豫西地區(qū)靠崖窯洞圍護結(jié)構(gòu)熱工特性分析

周春輝　史小航　朱佳音

摘 要：厚重的圍護結(jié)構(gòu)是保證窯洞“冬暖夏涼”特性的主要原因。為定量化窯洞圍護結(jié)構(gòu)熱工特性，選取豫西地區(qū)鞏義市某靠崖式窯洞，對其圍護結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造進行測量和分析，并對圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性進行計算。同時，選取當(dāng)?shù)卮u混建筑進行對比分析。定量分析結(jié)果突出了窯洞圍護結(jié)構(gòu)熱工特性的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：靠崖窯；實測研究；圍護結(jié)構(gòu)熱工特性；定量分析

窯洞是中國古代勞動人民為謀求生存，抵御惡劣的自然環(huán)境而因地制宜發(fā)展而來的居住之所。窯洞有多種形式，比如有：靠崖式，下沉式和獨立式。無論哪種類型的窯洞其均具有“冬暖夏涼”的功能。與現(xiàn)代的磚混建筑相比，其最突出的特點便是節(jié)能。究其原因，是窯洞的圍護結(jié)構(gòu)具有很好的熱工特性。窯洞的圍護結(jié)構(gòu)絕大部分是有黃土組成。黃土作為一種重質(zhì)材料，具有優(yōu)越的蓄熱，隔熱的性能。這是現(xiàn)代建筑圍護結(jié)構(gòu)不能望其項背的。

為對窯洞圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性做出定量的分析，以鞏義市寺灣村某靠崖窯為研究對象，通過實測研究，分析其圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性。同時，為突出窯洞圍護結(jié)構(gòu)熱工特性的優(yōu)越性及保證研究方法的嚴密性，選取鞏義市焦灣村某磚混建筑進行對比。

1 測試對象概述

1.1 窯洞基本信息介紹

研究對象為鞏義市寺灣村一日常居住用的靠崖式窯洞，其立面圖及平面圖如圖1所示。建筑依崖分別建造4孔窯洞，建筑面積約120m2。其窯洞的上層崖高約12m，窯臉寬3m，窯與窯之間的窯腿為1m，窯的進深為8m，窯高3.5m。窯臉均朝南，窯臉上分別設(shè)有一扇木門和兩扇木質(zhì)的單層玻璃窗。門左側(cè)的雙開窗寬0.8m，高1m。天窗寬0.8m，高0.5m。整個窯臉的窗墻比為0.13。

為對鞏義市寺灣村某靠崖式窯洞圍護結(jié)構(gòu)熱工特性進行研究，選取具有代表性的客廳，并對其六面圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造進行分析。

1.2 磚混建筑基本信息介紹

該建筑坐北朝南，東西長13.7m，南北寬10m，高3.8m，建筑面積約137m2。

客廳東西方向長6.7m，南北方向?qū)?.5m，面積約23.5m2。客廳南墻上有一扇單層鋁合金玻璃窗，該窗總寬為3m，高為2.6m。另有一扇雙開平開門，門總寬為2.6m，高2.9m，門上高窗為普通的平開窗，高為0.6m。客廳南墻的窗墻比約為0.37。

臥室南北距離為3.5m，東西距離3.2m，面積約11.2m2。臥室北墻距地面2.4m處有一單層鋁合金推拉窗，該窗戶高1.1m，寬1.5m。臥室北墻的窗墻比約為0.14。

2 熱工特性分析

依據(jù)民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范附錄二及附錄四，對窯洞和磚混圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K、熱阻R、熱惰性指標(biāo)D、衰減度v0、延遲時間ε0進行定量計算。

除了窯洞與磚混的地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為無窮小外，其他圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)均是窯洞小于磚混建筑。可見在相同的條件下，通過窯洞的圍護結(jié)構(gòu)傳遞的熱量小于通過磚混建筑圍護結(jié)構(gòu)傳遞的熱量。

窯洞圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)普遍大于磚混建筑圍護結(jié)構(gòu)。可見溫度波在窯洞圍護結(jié)構(gòu)中衰減較快，使得窯洞圍護結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性更好。

為窯洞與磚混建筑圍護結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)D的對比圖。窯洞圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)普遍大于磚混建筑圍護結(jié)構(gòu)。可見溫度波在窯洞圍護結(jié)構(gòu)中衰減較快，使得窯洞圍護結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性更好。

除了窯洞和磚混建筑的南墻和地面的衰減度相近之外，其他圍護結(jié)構(gòu)均是窯洞的衰減度明顯大于磚混建筑。可見窯洞圍護結(jié)構(gòu)更能抵御室外的溫度波動，能更好地保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

除南墻和地面以外，窯洞圍護結(jié)構(gòu)的延遲時間都明顯大于磚混建筑。可見窯洞圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度諧波最高值出現(xiàn)時間與室外空氣溫度諧波最高值出現(xiàn)時間差值更大，能更好地延遲室內(nèi)的溫度變化，保持室內(nèi)的舒適度。

3 結(jié)論

通過對鞏義市寺灣村的靠崖式窯洞以及焦灣村的某磚混建筑的圍護結(jié)構(gòu)熱工特性的計算對比，可以看出，窯洞的圍護結(jié)構(gòu)在抵御外部溫度的變化，保持室內(nèi)溫度恒定方面有明顯的優(yōu)勢，能最大限度的保證人們生活的舒適度，具有“冬暖夏涼”的奇特功效。

參考文獻

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作者簡介：周春輝（1990.08- ），河南駐馬店人，本科，研究方向：建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程；史小航（1994.10- ），河南開封人，本科，研究方向：建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程。