羌族民居的室內熱環境研究——以桃坪羌寨為例

2016-04-28 03:31:44廖語霞李茂杰楊澗溪劉佳琪陳曉艷

四川建筑 2016年1期

廖語霞, 李茂杰, 楊澗溪, 李　妍, 劉佳琪, 陳曉艷

(西南民族大學城市規劃與建筑學院，四川成都 610000)

羌族民居的室內熱環境研究
——以桃坪羌寨為例

廖語霞, 李茂杰, 楊澗溪, 李妍, 劉佳琪, 陳曉艷

(西南民族大學城市規劃與建筑學院，四川成都 610000)

【摘要】文章選取岷江流域桃坪羌寨典型的羌族民居作為研究對象，在夏季和冬季進行現場測試，對民居的室內熱環境及熱舒適性進行定量研究，研究顯示羌族傳統民居夏季熱舒適度良好，冬季室內較冷、熱舒適度較差。

【關鍵詞】羌族;傳統民居;室內熱環境

羌族傳統民居是數千年來羌族人民適應當地氣候形態、生活形態形成的極具特色的傳統民居。桃坪羌寨位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣雜谷腦河畔，是羌族建筑群落的典型代表。

近些年來，關于羌族傳統建筑的研究主要側重于傳統民居的歷史演變、文化背景與營造經驗等方面的闡述與分析，對傳統民居的室內熱舒適研究則略顯不足。本文對其進行冬夏季室內熱環境研究，為對進一步了解羌族傳統民居的熱工性能，改善其熱環境提供科學的依據。

1研究對象簡述

1.1地理位置及氣候

理縣位于四川省西部,青藏高原東部,阿壩藏族羌族自治州東南緣。全縣境內山巒起伏,平均海拔2 700 m,氣候屬山地型立體氣候,春夏季降水量多,冬季無霜期短。

1.2羌族傳統民居的特點

羌族民居主要有石砌民居、土屋、板屋、碉樓民居。民居多選址在半山或者高半山坡地區，多以聚落形態出現。住宅多為石砌樓房，層數多為二層及以上。各層分工明確，采用石木混合結構，體量較大。建筑外墻厚度一般為40～50 cm，三層及以上建筑墻厚為60～120 cm。

1.3研究對象概況

本文選取岷江流域桃坪羌寨的一處傳統民居作為研究對象，建筑坐西朝東，院落式空間，與周邊的建筑共用南北向及東向的外墻。

民居平面功能布置為該地常見形式：一層主要是起居室、臥室及廚房；二層是風干房，主要用作曬糧食的場所，在臥室不能滿足使用要求時兼做臥室；三層為曬臺；衛生間及淋浴間建于院子內。建筑外墻為石木混合結構，主要材料為石、泥、木，內部用木板分隔空間。每層層高不盡相同，一層約為2.8 m，二層約2.5 m，墻厚450 mm。因與周邊建筑共用外墻，故而建筑似一個下小上大的長方體。窗為木框單層玻璃窗，窗墻面積比較小(研究對象的平面圖及測點布置圖見圖1，圖中“·”表示測點)。

1.4測試方案簡述

根據《民用建筑室內熱濕環境評價標準》的規定對研究對象進行測點布置及測試。夏季測試時間為2014年7月15日至2014年7月18日，共計4天；冬季測試時間為2015年1月5日至2015年1月7日，共計3天。具體測試項目及實驗儀器見表1。

表1　室內外熱環境參數各項測試參數

2實驗數據分析

2.1太陽輻射

由圖2可知，夏季太陽輻射照度平均值為484.94 W/m2，最高值為1 113 W/m2。夏季太陽日輻射強度較大，輻射時間較長。

由圖3可知,冬季太陽輻射照度平均值為256.02 W/m2，最高值為553 W/m2。冬季太陽日輻射強度較小，冬季的太陽輻射時間較短。

2.2空氣溫度

(a) 一層平面圖及測點布置

(b) 二層平面圖及測點布置圖

圖2　夏季太陽輻射變化曲線

圖3　冬季太陽輻射變化曲線

由圖4可知，夏季室外氣溫最高值為32℃，最低值為17℃，平均值為27℃；室內氣溫最高值為27℃，最低值為19℃，平均值22.7℃。在測試時間內室外的溫度變化趨勢與室內各房間溫度變化基本一致。室內各房間變化曲線非常接近，空氣溫度變化較為平緩，最高值與最低值相差不大。由于三樓測點處于半室外，所以變化趨勢與室外測點相同，氣溫最高值與最低值相差較大。室內空氣溫度平均值在夏季人體舒適溫度(22～28℃)之內，溫度較為涼爽。

圖4　夏季室內外空氣溫度變化曲線

由圖5可知，冬季室外氣溫最高值為9℃，最低值為0℃，平均值為3.8℃；室內氣溫最高值為9℃，最低值為1℃，平均值為4.9℃。在測試時間內室外溫度變化趨勢與室內各房間溫度變化趨勢大體相同。室內各房間溫度變化比室外較為平緩，晝夜溫差較小，各房間平均氣溫相差較小，建筑外墻具有一定保溫性能。室內空氣溫度較低，低于冬季舒適溫度(16～24℃)，人體熱感覺較冷。

圖5　冬季室內外空氣溫度變化曲線

2.3空氣相對濕度

由圖6可知，夏季室外空氣相對濕度最高值為75.4%，最低值為52.7%，平均值為66.0%；室內空氣相對濕度最高值為73.7%，最低值為52.3%，平均值為66.2%。室內相對濕度略小于室外，空氣總體較為濕潤且濕環境較為穩定，在人體最舒適濕度(40%～80%)范圍內。由于一樓是主要活動場所，相對濕度略高于其他房間測點。空氣濕度整體變化趨勢較為平緩，室內外變化趨勢基本一致，空氣濕度較適宜。

圖6　夏季相對濕度變化曲線

由圖7可知，冬季室外空氣相對濕度最高值為34.5%，最低值為27.6%，平均值為30.9%；室內空氣相對濕度最高值為35.2%，最低值為27.8%，平均值為32%。室內外空氣相對濕度平均值相差較小，變化趨勢基本一致。室內空氣相對濕度比較接近人體熱舒適標準(30%～60%)范圍下限，但仍有10.9%的時間室內空氣相對濕度處于人體熱舒適標準之外。從以上的分析可知，當地冬季空氣相對濕度較低，環境較為干燥。

圖7　冬季相對濕度變化曲線

2.4室內外風速

由圖8可知，夏季室外風速最大值為1.8 m/s，平均值0.65 m/s；室內風速最大值為0.86 m/s，平均值0.23 m/s。室內外風速平均值相差0.41 m/s，室內風速明顯低于室外風速。室內風速變化趨勢與室外風速變化趨勢基本一致，分析其原因在于一樓大門開啟與三樓曬臺門開啟形成煙囪效應，空氣流速相對較快，減小了由于建筑開窗較小而導致空氣對流較慢的影響，使得室內外空氣相對濕度變化相接近。從以上的分析可知，夏季室內有良好的通風，室內平均風速在人體舒適風速范圍之內，舒適宜人。

圖8　夏季室內外風速變化曲線

由圖9可知，冬季室外風速最大值1.55 m/s為，平均值0.49 m/s；室內風速最大值為0.83 m/s，平均值0.38 m/s；室內外風速平均值相差0.11 m/s，室內外風速相差較小，大多數房間能形成良好的通風，完成室內外的空氣交換；由于外圍護結構的氣密性較差，冷風滲透量較多，室內熱環境受冷空氣影響導致室內空氣溫度較低，熱舒適度受到影響。但存在特殊房間如一樓內側靠廚房的臥室，沒有窗戶，無法進行自然通風采光，空氣質量較差，需要通過門來進行空氣交換。

圖9　冬季室內外風速變化曲線

2.5西墻溫度

由圖10可知，夏季測試條件下研究對象西向外墻內表面最高溫度為26.2℃，最低為20.9℃，平均值為24.1℃；外表面最高溫度為49.6℃，最低為17.1℃，平均值為24.8℃。內表面溫差為5.3℃，外表面溫差為32.5℃，內外表面溫差最大值為24.6℃。內表面溫度變化較為平緩，外表面溫度變化較為劇烈，內表面溫差明顯小于外表面溫差，建筑外墻具有良好的熱穩定性。內表面最高溫度小于室外空氣溫度最高值(32℃)，內外表面溫差較大，建筑西向外墻在日照下外表面受熱但是通過墻面將熱量傳入內表面的較少，建筑外墻具有良好的隔熱性能，滿足隔熱要求。

圖10　夏季西墻內外壁溫度變化曲線

2.6室內熱舒適滿意度調查

在夏季測試時間內通過對當地居民進行現場問卷調查的方式，主要集中調查居民對熱感覺、濕感覺、風速強弱、光感強弱等主要方面的評價。分析得出了當地居民對傳統民居的夏季室內熱舒適評價普遍較為滿意，認為室內外空氣較為干燥，溫度較為涼爽，通風狀態良好。但同時認為由于開窗較小缺乏自然采光，室內光線較暗。

冬季調查方式同夏季。在當地室外空氣溫度較低的氣候條件下，當地居民普遍衣著較厚。問卷結果反映當地居民對于傳統民居冬季室內熱環境持較滿意態度，認為室內外空氣干燥適宜，通風狀態良好，但同時存在采光不足的問題。其中青年人對室內熱舒適滿意度明顯低于老年人(圖11)。

3室內熱舒適評價

為了更科學地反應人體對室內熱環境的感受，利用熱舒適儀對人體主要活動場所進行實時測試。測試均在自然通風的條件下進行，依據當地居民日常活動和衣著習慣對熱舒適儀進行參數設定，將夏季的新陳代謝率設定為1.0，服裝熱阻設定為0.6；冬季的新陳代謝率設定為1.2，服裝熱阻設定為2.0。

數據顯示，冬季PPD指數在整天時間內波動較大，最大值為95 %，最小值為45 %，平均值為70 %，大多時間都在60～90 %之間浮動；夏季PPD指數最大值為62 %，最小值為5 %，平均值為18 %；對比發現，冬季整天的熱舒適度性都較差；夏季人體活動主要時間范圍內的熱舒適度性較差，其余時間內熱舒適度對人體而言較為舒適。通過對比PMV指數可以發現，冬季室內的預計平均熱感覺指數在-1.5～-2.5之間浮動，平均值為-2，對人體而言很冷；夏季室內的預計平均熱感覺指數在-1～+2浮動，平均值為+0.5，對人體而言為舒適。相比冬季而言，夏季室內熱環境更讓人感覺舒適。夏季的空氣流速也明顯高于冬季，室內外通風狀況較好。對比兩季的黑球溫度和空氣溫度，人的實際感覺溫度和空氣溫度相差不大。整體而言，夏季室內熱環境優于冬季，冬季室內熱環境給人感覺較冷，預計不滿意人群比例較大(圖12、圖13)。