晉東南傳統磚窯火炕供暖系統分析

束星北+王金平

摘 要：燃燒產生的煙所攜帶的熱量溫暖了土炕、墻壁，乃至整個窯洞。本文實測的火炕建造在建筑熱工學理論出現之前，以現代的理論對老火炕從爐膛位置開始到完整煙道系統進行對比研究，不僅僅在于認識這一供暖方式，更在于它對建筑遺產的保護和發展中的意義，這是值得研究的一個方面。

關鍵詞：火炕；供暖方式；熱循環；熱工學；一致性

中圖分類號：TU832.1+2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.023

文章編號：2095-6835（2016）11-0023-02

那么，在上述熱量損失的情況下，炕頭表面溫度計算值為85.07 ℃左右。

火炕的溫度變化的實際測量結果如表1和圖1 所示（每一小時的測量數據，從早7：00開始）。

炕頭表面溫度比炕梢溫度高，根據測量，炕頭平均溫度81.07 ℃，炕的平均溫度為43.49 ℃，炕梢平均溫度23.60 ℃。

1.3 炕中煙道的構造

1.3.1 直筒式

煙道是整個火炕的關鍵。直筒式是很常見也很古老的，根據建造之前留好的排煙口和進煙口，將炕體內部分成一個通道，如圖2所示。這樣的設置會導致浪費熱量，同時炕面受熱不均勻，同時泥土的分割無法有效的使煙通過，同時泥土或磚也要吸收一部分的熱量使得熱量流失。依據上述內容計算，傳統的煙道在炕梢的溫度只有23.60 ℃。

1.3.2 通體式

整個炕體內部沒有任何分割，建造最為簡單，但有一個問題就是排煙口的設置不能隨意，同時煙本身在火炕的內部分布也不均勻，炕內沒有足夠的支點用于支撐上部的圍護結構。

1.3.3 炕梢管流式人字分煙墻

該火炕的煙道較為特殊，炕梢管流式人字分煙墻，就是在煙的入口處用磚將煙分成兩股，運用炕內的支柱磚使得煙繼續分流。這樣的結構能夠有效地使得煙由急流變成緩流，延長炕梢煙氣的散熱時間，使熱交換充分。當煙從爐灶進入火炕時，能夠通過磚的分流有效地到達炕的各個位置，經過后阻煙墻得到速度上的減慢，有充分的時間將熱量留在火炕內部，排除了炕梢上下兩個不熱的死角，是炕頭炕梢的煙氣往兩頭擴散流動，提高了火炕上下兩側的溫度，縮小了兩側與炕梢的溫差，增加人們使用的舒適感。同時，根據平壁在穩定傳熱狀態下總的傳熱量是：

后阻煙墻的建造其尺寸為420 mm×160 mm×50 mm，內角為150°，兩頭距離炕梢的尺寸為170～240 mm。炕內需要有支柱磚，炕外的一側采用一臥一立的砌筑方法。根據總傳遞熱量原理來看，q是平壁的熱流量強度和τ是傳熱時數，那么，就是當氣體在內部流動的速度越快、停留時間越長，總熱量的傳遞就越多。這樣的分煙方式，就同時增加了這兩個參數。

任何一種煙道的布置方式都是建立在炕底部平整的基礎上，上部撒干細爐渣灰等耐火保溫材料，不需要搗實，這樣能夠減少熱量從底部散出。從圖3還能夠看出，還有一個重要的構件是煙插板，用來調節煙氣的流量和流速。更重要的是，當煙停止進入后，關閉煙插板，能夠使得煙長期留在火炕的內部，熱量盡可能長地傳遞給火炕的各個構建。

2 對比現代采暖技術

現代的采暖方式有掛墻式、地暖和踢腳線暖氣片三種。掛墻式是將暖氣片掛在掛件上對流采暖，因此要占據一定的室內空間；地暖，輻射采暖，在樓板之間布置；踢腳線采暖是沿房間的踢腳線布置暖氣。掛墻式、地暖、踢腳線暖氣片和火炕這四種采暖方式的對比情況如表2 所示。

在古寨，從經濟和節能的角度來看，窯洞民居若采用現代的采暖方式，則需要大量的人力、物力建立全新的供熱系統，且完全拆除現有設施。將四種供暖方式相比較，火炕依然能夠達到熱量的需求。

3 結束語

古村落的火炕建造在建筑熱工學理論出現之前，卻表現出了實際測量值與建筑熱工學理論計算值的一致性，再次驗證了建筑熱工學理論的正確。這是多年來人們在實踐中總結大量的經驗形成合理的供熱系統。與現代采暖技術的對比可以看出，如果改變燃料為沼氣、天燃氣或煤氣，減少對環境的污染，在對建筑遺產的保護和發展中傳統供熱系統的使用意義重大，對其他供暖方式的合理引入意義也很重大——既滿足日常生產生活需要，又保護和發展傳統，使得古村落不至于廢棄。

參考文獻

[1]董鑒泓.中國城市建設史[M].中國建筑工業出版社，2010：220-221.

[2]周若祁，劉啟波.生態環境條件約束下的窯居住區居住模式更新[J].環境保護，2003（3）：21-23.

[3]清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告2011[M].北京：中國建筑工業出版社，2011（3）：24-25.

[4]顧曉薇，王青，劉建興，等.基于“國家公頃”計算城市生態足跡新方法[J].東北大學學報（自然科學版），2005，26（4）：295-298.

[5]Scheuer C，Keoleian GA，Reppe P.Life cycle energy and environmental performance of a new university building：Modeling challenges and design implications.Energy and Buildings.2003.35（10）：1049-1064.

[6]竟峰，王婧.，張旭.寒冷地區太陽能炕采暖系統[J].低溫建筑技術，2006（3）：113-114.

〔編輯：胡雪飛〕