貴州地捫侗寨傳統民居圍護結構改造對室內熱濕環境影響

李崢嶸，曾詩琴，趙 群，邢浩威

（1．同濟大學暖通空調研究所，上海 201800；2．同濟大學建筑城市規劃學院，上海 201800）

傳統民居是居民在當地氣候與資源、經濟條件下形成的地域性建筑，在社會與建筑發展歷史中具有重要意義．由于氣候、經濟與社會的發展，傳統民居面臨保護與改造的雙重壓力．如何在提高室內舒適度基礎上保持當地建筑風格，是國內外多個專業的研究熱點，目前的研究主要集中于兩個方面：一方面是從建筑學角度研究傳統建筑空間營造與歷史演變，基于當地的經濟、人文、物質基礎上對當地建筑進行材料、空間布局等方面的改造，主要利用現代技術對現有傳統建筑材料進行修理及維護[1-2]，以及借鑒傳統建筑的空間構局，構建可持續性建筑[3-4]；另一方面從室內熱濕環境營造角度研究其對當地環境的適應性[5-8]，如建筑材料的熱惰性對室內熱環境影響及節能的可行性[5]、傳統民居的熱舒適研究[6-7]及圍護結構熱傳遞過程[8]等．研究表明圍護結構性能對室內熱環境影響很大，目前圍護結構變化對室內濕環境影響的研究比較少，而在高濕地區，傳統民居圍護結構內表面受潮情況與室內濕環境聯系密切[9]，因此傳統民居在改造中需要相關技術指導．

1 貴州地捫侗寨民居現狀與室內熱濕環境監測方案

1.1 地捫村傳統民居現狀及改造趨勢

地捫傳統侗寨建筑屬于干欄式，且均用當地的杉木建造，屋頂鋪設單層青瓦，如下圖1(b)．雖然建造用木料可以就地取材，但是因炊事與供暖引發的火災頻發，因此當地居民目前傾向采用混凝土與粘土磚改建，部分在建筑立面鋪裝木質結構、或者建筑二層保留木結構，以達到建筑風貌保護目的，如下圖1(a)，圍護結構相關熱工特性見表1．

貴州地捫侗寨春夏季室外處于高濕狀態，在貴州地捫侗寨風環境的實測及其分析中指出[10]：地捫侗寨夏季室外最高溫不高，整體濕度較大．在當地走訪調查中，當地居民反映磚房在白天比較涼快，但是比較潮濕，特別在梅雨季節，墻體表面發霉現象比較嚴重，在調查中發現，居民并沒有開窗習慣．

圖1 (a) 改造建筑外貌（后文標記為1#）Fig.1(a) renovation building’s appearance (marked 1#)

圖1 (b) 傳統建筑外貌（后文標記為2#）Fig. 1(b) traditional building’s appearance (marked 2#)

改建后1號磚木房圍護結構傳統木房2號房圍護結構一層外墻：紅磚，厚度約 180 mm，一層外墻：木板，厚度約20 mm，內外表面均有20 mm抹灰；二層外墻：木板，厚度約20 mm二層外墻：木板，厚度約20 mm．

表1 墻體材料及其熱工性能[11]Tab.1 Materials and thermal performance of the wall[11]

1.2 室內環境監測方案

選取當地比較典型的兩棟相鄰建筑(見圖 1)作為監測對象，兩棟建筑均是南北朝向，室內一層及二層布局及功能特點也類似．1號房是改建后建筑，一層采用磚結構，外墻表面再貼以木板裝飾，二層和三層采用木結構．2號房是傳統的全木結構，屬于典型的傳統民居．作者在2014年7月17-19日連續三天典型夏季工況(17、18日有陣雨，19日全晴天)下對室內常用空間的溫濕度和壁面溫度進行采樣，布點方案見下圖2，采用的儀器見表1．

圖2 室內參數采樣點布置示意圖Fig.2 The location of indoor monitoring points

考慮到兩類建筑不同層高及廚房的改造對室內熱環境的影響，同時對改造后建筑三層雜物間及兩類建筑廚房、樓梯間、屋頂進行溫濕度測量，測量結果表示改造后建筑三層的室內溫濕度與屋頂內溫濕度相差不大，且兩類建筑相鄰，兩類屋頂內溫濕度差異不大；改造后建筑廚房處于半開放狀態，基本處于外界環境之下，可以認為兩類建筑一層及二層大堂及臥室處于相同的邊界條件下，研究不同圍護結構對室內熱濕環境的影響．數據檢測的相關儀器精度如表2．

表2 檢測所需儀表及其精度范圍Tab.2 The scope and precision of the detectors

2 實測分析

2.1 傳統民居及改造后民居室內溫濕度對比

經數據篩選，兩棟建筑室內溫濕度差異性主要體現在一層房間，選取一層大堂及臥室進行對比分析，由圖3得，改建后一層大堂室內日間氣溫低于傳統民居室內氣溫，夜間溫度基本重合，均高于室外溫度 2℃左右，而室內濕度高于傳統民居一層大堂室內濕度，日間更為明顯；一層臥室對比中也能發現類似規律，但改造后建筑室內濕度全天較傳統民居室內濕度高10%左右．陣雨期間的溫度對比中可以看出，磚房室內溫度波動較小，雨后溫升較小．

圖3 改造建筑與傳統建筑室內溫濕度對比Fig.3 temperature and humility contrast between renovation and traditional building

經走訪調查，居民白天一般上山務農，處于室內時間一般為夜間，經問卷統計，夜間時間段，居民沒有開窗習慣．選取時間段19:00-7:00對兩類建筑一層大堂室內外溫濕度進行數理統計，計算結果如圖4、5所示．

圖4 溫度箱圖對比Fig.4 boxplots comparison of the temperature

圖5 濕度箱圖對比Fig.5 boxplots comparison of the humility

由溫度箱圖顯示，改造建筑及傳統建筑夜間平均溫度均高于室外平均溫度，比較兩者的離散程度可知，改造后磚墻結構室內溫度波動較小，這是由兩類材料的熱工特性所決定的；同時對比濕度箱圖，兩類建筑室內濕度均低于室外濕度，而改造后建筑室內濕度大于傳統民居室內濕度，通過估算室內通風換氣次數[12]，在相同開門窗情況下磚墻結構室內換氣次數明顯低于木墻結構室內換氣次數，實測表明磚墻能很好改善建筑的氣密性能，然而在地捫侗寨高濕環境下，反而會影響室內自然通風，引起濕量集聚．

2.2 改造建筑與傳統建筑墻體內壁面結露風險

通過實測研究，改造后建筑室內溫度波動較小，但室內濕度過高，磚墻結構的房間在夜間室內高熱高濕的條件之下，當墻體內壁面溫度低于室內露點溫度時，容易結露．在測量室內空氣溫濕度的情況下，可計算得出室內空氣露點溫度[13]

圖6 一層大堂墻體內壁面溫度及室內露點溫度Fig.6 temperature of internal surface and the dew point temperature of indoor air in the first central room

結合圖 6可以得出，改造建筑(1#)一層堂屋北墻及東墻內壁面均有結露風險，但出現時間段不同，北外墻結露時間段在夜間，這是由于北外墻受室外影響較大，內表面溫度最低，而東內墻結露時間段在日間暴雨期過后，當室外溫度急劇降低再上升，磚墻的熱惰性使內墻表面對溫度響應時間較長，內壁面溫度相比室內溫度升高速率而言較慢，磚墻的氣密性使室內濕度過高，空氣露點溫度也隨之升高，導致東墻內壁面溫度低于室內露點溫度，有結露風險；經計算結合圖6可知，傳統民居(2#)一層堂屋墻體各壁面溫度均高于室內空氣露點溫度，沒有結露風險．

2.3 通風對于內壁面結露及夜間過熱問題改善

在已經空氣溫濕度及當地大氣壓的情況下，可求解出空氣的含濕量[14]

其中：φ為空氣相對濕度，pq,b為此溫度下的飽和水蒸氣壓力，pa為當地大氣壓力．對改造后建筑一層大堂室內外空氣含濕量及溫度作對比分析：

由圖7可知，夜間室外溫度及含濕量均小于室內空氣，將室外空氣與室內空氣直接進行混合，將實現圖8中1號過程線的空氣變化，室內空氣狀態A與室內空氣狀態B混合，此時低溫含濕量低的室外空氣能將室內空氣降溫除濕到狀態C，并降低露點溫度(由ta降到tc)，在改善室內熱環境的同時，也緩解了內壁面結露的風險．

圖7 一層大堂室內空氣及室外空氣溫度、含濕量對比Fig.7 comparison of moisture content between indoor air and outdoor air in the first central room

圖8 室內外空氣混合過程焓濕圖Fig.8 Enthalpy-humility chart of mixing between outdoor air and indoor air

在雨后晴天，室外空氣濕度增加同時溫度增加，此時與室內溫度較低含濕量較小的室內空氣混合，將實現2號過程線的空氣變化，室內空氣狀態A′與室外狀態B′混合，此時室內空氣C’溫度升高，同時露點溫度升高(由ta′升到tc′)，而磚墻內表面溫升較慢，使得內壁面溫度易低于室內空氣露點溫度，這時候利用自然通風，不僅加劇了室內空氣品質的惡化，同時會加劇墻體內表面結露．

3 結論

(1) 就熱工特性而言，由表 1得出改造后建筑180 mm厚磚墻結構熱惰性指標為2.49，而20 mm木墻熱惰性指標為0.01，改造后磚墻結構對室外熱量擾動的抵抗能力較強，而較高的材料密度，增加了建筑氣密性，使室內通風條件變差，室內濕量集聚不能通過自然風帶走，因此改造后建筑呈現室內日間溫度較木房低，全天濕度較木房要高特點．

(2) 居民處于室內時間段一般為夜間，改造后建筑并沒有改善傳統木房夜間過熱問題，反而室內平均濕度比木房要大，惡化了室內夜間空氣品質．

(3) 在典型夏季情況下，磚房內壁面有結露風險，傳統木房則沒有．磚房外墻內壁面在夜間容易產生結露現象，可以利用室外通風進行緩解，并解決室內過熱問題；雨后晴天內墻內壁面容易產生結露，此時通風并不能改善結露現象，需要通過其他手段進行調節．

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