廣西桂林龍勝地區干欄式建筑熱舒適度的研究

薛 興，王 冕，吉林波

（桂林電子科技大學a.建筑與交通工程學院；b.機械電子工程學院，廣西 桂林 541004）

廣西桂林龍勝地區干欄式建筑熱舒適度的研究

薛 興a，王 冕b，吉林波b

（桂林電子科技大學a.建筑與交通工程學院；b.機械電子工程學院，廣西 桂林 541004）

隨著對民族特色建筑的研究逐漸增多，對傳統建筑研究的重要目的之一在于驗證建筑物空間和形態與地區氣候條件之間是否具有良好的適應性。通過對廣西桂林地區少數民族干欄式建筑和普通居住建筑建筑參數、氣象數據的實地測量，采用Design-Builder模擬軟件對其建立模型，并進行CFD仿真，模擬得到建筑物內部的熱環境以及全年室內溫度，最終計算得出建筑物內部全年熱舒適度指標。經對比仿真結果得出，干欄式建筑內部熱環境和熱舒適度指標明顯優于普通居住建筑，干欄式建筑更加符合廣西地區氣候。

干欄式建筑；熱舒適度指數；室內熱環境

建筑熱環境關系到人體的健康和舒適，與建筑能耗和污染物排放息息相關［1］。建筑熱環境研究的實質內容是以人體熱感覺和環境適應性為核心的熱舒適性研究，解決滿足人體熱舒適要求的建筑熱環境構建問題。人們一直在努力改善居住環境，開發新技術等，但在對新材料、新設計等創新技術進行不懈追求的同時［2］，駐足回望歷史，同樣發現在資源和技術條件相對有限的條件下，由祖先創造的各地傳統民居，已能運用各種樸素的營造手段，應對不同地方的地域氣候，建筑宜居環境［3］。如過內的陜北窯洞，傣族竹樓，北京四合院，廣西干欄式建筑等。它們以各種無需耗能的因勢利導的營造方法，體現著對各自地域環境的尊重以及對地域氣候的良好適應［4］。遵從當地氣候是建筑多樣性的主要因素，氣候的各項因素直接影響建筑布局、功能、形式、圍護結構等，特別是在少數民族建筑上表現得最為明顯。

干欄式建筑廣泛分布于西南部，這與南方地理環境、氣候條件有關［5］。干欄式建筑的優點是可以減少地面的處理工作，放火燒荒后即可建房，且滿足了居宅防潮抗洪，解決了氣溫高、通風等問題［6］。

1 干欄式建筑測量與數據計算

1.1 干欄式建筑實地測量

干欄式建筑多出現于我國西南地區，特點鮮明有利于當地氣候，本文測量地點是廣西區桂林市龍勝縣下屬各村落（龍勝縣中洞村、下洞村等），當地建筑依山而建，朝向多為東南、南，建筑物一層由立柱支撐，大多無圍護結構。所測房屋各項基本信息如表1所示。

1.2 干欄式建筑窗墻比

干欄式建筑大多南向墻有窗，東西北墻皆無窗，這是因為南方時間長天氣炎熱，減少東西向窗，可減少白天所得熱量降低室內溫度，干欄式建筑多移山而建北部靠山因而無窗。窗戶高、長和窗墻比數據如表2所示。

表1 建筑物實地測量數據

表2 建筑物窗戶數據與窗墻比

2 選擇與建立建筑物模型

經過現場實地測量，所測村落內干欄式建筑物和普通居住建筑內部格局基本相同，房屋內部大致為一客廳、兩臥室，一神臺、一廚房。經過綜合分析房間A具有典型干欄式建筑特性，故選取房屋A作為模擬對象，與同一地區居民建筑E進行對比。本文選用Design-Builder軟件作為仿真工具，其具有3D建模、溫度模擬和CFD模擬等功能［7］滿足本文研究需要，因此本文使用其對房屋A和E分別建模，建立模型命名為模型A和模型E，建立模型如圖1和圖2所示。

圖1 干欄式建筑模型圖

圖2 居住建筑模型圖

3 模型內部熱環境CFD仿真

熱環境是指由太陽輻射、氣溫、周圍體表面溫度、相對濕度與氣流速度等物理因素組成的作用于人，影響人的冷熱感和健康的環境。人的生活和工作大部分時間都在室內，室內環境與人體關系密切。室內環境的熱特性是室外氣候與內部熱源通過建筑圍護結構進行熱交換與熱平衡的結果。本文使用Design-Builder軟件對廣西龍勝地區干欄式建筑模型A和E建模，并計算建筑物內的熱環境。龍勝地區當日氣象參數為：測量日期為2013.6. 30；測量時間為15：10－16： 10；天氣為多云；風速為1.5 m／s；風溫為30.6℃；建筑內外表面溫度分別為34.6℃和31.2℃，空氣濕度74%，室內平均溫度為29.6℃等。龍勝地區干欄式圍護結構所使用建筑材料為杉木，由《傳熱和傳質基本原理》［8］中查得杉木屬于軟木，熱物性參數如下：密度為510 kg／m3；熱導率為0.12 W／m·K；比熱容1 380 J／（kg·K）。Design-Builder中的CFD模塊對模型A和E進行模擬，得出模型當日內部熱環境如圖3和圖4所示。

圖3 模型A內部氣溫分布圖

圖4 模型E內部氣溫分布圖

由仿真結果可得出，干欄式建筑模型A的一層平均溫度約為28～29℃，二層內部溫度平均越為30℃低于E模型內部平均溫度1～2℃，模型結果顯示模型A的內部熱環境優于E模型，仿真結果與現場測量結果一致。

4 建筑物內部熱舒適度分析

人對熱環境表示滿意的意識狀態即為環境的熱舒適性［9］。研究表明，舒適度指數值為59～70時［10］，為舒適，隨著舒適度指數值的升高，人體感覺逐漸變熱；當舒適度指數降低，人體感覺變冷。通過輸入桂林地區全年氣象參數［11］Design-Builder軟件可模擬仿真得出全年風速、濕度、氣溫等，全年氣溫如圖5所示。

圖5 模型A、E全年氣溫圖

由圖可知干欄式建筑模型A的室內溫度夏季低于普通建筑模型E室內溫度1～2℃，冬季高于模型E室內溫度約1℃，因此干欄式建筑室內的熱環境比普通居住建筑更優。

因模型A、E測量地點距離不遠，空氣濕度、風速等條件基本相同，故假設兩模型相對濕度和平均風速相同，輸入全年平均濕度和全年平均風速，將各月溫度值代入人體舒適度計算公式［12］：

式中：ssd為人體舒適度指數；t為氣溫；f為相對濕度；v為風速。

由各月溫度計算得出模型A和E的舒適度指數值如圖6所示。由圖6可得，夏季、冬季干欄式建筑模型A內部人體舒適度指數比普通居民建筑模型E更趨近于59～70，因此干欄式建筑夏季與冬季比普通居民建筑更加舒適宜居。

圖6 模型A、E人體舒適度指標圖

5 結 論

1）模擬結果與現場測量結果進行比對得出，干欄式建筑冬暖夏涼相對于普通建筑物熱舒適性更佳，更符合廣西地區氣候。

通過對干欄式建筑模型的研究得出干欄式建筑一層由立柱支撐且無圍護結構，增加了自然通風量，并減小室內空氣濕度，大大改善了建筑物二層內部熱環境。

［1］張吉禮，馬良棟，趙天怡.建筑環境熱舒適性研究：進展與趨勢分析［J］.建筑熱能通風空調，2011，30（1）

［2］Correa Charles-M.Form follows climate ［J］.Architectural Record，1980（7）.

［3］趙群.傳統民居生態建筑經驗及其模式語言研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2005.

［4］李仕國，王燁.中國建筑能耗現狀及節能措施概述［J］.環境科學與管理，2008，33（2）：6-9.

［5］邱紅.西部（新疆、西藏、云南）少數民族的民居建筑文化與開發［D］.武漢：武漢理工大學，2002.

［6］曾志輝.廣府傳統民居通風方法及其現代建筑應用［D］.華南理工大學，2010.

［7］Molenaar K，Gransberg D.Design-builder selection for small highway projects［J］.Journal of Management in Engineering，，2001，17（4）：214-223.

［8］英克魯佩勒，等.傳熱和傳質基本原理［M］.6版.北京：化學工業出版社，2007：568.

［9］ASHRAE.Thermal Environment Conditions for Human Occupancy （ASHRAE Standard 55-1992） ［S］. Atlanta：ASHRAE，1992.

［10］李俊鴿，楊柳，劉加平.夏熱冬冷地區人體熱舒適氣候適應模型研究［J］.暖通空調，2008，38（7）：20-24.

［11］中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學建筑技術科學系.中國建筑熱環境分析專用氣象數據集［M］.1版.北京：中國建筑工業出版社，2005.

［12］肖晶.基于人體舒適度指數負荷特性分析方法的研究［D］.南京：東南大學，2005.

（編輯 王秀玲）

Research on Comfort Index of Gan-Lan Dwellings in LongSheng Area of Guangxi Province，Guilin City

Xue Xinga，Wang Mianb，Ji Linbob

（a.Architecture and Traffic Engineering College；b.Electromechanical Engineering College，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，Guangxi，P.R.China）

The research on architectures with ethnic characteristics increase both domestic and abroad，and one of the important objectives of which is to find whether there is good adaptability between the space and forms of architecture and area climatic conditions，In this paper，through the field measurement of parameters and meteorological data of stilt style architecture of the minorities in Guilin of Guangxi province and ordinary residential building，and using Design-Builder simulation software to model，conducting the CFD simulation，thermal environment inside the building and indoor temperatures of the whole year were obtained，then we calculated that thermal comfort index inside the building for the full year.Comparing the simulation results，we concluded that thermal environment inside the building and thermal comfort index of stilt style architecture significantly outperformed the ordinary ones.Stilt style architectures are more suitable to the climates in Guangxi province.At present，the research of stilt style architecture is still at an early age，and this paper can provide basis for the research on the energy saving technology of stilt style architecture.

Gan-lan dwellings；comfort index；indoor thermal environment

TU83

A

1674-4764（2013）S2-0140-03

10.11835／j.issn.1674-4764.2013.S2.036

2013-09-30

薛興（1965-），男，副教授，高級工程師，主要從事熱能工程研究，（E-mail）xuexing＠guet.edu.cn。