湘潭市窯灣傳統民居夏季室內熱舒適度研究★

張清喜 楊健 唐湘杰 王巧

(1.湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭 411201; 2.湖南科技大學建筑與城鄉規劃學院，湖南湘潭 411201)

0 引言

隨著社會經濟的發展，人們對于住房的要求不再是滿足于遮風避雨，而是對其舒適度和節能提出了更高的要求，因此可持續性建筑(Sustainable Buildings Ecological Building)成為國際建筑界探討的熱門話題［1］。我國作為世界四大文明古國之一，傳統建筑的設計也在世界上有著舉足輕重的地位;湘潭市作為冬冷夏熱地區的典型代表之一，其傳統建筑在節能設計方面的手法對建筑節能和熱舒適度的研究具有一定的指導意義。

窯灣位于湘潭市郊區，毗鄰湘江，屬亞熱帶季風濕潤氣候區，本項目擬對窯灣傳統民居進行熱舒適度研究，將對冬冷夏熱地區傳統民居改造具有一定的指導意義。

1 研究方案

1.1 測試儀器與參數

測試儀器包括:1)JT-IAQ室內熱環境舒適度測試儀(北京世紀建通科技開發有限公司)，其風速的測試范圍為0.05m/s～5m/s，測試精度為±(0.03m/s+2%讀數)，濕度傳感器的測試范圍為0%RH～100%RH，測試精度為±1.5%RH，濕球溫度測試范圍為20℃～85℃，測試精度為±0.3℃，濕球溫度的測試范圍為5℃～40℃，測試精度為±0.5℃，空氣溫度測試范圍5℃～60℃，測試精度為±0.5℃;2)S500深圳市華圖測控系統有限公司記錄儀分析與記錄儀S500(深圳市華圖測控系統有限公司)，記錄儀采樣間隔，默認10s，記錄間隔為600s。

1.2 測試方案

為使測試對象具有更好的可比性，選取的測試用房與對比房的朝向和周邊的遮擋情況相似，根據實地考察，為了更好地了解窯灣傳統民居的熱舒適效果共選取兩處傳統民居和一處現代民居進行測試，分別為李宅、肖宅和楊宅。三處住宅均位于湘江西側，其中測試房李宅已建成200年左右，為窯灣現存時間最長的在用磚木結構傳統民居，墻體為400mm厚青磚;肖宅為已建成30年的磚木結構住宅，墻體厚度為180mm，對比用房楊宅為新建的磚混結構，已建成約10年，墻體厚度為240mm，三處住宅均無保溫構造措施。

堂屋是窯灣居民使用頻率最高的房間，所以在室內測試點的布置上主要選擇在堂屋測試，其中李宅共設置兩處測試點，一處位于堂屋入口偏中央位置，另一處為后院天井旁的臥室中央;肖宅和楊宅各設置一處測試點均位于堂屋入口偏中央處。

測試時間選擇在2012年8月2日～8日，該時間已過農歷大暑，為該地區最熱季節，因此能夠更好地反映當地的氣候，每個測試點的測試時間為24 h，在整個測試時間段內除有1日下雨停止測試外其余測試段內天氣晴好。測試期間居室內人員日間處于靜坐休息狀態，新陳代謝率設置為1.0 met，著裝為T恤衫、短外衣，熱阻設置為0.3 clo［3］，儀器設置在距地面垂直高度 1.1 m 處(人體靜坐頭頸部的高度)。

2 測試結果及分析

2.1 空氣溫度

由于窯灣地處冬冷夏熱地區，夏季最高溫度可超過36℃，這對人體的熱舒適度和健康造成很大影響，因此夏季對房屋的隔熱功能要求更高。由于各測試點測試的時間不同，在溫度對比方面依據室內外溫度的總體情況計算出其平均值、標準差、最大值、最小值以及正態分布圖的波動程度來進行橫向比較。

由圖1～圖3可知在李宅的室外最高溫度是35℃，最低溫度是26℃;肖宅的室外最高溫度是32℃，最低溫度是26℃;楊宅的室外最高溫度是32℃，最低溫度是25℃。

圖1 李宅臥室溫度對比圖

圖2 肖宅溫度對比圖

圖3 楊宅溫度對比圖

李宅的氣亭處的平均溫度為29.38℃(見圖4)，與其他測試點的平均值相比要低1℃～2℃，主要原因在于以下幾個方面:1)該建筑采用的是清朝的400 mm厚青磚建成，青磚是粘土燒制，透氣性極強、吸水性好，在保溫隔熱方面效果較好，其他建筑采用的紅磚，其隔熱性能較青磚有一定差距，同時墻體的厚度上肖宅和楊宅也較李宅要薄很多，這使得李宅隔熱性能要優于其他建筑;2)李宅堂室的開間為7 m，進深為4 m，正門和后門幾乎在同一條直線上，同時堂室有氣亭存在(見圖5)，后院有天井存在，這使得該建筑在通風方面不僅獲得了穿堂風而且還有氣亭風的經過，據監測，該堂室在通風方面風速最高達到0.4 m/s，如圖6所示，良好的通風不僅可以將房間中的熱空氣帶走，而且足夠快的氣流速度，還可以增加居住者皮膚上的水分蒸發率，從而給居住者帶來涼爽的感覺［4］;3)李宅二層為木結構，而木材本身導熱系數和蓄熱系數較紅磚要低很多，使得木結構的散熱能力較強，由于二樓現在不住人，使得二層類似頂層架空，使到達首層屋頂的太陽輻射強度大大降低，這為該建筑的降溫起到了很大的作用。

2.2 空氣流速

在自然通風條件下，適度的空氣流速會增加人體與周圍空氣的對流熱換量和人體的汗液蒸發量，從而提高人體在熱環境下的熱舒適度。人體的蒸發散熱率取決于空氣流速和空氣的水蒸氣壓力的大小。同時通過自然通風獲得的舒適度的程度取決于在通風情況下人們能夠接受的最高溫度和最大氣流速度。在測試期間內，根據氣象部門監測，該時間段內風速相差不大，可大致認為室外風速相同，室內風速測試情況如圖6～圖9所示，測試結果顯示李宅的氣流速度較大，全天風速較為均勻，最大風速可達到0.4 m/s，這對促進對流換熱和人體汗液的蒸發起到很大作用，而該點測試所得的PMV平均值為1.8，PPD平均值為48.34%，在所有測試點中為最低，這說明良好的通風是提高熱舒適度的必要條件。

圖4 李宅氣亭溫度對比圖

圖5 李宅氣亭實地圖

圖6 李宅氣亭風速圖

2.3 相對濕度

從圖10可以看出，四個測試點的相對濕度都在60%以上，肖宅的相對濕度達到90%以上，李宅兩個測試點的濕度始終保持在80%以下，在四個測試點中保持著相對較低的濕度值，這說明在這四個測試點中磚木結構具有較好的除濕能力，肖宅相對濕度最大的原因是因為該宅墻體厚度僅為楊宅的3/4，為李宅的1/4，在李宅的兩個測試點中，氣亭處的相對濕度更低，這表明在結構類型和材料相同的情況下，良好的通風對除濕起到更大的作用。但無論是李宅、肖宅和楊宅，濕度都超過了30%～60%的舒適區域，這對人們的居住效果和身體健康都造成了很大的影響，應進行除濕處理，以獲得更好的室內熱舒適度，同時要采取措施消除傳統民居中的返潮和墻面生霉的現象［4］。

圖7 李宅臥室風速圖

圖8 肖宅風速圖

圖9 楊宅風速圖

圖10 相對濕度對比圖

2.4 PMV 和 PPD

目前，在熱舒適度測試方面，ISO 7730是很多國家普遍采用的標準，各測試點PMV的測試情況如圖11，圖12所示，從圖中我們可以看到，PMV值隨室外空氣溫度、濕度、空氣流通速度的變化而呈現有規律的變化，在下午15:00～16:00期間出現最高值，19:00之后開始走向峰谷。在四個測試點中，李宅臥室盡管位于天井旁，但由于天井較小、通風閉塞、太陽輻射強烈，日間該處的PMV值最高為2.75，PPD為95%，是四個測試點的最高值，表示大部分人都無法接受該測試點的室內熱環境，氣亭處PMV最高值為2，同臥室相比要優越很多，這間接證明了良好的通風是創造舒適的室內熱環境的必要條件。

圖11 PMV對比圖

圖12 PPD對比圖

3 結論和建議

窯灣地區建筑首層的濕度較大，都在80%以上，室內溫度也較高，這對于人們身體健康和熱舒適度都有很大的影響，為了改進室內熱舒適度，可以采取以下措施:1)在堂室的設計時可以考慮采用李宅所用的氣亭，它在通風散熱、除潮防濕方面具有舉足輕重的作用，應大力推廣;2)可以考慮加大磚混結構墻體的厚度，以此來增強墻體的保溫隔熱和防潮能力;3)可以考慮首層用做堂室廚房等，將二層改為臥室，這樣臥室有了將近3 m的架空防潮層，這對于隔熱和防潮起到很大的作用;4)楊宅在頂層做了一個頂層架空層，這對于二層的隔熱也起到很大的作用，在以后的住宅建設中可以考慮進行應用;5)由于窯灣地區在夏季自然通風條件下室內溫度仍然較高，這些數據充分說明了窯灣地區夏季室內熱環境非常惡劣，為了達到理想的熱舒適度指標，可以采用空調、風扇等降溫設施。本次測試中在李宅氣亭處風速較大，測試人員實地感覺非常舒適，但得到的數據結果并沒有達到預想的結果，風速在熱舒適度中起到的作用值得進一步進行理論研究。

［1］鄭元良，賴榮平，江哲銘，等.不同構造類型歷史建筑之室內熱環境研究——以宜闌地區歷史建筑為例［J］.臺北:建筑學報，2006(6):38-39.

［2］袁 濤，李劍東.長沙地區公共建筑熱濕現狀與熱舒適性研究［J］.建筑科學，2010(4):51-52.

［3］楊 柳.建筑氣候學［M］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［4］唐方偉，唐冗冗，劉加平，等.四川傳統民居夏季室內熱環境質量測試分析［J］.建筑科學，2011(6):19-20.