廊的空氣溫度舒適 .此外，除0∶00～9∶30時段，一、二層外廊的空氣溫度基本一致外（一層外廊在清晨時略低）；其余人經(jīng)?；顒拥臅r段（9∶30～23∶30），二層外廊的空氣溫度都低于一層外廊，且在10∶30～16∶30炎熱時段的溫差明顯，溫差為1.5～2.0℃.

2.4 外廊的黑球溫度

一、二層外廊的黑球溫度對比，如圖6所示 .從圖6可知：在有太陽時段，一層外廊的黑球溫度都高于二層外廊，溫差為0.5～1.5℃.可見，一層外廊接受了較多的輻射熱而產(chǎn)生明顯的升溫 .一、二層外廊的溫差除了地面輻射熱之外還有另一個影響因素，即通風增加了一、二層外廊0.5～1.0℃的溫差.這是因為二層外廊地勢高，位于眾多平房民居上，捕捉了高處的涼風，加速了降溫.

圖5 外廊及室外的空氣溫度比較Fig.5 Comparison between the veranda and outdoor air temperatures

圖6 外廊的黑球溫度比較 Fig.6 Comparison about the veranda black globe temperature

2.5 二層外廊和廳的風速

二層外廊和廳的風速（v）變化，如圖7所示 .從圖7可知：外廊風速較廳的風速高，并且兩者的波動趨勢較接近，外廊的風速波幅明顯，而廳的波幅相對平緩.二層外廊與廳都是半室外灰空間，外廊的開敞程度更高，故而接受室外通風的能力更高，風速更強烈，受室外風速波幅的影響也更直接；二層廳的外墻和廳的進深對通風有一定的削弱.

2.6 二層外廊及廳的濕度

二層外廊和廳的濕度（F）變化，如圖8所示 .從圖8可知：二層外廊濕度較廳低，波動趨勢相近，但廳的波幅小于外廊的波幅.半室外程度更高的外廊由于其通風等方式降低了濕度，或隨通風產(chǎn)生頻繁的濕度波動 .相比之下，同為灰空間的二層廳的濕度因為室內(nèi)化程度的提高，風速較低，濕度不容易產(chǎn)生明顯的波動.

圖7 二層外廊及廳的風速比較Fig.7 Comparison between the second floor veranda and parlor air velocity

圖8 二層外廊及廳的濕度比較 Fig.8 Comparison between the second floor veranda and parlor relative humidity

3 主要用房的PMV值計算及熱環(huán)境評價

熱舒適度PMV（預測平均投票數(shù)）指標綜合了空氣的溫度、濕度、流速以及輻射溫度的影響.在計算PMV時，以人體活動量65W·m－2（坐著休息或輕微活動），夏季衣著熱阻為0.077 5m2·K·W－1（短袖衫和薄長褲）為參數(shù).一層的廳、外廊、后軒，二層的廳、外廊、后軒、東南房等7個主要用房的PMV值，如圖9所示 .其中：由于測試時同時測量的儀器不足，一層后軒，二層的后軒、東南房等部分較封閉房間的風速數(shù)據(jù)是根據(jù)人體現(xiàn)場感受，采取靜風環(huán)境0.12～0.15帶入計算.

有研究表明：在自然通風情況且PMV值小于1時，絕大部分人是感到舒適的［7］.從圖9中可知：洋樓各房間及外廊熱環(huán)境在白天比夜間惡劣，都達不到人體熱舒適水平，但炎熱程度對不同房間和外廊是不一樣的，即便對同一房間，在不同時段也是不一樣的 .因此，洋樓各空間存在相對的舒適性.

在實際生活中，洋樓居民為適應居住環(huán)境及氣候條件存在著遷徙型的生活方式，尤其夏天衣褥簡單時更是經(jīng)常出現(xiàn)，搖椅、鋪板隨機設置，茶桌、小凳靈活擺放.因此，結(jié)合居住者的行為特征，分別考察早晨（6∶00～9∶30）、日照（9∶30～17∶00）、傍晚（17∶00～19∶00）、晚間活動（19∶00～23∶30）和晚間休息（23∶30～6∶00）等5個時段各主要空間的相對舒適程度，結(jié)果如表4所示.由表4可得到洋樓具有如下4點的熱環(huán)境特征.

1）開敞的非外層空間，即一層灰空間（如一層廳和后軒），其熱舒適度的持續(xù)性高，體現(xiàn)為全天候都相對舒適 .究其原因一方面有賴于二層及外廊的遮擋，另一方面自身較為開敞，故而在白天時段不易因日照輻射顯著升溫并保持陰涼.

2）外廊的熱環(huán)境受室外環(huán)境影響大，呈現(xiàn)兩級分化，日曬時段極熱不適合使用，而日落時段熱舒適性良好，以二層外廊尤其舒適.

3）洋樓房間的熱舒適性不高，因為相對封閉，尤其二層房間還處于屋頂?shù)娜諘裆郎兀趯嶋H使用中，居民多在睡眠時段采用空調(diào)，其他時段很少逗留房間.

4）白天一層空間的舒適性普遍高于二層空間，夜間二層灰空間的舒適性高于一層灰空間.

圖9 各主要用房的PMV值Fig.9 PMV indexes of each main rooms

表4 不同時段各主要用房的相對舒適程度Tab.4 Relative comfortable degree of each main space in different periods

4 討論

從上述分析可以看出，洋樓室內(nèi)環(huán)境的舒適度并非很優(yōu)越，有些用房或某些時段的室內(nèi)可以說還是十分炎熱的 .但是，洋樓存在許多相對舒適且靈活的灰空間，提供居住者遷徙型生活的可能，尤其以外廊最為活躍多用.在實際調(diào)研中，居民也反映在廳、廊、后軒等處度過大部分時間，如晨起至入睡，約有16h的時間，簡單使用電扇或手搖扇即可改善舒適度；而相對隱蔽的房間則采用空調(diào)或電扇提高舒適度，即房間內(nèi)部睡眠時段約8h.總體而言，大部分時間處于低能耗狀態(tài)，故具有節(jié)能生態(tài)的意義.

寬敞外廊所具備的南向遮陽和緩沖作用是洋樓的優(yōu)勢所在，如出挑尺度適宜，進深一般都在2.2～2.8m，高度一般較高敞，有3.3～3.9m不等 .洋樓門窗數(shù)量多且整齊對位，有利于形成穿堂風的通風降溫，尤其以外廊－廳－后軒這3個連貫開設洞口的空間.

洋樓的廳是居民重要的活動場所，雖然同樣屬于灰空間，但因為朝向外廊的外墻封閉程度較高，僅1.2m的正門和0.9m寬的兩扇窗可開啟，一定程度上影響了由外廊至廳的通風 .因此，可將朝向外廊的墻更大程度地開敞，如做成水平通長的平開門窗，配合活動百葉（竹簾等），并根據(jù)氣候條件選擇性的啟閉，將會大大優(yōu)化廳及后軒的舒適程度.

洋樓一層的用房較二層的用房陰涼許多 .二層用房需要增加隔熱設置，如在坡屋頂三角高度范圍內(nèi)增設不完全封閉的平吊頂或夾層，既不影響室內(nèi)使用高度又可作為空氣層隔熱的措施.

洋樓房間的門為側(cè)向朝廳開啟，南北方向的房間沒有形成穿堂風的可能性，可將前后兩房間的門入口處內(nèi)退出一段1.2m×1.2m的凹廊，前后房間的門呈南北方向?qū)﹂T開啟 .這樣處理可使得南窗、南房門、北房門、北窗為穿堂風形成通道.

文中的研究目的在于通過實地測試物理參數(shù)，用數(shù)據(jù)定量地分析洋樓民居的夏季熱環(huán)境狀況，為認識現(xiàn)有洋樓的熱舒適狀況提供參考 .同時，在總結(jié)泉州洋樓民居在空間布局、構(gòu)造上對適應地方氣候的經(jīng)驗及改進方法，為新建筑的熱環(huán)境設計積累相關經(jīng)驗，豐富已有的洋樓研究成果.

［1］陳志宏.閩南僑鄉(xiāng)近代地域性建筑研究［D］.天津：天津大學，2005.

［2］謝鴻權(quán).泉州近代洋樓民居初探［D］.泉州：華僑大學，1999.

［3］楊思聲.近代泉州外廊式民居初探［D］.泉州：華僑大學，2002.

［4］陳志宏，曾堅.閩南僑鄉(xiāng)近代地域性建筑文化的比較研究［J］.建筑師，2007（1）：72－76.

［5］泉州市建設委員會.泉州民居［M］.福州：海風出版社，1996.

［6］中華人民共和國建設部.GB 50352－2005民用建筑設計通則［S］.北京：建筑工業(yè)出版社，2005.

［7］楊思聲，關瑞明 .泉州近代洋樓民居的統(tǒng)計學研究［J］.華僑大學學報：自然科學版，2009，30（3）：335－337.

Test and Analysis on the Summer Thermal Environment of Quanzhou Yang－Lou Houses

XUE Jia－wei，RAN Mao－yu，WU Yang
（College of Architecture，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

The thermal environment of a Yang－lou house was tested in Quanzhou in highly hot－h(huán)umid summer climate，the variation of relative parameters with time was analyzed，such as air temperature，relative humidity，black global temperature and air velocity etc.PMV（predicted mean vote）index（forecast average votes）of the thermal comfortable degree was also calculated.The results show that：the veranda of Yang－lou can buffer the climate，the thermal comfortable degree of indoor Yang－lou is uncomfortable in summer daytime，but there still exists relatively comfortable period in each room，the gray space has important effect on the life mode of migration resident，the methods improve the thermal environment of Yang－lou，such as increase of open degree，roof insulation，alignment of door.

Yang－lou house；thermal environment；thermal comfortable degree；summer；Quanzhou City

錢筠 英文審校：方德平）

TU 111.191（257）

A

1000－5013（2012）02－0201－06

2011－02－11

薛佳薇（1976－），女，講師，主要從事生態(tài)建筑、建筑設計及其理論的研究.E－mail：xjwhqu＠yahoo.com.cn.

國家自然科學基金資助項目（51078156）；福建省自然科學基金資助項目（2010J01297）；國務院僑辦科研基金資助項目（09QZR08）；福建省重大專項基金資助項目（2008HZ0003－1）；華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室科研基金資助項目（2009KB13）