甘南農區藏式傳統民居熱環境

摘要：

對甘肅省甘南藏族自治州迭部縣哇曲村典型藏式民居冬、夏季室內外溫濕度的測量，分析得出了藏族傳統民居建筑熱環境狀況。結果表明：結合當地的歷史、地理、氣候等因素，哇曲村形成了獨特的村落構成和單體民居建筑構造。藏族傳統民居外圍護結構具有較好的熱工性能，建筑熱環境的被動式調節使室內熱舒適狀況需要通過綜合的、節能的手段來進一步改善。

關鍵詞：

傳統民居；圍護結構；室內熱環境

中圖分類號：

TU831.1

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764（2014）05-0029-08

Analysis of Thermal Environment in Tibetan Traditional Dwelling Building in Rural Area of Gannan

Sun Hejiang，Leng Muji

（Key Laboratory of Indoor Air Environment Quality Control， Tianjin University， Tianjin 300072， P. R. China）

Abstract：

Thermal environment is analyzed based on the field measurements of indoor and outdoor temperature and humidity of a typical Tibetan traditional dwelling in a village of Gannan Tibetan Autonomous Prefecture， Gansu province in winter and summer. Results show that the combination of local factors such as history， geography， climate， unique local-style dwelling houses building structure and monomer structure. The structure （envelope）of traditional Tibetan dwelling has a good thermal performance. Passive methods should be used to build thermal environment constructions. Further improvement for indoor thermal comfort conditions through comprehensive and energy-saving heating are needed.

Key words：

traditional dwelling； building envelope； indoor thermal environment

20世紀90年代中國的熱環境現場調研研究在“適應性模型”大范圍推廣的背景下拉開了序幕。王芳^[1]等對怒江中游河谷地區民居冬季室內熱環境進行了評價與分析。朱軼韻^[2]等針對銀川地區農村建筑研究提出了適合西北農村建筑冬季熱舒適溫度不應低于15 ℃的室內熱環境指標。目前，藏族傳統民居的研究主要集中在文化層面和建筑構造層面上，少數涉及藏族傳統民居熱環境的研究也主要集中在西藏地區以及云南等[3-6]，安多藏區尤其是安多農區傳統民居的研究少之又少。為了更好地研究安多農區藏族傳統民居的熱環境現狀以及生態適宜性，本文對甘南迭部縣哇曲村典型藏族傳統民居進行了冬夏季室內外溫濕度等測量，對典型日室內熱環境進行了分析和對比。

1 迭部農區氣候特點

迭部處青藏高原東北邊緣，甘肅甘南藏族自治州南部，海拔1 600～4 900 m。北緯33°41′20″～34°17′30″，東經103°00′37″～104°04′35″，根據建筑熱工氣候分區，迭部最冷月平均溫度為-3.5 ℃，日平均溫度低于或等于5℃的時間達到164 d，屬于寒冷地區。建筑應滿足冬季保溫要求，部分地區兼顧夏季防熱。

1.1 太陽輻射

迭部地區日照時間長，太陽輻射照度大。年總輻射量497.4 kJ/cm2。表1是1991—2010年該區的日照平均時數和太陽月總輻射。該區全年平均日照時間為2 267.4 h，10月至翌年3月日照時數1 147～1 291 h，日照率51%～54%。多數月份日照時間平均每天超過8 h，且空氣污染較小，大氣透明度較高。按中國太陽能資源分布屬于三類地區，具有利用太陽能的良好自然條件。

1.2 空氣溫度

根據建筑熱工氣候分區，迭部屬于“應設置供暖設施”地區，迭部冬季供暖設計室外氣象參數如表2。

冬無嚴寒、夏無酷暑是迭部的氣候特征，年平均氣溫7.4 ℃。12月至翌年2月的極端最低氣溫一般在-10 ℃以下。年平均風速2.0 m/s。根據當地氣象資料中提供的迭部月平均氣溫數據，如表3所示。最冷月和最熱月平均氣溫分別為-3.5 ℃和17.3 ℃。夏季平均日較差在10 ℃左右。冬季平均日較差在15 ℃。較大的日較差使建筑供暖負荷日波動幅度較大。

1.3 相對濕度

迭部農區由于森林覆蓋面積廣、依山旁水的地理因素，使得該地環境相對濕度較大。夏季月平均相對濕度較大，總維持在70%以上。冬季采暖季平均相對濕度為50%左右。

2 迭部藏式傳統民居概況

迭部境內村落傳統民居充分結合了當地的資源，形成了獨特的民居構造。民居多為2層，坐北朝南。東、西、北3面圍護結構是縱向由厚漸薄收分的版筑夯土墻。在3面圍護結構圍合的內部由木質柱梁搭接房屋框架，然后進行南向圍護結構的修筑。夯土墻內表面和內部生活空間由木板材隔斷。迭部境內的藏族傳統民居屋面以及2層地面的做法相同。在搭建的梁骨架上依次附以厚木板、木屑、生土夯實。民居正南向多附加具有明顯高差的小起居室，考慮其遮擋民居即采用高窗采光。民居2層多用作儲藏空間，南向2層采用的外墻材料各異，較多采用磚墻部分圍合或編制竹條、內外糊泥的方式，部分也采用不加南向外圍護的做法。

3 傳統民居室內熱環境測試

研究對象選取迭部縣哇曲村典型住戶，如圖1。兩層民居坐北朝南，1層為大的生活起居空間，2層主要用于儲存秸稈、牛羊草料以及堆放農具等，夯土平屋頂。版筑生土外墻厚度為300 mm。單層的建筑面積為80 m2，層高3.8 m。主房的東側為1層小起居室，房屋構造及建造方法和主房的方法一致。面積約為48 m2，層高3 m，南向外側帶有太陽房。

冬季測試主要是對室內外溫濕度的測量。夏季測試在此基礎上測試了室內黑球溫度、圍護結構內表面溫度以及圍護結構的傳熱系數。此外，對夏季主房室內熱舒適情況進行了問卷調查。藏居冬季測試時間為2013年2月，夏季為2013年7月。由于數據繁多，選取冬季測試晴天2月10日以及夏季測試典型天7月23日進行分析。采用的儀器包括黑球溫度計、自記式溫濕度儀、紅外測溫槍和熱流計。

3.1 測試結果

3.1.1 環境參數 經過對現場測試數據的分析整理，獲取了迭部地區冬、夏季熱環境參數的基本特征。

冬季典型天氣2月10日環境平均溫度為-1.3 ℃，室外溫度最高值為11.1 ℃，最低值為-10.8 ℃。夏季7月23日環境溫度介于9.6～26.6 ℃，平均溫度為17.7 ℃。冬季測試天室外相對濕度在15%～75.4%之間變化，平均相對濕度為48.7%；夏季相對濕度均值為64.1%，波動區間為28.5%～88.3%。

3.1.2 室內溫濕度 迭部地區冬、夏季藏式民居住宅的熱環境參數基本特征如圖2～5，其中Tout表示測試天環境溫度，Tin，small和Tin，big分別表示小起居室和大起居室內溫度，相對濕度與溫度下標對應。

冬季室內熱環境參數測量分為傳統薪柴采暖與未采暖兩種工況。在全天不間斷采暖的小起居室內室內平均溫度在測試天內可以達到17.5 ℃，室內溫度總體維持在12.2 ℃之上，最高溫度值可達21.1 ℃。室內相對濕度受室溫影響，分布在29.5%～69.9%。未采暖的情況下，室內溫度介于-2～4.5 ℃，全天室溫平均值為2.6 ℃。室內相對濕度維持在44.6%左右，波動范圍為40.3%～48.4%。

夏季藏居住戶炊事、生活熱水制備使用薪柴燃燒熱，其余時間室內無此熱源。因此小起居室室內空氣溫度值均在17.2 ℃之上，最高值為23.4 ℃，平均溫度達到20.6 ℃，相對濕度值在37.8%～72.7%之間變化，均值為55.3%。大起居室溫度值波動范圍是在14.5～16.7 ℃，室溫均值為15.9 ℃，室內溫度體現了穩定性變化趨勢平緩。相對濕度介于71.3%～79.5%，平均相對濕度為75.5%，處于高濕的狀態。

4 藏式民居熱環境影響因素分析

通過對測試結果的分析，藏式民居在冬夏季的熱濕環境具有以下明顯的特征：在未采暖的情況下，民居室內的熱濕環境總體可以呈現一個穩定的狀態，測試全天的溫度波動值僅在2～3 ℃，濕度值也基本穩定。在冬季熱環境條件下，室內溫度均值僅為2.5 ℃，冬季由于室外溫度較低且能源結構單一，藏居超過1/2的時間都使用薪柴作為唯一的熱量來源。夏季藏居呈現了相對低溫、高濕的室內環境。在冬夏季測試中，采暖、人員活動、炊事和生活熱水的制備作為除外界環境及圍護結構熱工性能之外的影響因素制約著室內的熱濕環境。

4.1 農區藏族建筑文化

甘南農區較牧區呈現溫潤的氣候，森林覆蓋面積較廣。民居建筑依賴天然資源，在夯土墻圍合區域采用木材搭接主體框架，以當地珍貴的實木加以純手工內飾裝潢。農區藏居主房一般為貫通的三開間，不做內部分區，起居室內部呈現一個大的整體空間且層高較高。藏居住戶冬季通過燒水及炊事余熱加熱火炕取暖，但對于三開間的整體藏居空間，住戶通常在房間中部設置火爐來作為另一熱源來進一步提高內部溫度。由于力求夯土墻和內飾裝潢板材的完整性，農區民居采用室內煙氣等由房間頂部排除的策略，在房間頂棚中部預留尺寸為1.5 m × 1.5 m的出口直通屋面。藏式民居的構建歷代傳承，大空間、全實木裝飾的民居在農區藏族文化中是財富和家庭尊嚴的象征。因此，以高大空間、中部預留的排煙煙道口與外界直接接觸的藏居建筑影響著室內環境的營造。

4.2 太陽輻射對室內環境的影響

由于測試地區位于青藏高原邊緣，海拔相對較高，日照時間較長，太陽能資源豐富，加上空氣污染較小，大氣透明度較高，使得太陽輻射是營造民居舒適環境中的有利因素。根據冬季測試數據中，典型陰、晴天室外溫度最高值可分別達到1.8、11.1 ℃，太陽輻射對于室外溫度日較差影響明顯，繼而影響室內環境。藏式民居采用高窗采光，南向窗戶尺寸為1.8 m×0.8 m，共3扇。估算窗地比遠小于住宅室內最低采光標準值1/7。較小的開窗面積不僅影響室內采光，也使室內可直接利用的太陽輻射受到限制。

4.3 藏族生活習慣

由于冬季較低的室內外溫度，藏居住戶采取生活空間的轉移來適應寒冷的冬季。在當地，小起居室是藏族傳統民居中重要的活動空間。由于小起居室冬季通過燒水及炊事余熱加熱火炕取暖，內部溫度較高，空間非常暖和，因此小起居室在全天大部分時間取代了傳統意義上的客廳而成為家庭活動的空間，它不僅僅承擔普通的炊事功能，也成為家庭所有人的公共活動聚會空間^[8]。這成為了適應熱環境而形成的獨特的文化習慣。

小起居室冬季采暖時間一般從8∶00至22∶00，超過1/2的時間室內都采用薪柴采暖，且測試對象小起居室南向帶有太陽房，對室內熱環境的改善有不可忽略的貢獻。本次測試時間是在春節前夕，按照該地藏族過春節的習慣，家庭成員多數在家。在這樣的條件下，冬季晴天室內平均溫度為17.5 ℃。

4.4 農區藏式民居圍護結構熱工性能

大起居室內環境在室外環境參數和民居圍護結構熱工特性耦合作用下具有一定的穩定性，溫濕度值總是維持在很小的范圍內變化，室內溫濕度峰值明顯滯后與室外峰值。

4.4.1 墻體熱工性能理論計算 藏式傳統民居以厚重原始夯土組合空氣間層和手工制純木內飾板為墻材。采用復合墻體傳熱系數計算方法進行圍護結構的傳熱系數以及衰減和延遲計算。

1）圍護結構的傳熱系數K

根據圍護結構傳熱系數計算公式，圍護結構傳熱系數巡檢儀記錄了圍護結構熱電勢E，同時使用紅外測溫槍對圍護結構內外表面溫度t1、t2進行了記錄。根據理論計算版筑生土外墻傳熱系數值為1.46，在實測值中傳熱系數均值為1.719。

5 藏式傳統民居室內熱環境評價

文獻[10]中提到，藏族人室內熱舒適感覺的溫度范圍為17.67～20.3 ℃，通過有效溫度法評價了西藏地區符合藏族人體特點的熱舒適范圍，并與國際標準ASHRAE進行了比較，冬季西藏人體熱舒適溫度范圍為18.57～21.2 ℃，相對濕度范圍為30%～90%，最佳為40%～70%。

由于地域及民居的差異性，以中國北方嚴寒氣候區和寒冷氣候區的城鎮地區室內供暖設計溫度不低于18 ℃和西藏地區熱舒適溫度范圍等來作為評價和改善甘南藏族傳統民居室內熱舒適的指標缺乏實際意義。為此，依據冬夏季參數測試及夏季民居室內環境調查問卷，采用主觀溫度、由Fanger提出的PMV熱舒適評價方法表5及夏季主觀調查問卷結果的統計分析對藏式傳統民居室內熱舒適進行評價。

5.1 主觀溫度tob

主觀溫度^[2]tob是D.A.Mcintyre提出的評價室內熱環境的指標。在允許的誤差范圍內，給出了人體新陳代謝M、衣服熱阻Rclo與主觀溫度tob的簡單線性關系。

夏季女性著裝為傳統藏裝：內衣+薄毛衣+棉馬甲+保暖褲+無袖薄藏袍。由于長期在家務農，著裝較為保守，為了方便勞作，通常將藏袍長袖系于腰間，身著棉質馬甲。男性著裝則趨于漢化：背心+長袖+薄外套+秋褲+外褲。根據服裝熱阻計算公式，該地夏季男女平均服裝熱阻為0.96 clo。冬季女性藏裝較厚，為了保暖，男性也多身著藏袍，使得冬季人員服裝熱阻均值為2 clo。藏居室內風速幾乎為零。因此，冬夏季主觀溫度計算值分別為14.9，21.7 ℃。主觀溫度與PMV計算值互為參考，綜合評價室內的熱舒適狀態。

5.2 熱舒適PMV評價

冬季典型測試天2月10日小起居室室內PMV值與操作溫度top通過線性擬合可以得出：

PMV=0.508 9top-8.504 1

以PMV范圍在-1～+1時的溫度值為室內溫度的可接受范圍。通過計算測試天內的中性溫度分別為16 ℃?？山邮軠囟认孪拗禐?4.6 ℃。在2月10日PMV計算值統計中，以-1≤PMV≤1為熱舒適范圍，67.3%的測試時間點PMV值在熱舒適的范圍內。對比測試中的冬季陰天22.4%的統計數據，晴天熱舒適在設定的PMV值范圍內的時段所占的比率超過了全天時段的一半，熱舒適狀態明顯提高。根據實測數據測量和生活習慣的調研記錄，藏居住戶起居采暖等無明顯變化。晴天太陽輻射成了除全天1/2時間段采暖之外小起居室內舒適時間點所占百分比高的有利因素。不同于小起居室采用傳統薪柴采暖、外加太陽房等，冬季大起居室室內溫度均在2～3 ℃，整體熱舒適狀態差。

夏季典型測試天里，小起居室室內PMV值與操作溫度top通過線性擬合可以得出：

PMV=0.524top-11.783

根據PMV計算結果，夏季小起居室內的中性溫度為22.5 ℃。1%的時間點PMV值在-1≤PMV≤1的熱舒適范圍內。夏季起居室內PMV值均小于1，室內未出現過熱的現象。大起居室內溫度在測試周期中始終維持在16 ℃左右，且室內濕度相對較大，室內溫度處于偏冷的狀態。

5.3 夏季主觀問卷

對于夏季藏居住戶對室內環境問卷包括兩個部分：1）受訪者及房屋的基本情況；2）室內溫度、濕度、風速和總體熱舒適投票評價。問卷采用ASHRAE的7級熱感覺投票，熱感覺分為（+3很熱，+2熱，+1溫暖，0適中，-1稍冷，-2很冷，-3寒冷），濕度感覺分為（+3十分干燥，+2一般干燥，+1稍微干燥，0適中，-1稍微潮濕，-2一般潮濕，-3十分潮濕），風速感覺分為（+2有不良吹風感，+1有適宜吹風感，0無吹風感，-1室內較悶，-2悶）；

5.3.1 訪談對象的背景情況 問卷調研訪談的對象為藏式傳統民居住戶。問卷期間由于藏語溝通、翻譯問題，在當地藏文小學教師的協助下完成了問卷訪問工作，確保問卷的有效性、可靠性。參與問卷的總人數為163人，由于男性多外出打工，男性為52人，性別比例為32%，女性人數為111人，占人數比例的68%。年齡范圍從18～70歲。受訪者主要為青年和中老年。

5.3.2 問卷結果統計 1）對于夏季大起居室熱感覺，全體受訪者中69.0%認為室內溫度稍冷，27.6%的人認為室內溫度適中，3.4%的人則選擇室內溫暖。由室內實測溫度值可知，夏季晴天室內溫度在1天的變化幅度在14.5～16.7 ℃之間，均值為15.9 ℃。藏漢翻譯中對于熱感覺投票描述介于稍冷和很冷之間，在夏季衣服熱阻普遍較高的情況下，夏季室內稍冷的狀態是受訪者熱感覺中不容忽視的。

在夏季實測中，大起居室的室內濕度值日變化在71%～80%之間，對于這樣的室內濕度值范圍，20.7%的受訪者認為室內環境潮濕，48.3%認為室內濕度稍微潮濕，13.8%的受訪者認為室內濕度適中，17.2%的人認為室內干燥。由此可知69%住戶認為室內環境偏潮濕。在調查訪問中，受訪者向調查人員普遍反映了室內貯存的糧食和肉制品的夏季發霉現象。

通過對室內風速的調查，65.5%認為室內無吹風感，3.4%的受訪者感覺室內較悶。由于問卷期間受訪者普遍認為室內熱感覺偏冷，在相對較冷的環境下，人體對風速變得更敏感，即使在室內在門窗緊閉的條件下，20.7%的受訪者認為室內有適宜吹風感。

2）統計分析問卷信息，女性對于室內熱濕環境更敏感。由于農閑期間，女性做家務在室內逗留時間較長，71%的女性選擇室內溫度偏冷，且多選擇添加衣物來適應室內環境。其余女性受訪者認為民居夏季室內溫度適中。由于青年男性外出打工者居多，男性受訪者集中在中老年人中。65%男性選擇室內偏冷，25%的受訪者認為室內溫度適中。10%的受訪者認為室內溫暖。根據受訪者的年齡分布，20～30及以下年齡段的受訪者中22%認為室內偏冷，15%選擇室內熱感覺為暖。問卷中，≤20和20～30的年齡層受訪者中，78%認為室內熱環境適中或稍暖。40以上年齡段通過提高衣服熱阻或增加室外活動來適應其認為室內偏冷的環境。

同時，在問卷過程中，藏式民居隔聲效果一般也成為普遍的觀點。受訪者對冬季室內熱期望值較高，對于夏季則更關注室內偏冷、潮濕的問題。

6 藏居建筑能耗分析

對民居住戶生活調研發現，藏居村落使用的能源種類單一，薪柴作為主要能源承擔著冬季室內采暖以及全年的炊事和生活用水等。部分居民會使用電熱毯、電飯鍋等用電設備，少數收入水平較高的住戶冬季會使用煤。手動式太陽能灶、沼氣作為清潔能源在當地得到了一定的推廣，但由于太陽能灶僅能手動調節，對于木質民居來說將成為巨大的火災隱患，使用率為零。綠色能源知識普及、產氣量和操作是否簡便制約了民居內沼氣的使用。

根據合理的節能熱阻定義，考慮到藏式民居住戶對于民居室內環境的適應性，藏式民居外墻最小必須熱阻為0.374 m2·K/W，由此單位面積墻體的失熱量為52.1 W/m2。理論計算藏式民居外墻熱阻為0.69 m2·K/W，遠滿足最小必須熱阻，民居外墻每平米冬季熱損失則為28.3 W/m2。參考藏式民居夯土版筑墻的制作工藝，墻體最外側夯土厚度可厚至0.5 m，熱阻增加，冬季熱損失進一步降低。

現階段，墻體外保溫成為建筑節能降耗的普遍做法。夯土墻外保溫施工存在一定的難度，且外加保溫也是夯土外圍護這一民居建筑特色被掩蓋。考慮到若將圍護結構以自身施工及外保溫施工相對簡單的磚墻代替夯土，對室內熱環境的營造是否有明顯的積極作用？根據村鎮民居較普遍的磚墻外加膨脹聚苯板保溫的^[9]導熱系數及厚度，其熱阻值為0.94 m2·K/W，冬季室內熱損失根據公式計算為20.7 W/m2。對比兩墻體冬季外墻熱損失相近。藏式民居夯土外墻作為當地建筑文化的特色，且就地取材、低造價使其得到了長久的傳承。為了降低冬季墻體熱損失，可以通過適當增加版筑夯土墻的厚度來增大墻體熱阻值。一般村鎮外保溫墻體熱阻與民居外墻差異相對較小，外墻冬季熱損失相差不大。綜合考慮到保護和繼承民族生態建筑外墻特色、夯土墻良好的熱工性能、生土材料的可持續利用以及民居住戶的經濟實力，傳統夯土墻在藏式民居的運用體現了自身的優勢。

7 結 論

1）甘南農區藏式民居集中體現為冬季室內溫度低。冬季室外平均溫度在0 ℃以下。測試期間室外最低溫度值為-10.8 ℃，在冬季晴天薪柴采暖下，活動區域面積集中的小起居室室內溫度平均溫度可達到17.5 ℃，陰天室內溫度僅為14.3 ℃。夏季當地不會有酷熱現象，室外最高溫度為26.6 ℃，民居室內溫度平均值為15.9 ℃。農區藏式民居為多開間且內部無分隔的高大空間，房間中部大面積排煙煙道直通屋面與外界貫通。高窗采光策略使民居內部利用太陽直射輻射受限。

2）藏族服飾熱阻值高，通過室內熱舒適評價，農區藏式民居冬、夏季室內熱中性溫度分別為16 ℃和22.5 ℃。冬季晴天，外帶太陽房的小起居室在采暖炊事余熱下室內平均溫度基本滿足中性溫度值。同時，在夏季問卷中，受訪者普遍認為溫度偏低且潮濕，與夏季測試中室內平均溫度遠小于中性溫度值的結果吻合。

3）藏式民居墻體由版筑夯土、空氣間層以及實木內飾板材組合而成，在制作工藝可實現范圍內增加墻體厚度，其熱阻值增大，外墻熱損失減小。綜合考慮到藏式建筑特色、較好的熱工性能、生土材料的可持續利用民族習俗和傳統，藏式夯土墻在藏式民居的運用具有自身的優勢。傳統民居熱環境的實測與分析以及為其舒適度的實現途徑提供科學依據，是對安多農區藏族傳統民居研究的初探。參考文獻：

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