木板壁民居對濕熱氣候的適應性

楊真靜 徐亞男 彭明熙

摘 要：

為調查山地木板壁民居對重慶夏季濕熱氣候的適應性，選取當地典型木板壁民居作為研究對象，在夏季對其室內熱環境進行實測。結合當地建筑特點及居民生活習慣，對實測數據進行分析，并利用APMV對室內熱環境進行評價。結果表明，木板壁民居夏季依靠自然通風顯著改善了室內熱舒適度，夏季典型日APMV達Ⅱ級以上的約占65%。傳統木夾壁民居在熱環境營造上響應了當地氣候特點，具有較好的氣候適應性。

關鍵詞：

木板壁民居；實測；溫濕度；自然通風；熱舒適

中圖分類號：TU111.3

文獻標志碼：A 文章編號：16744764（2016）04000106

傳統民居作為前人長期實踐的結果，具有較好的環境適應能力，其生態經驗越來越受到關注。Evola等[1]在研究卡塔尼亞地區的厚重型傳統民居時，發現該類民居提高夏季室內熱環境的重要途徑是夜間通風。Khalili等[2]通過對伊朗地區20戶傳統民居的研究發現，傳統建筑的地下室、捕風塔等建筑形式及當地人們的行為模式是應對干熱氣候的有效方式，并努力將這些方式用到現代建筑設計中。Lechner[3]研究了一些地區傳統民居適應自然條件的措施。陸元鼎等[4]論述了廣東及海南地區的民居在特殊濕熱環境下采取的通風與防潮、遮陽與隔熱、環境降溫等方面的策略，將建筑與氣候、地形、自然環境結合起來研究，開始了中國傳統民居氣候適應性的研究。Zhu等[5]對以西北黃土高原窯洞為代表的傳統民居的生態經驗進行了分析，從建筑技術的角度對陜西窯洞進行實測和模擬，分析了窯洞室內及庭院的熱物理環境，提出意見并實施改進，效果顯著。中國川渝地區因其地形復雜、氣候特殊，傳統民居多種多樣。其中木板壁民居用木板做圍護結構，屬于小木作，很少有人研究，但在川渝地區特殊氣候下卻廣泛存在[6]。因此，研究其室內熱環境的生態經驗，對提高該類民居室內環境質量及對現代建筑設計均具有重要的意義。

筆者以重慶山地木板壁民居為研究對象，對夏季室內熱環境參數進行測量、分析，并進行熱濕環境評價。

1 研究對象和研究方法

11 研究區域概況

研究對象位于重慶市江津區白沙古鎮，古鎮背靠大旗山，沿江而建，鎮域狹長，為國家級歷史文化名鎮。由于古鎮用地緊張，建筑群體布局緊湊，主要街道為東西走向，青石路面狹窄悠長（圖1）。鎮內傳統木板壁民居多建于清末民初，朝向大體為東南向，平面多為小開間大進深，小青瓦坡屋頂高低錯落，屋檐深遠，外觀樸素無華，具有濃厚的鄉土氣息[7]。當地年平均氣溫179 ℃，無霜期340 d，年平均降雨量1 030 mm，年均日照為1 273 h，屬于典型濕熱氣候區，主要表現為高溫、高濕、多雨、多霧、靜風[89]，冬季相對溫和，熱環境溫度相對不突出。因此，對當地居民日常生活來說，亟待解決的是通風、散熱、除濕。

12 研究對象簡介

在古鎮內選取一典型戶進行研究，具體位置見圖1。該戶為一中間戶，具有典型代表性，圍護結構保存比較完整，且長期有人居住。其朝向為南偏東19°，南面是寬約35 m的街道，北面為下沉院壩，院壩臨江，東西鄰戶均為木板壁住宅。建筑平面為縱向“一”字型，面寬45 m，進深144 m。平面布置簡單，南側臨街為堂屋，臨街面為門和窗，中部和北側為兩間臥室（簡稱中臥、北臥），下方下吊一層為儲物間（圖3）。

該建筑為吊腳樓形式，具備典型山地木板壁民居特點：建筑依山就勢，南高北低，南側臨街，北側下吊。屋面為小青瓦坡屋頂，墻體和門均為厚25 cm左右的木板，窗為木格鏤空窗。堂屋層高較高且沒有吊頂，地面為水泥地面。中臥和北臥有普通塑料布作簡易吊頂，主要作用為防灰，地面為木樓板。下吊層儲物間墻體為青磚，地面為三合土。

13 測試方案

夏季有效測量時間為20150731日15：00—20150814日12：00。主要測量內容：室外及室內各房間溫度、相對濕度、堂屋地面溫度、北臥風速（距地面約11 m）[10]。儀器參數及數據采集情況見表1，具體儀器布點見圖3。

2 測量結果

21 室外氣象參數

夏季測量期間室外天氣變化明顯，7月31日到8月4日連晴，4日晚上開始降溫，此后連續陰天或小雨，直至12日開始轉晴，溫度逐漸上升。測試期間室外溫度、太陽輻射見圖4，平均溫度為270 ℃，最高溫度344 ℃，最低為231 ℃，一日內最大溫度波幅為87 ℃。測試期間平均太陽輻射量為172 W/m2，晴天最高達750 W/m2，陰天時約100 W/m2。因夏季主要研究室外高溫情況下木板壁民居室內熱環境，故選取連晴高溫且溫度穩定時段的中間一天即8月2日為典型日進行分析。

22 室內熱濕環境

典型日室內外溫度見圖5。室外平均溫度290 ℃，最高溫度336 ℃，最低溫度255 ℃。除09：00—17：00堂屋溫度略低于室外，室內各點溫度均比室外還略高，從熱延遲方面看，各房間熱延遲時間只有1～2 h，可見輕薄的木板壁民居整體防熱性能不好，熱惰性較差。

室內溫度的分布晝夜分化明顯，白天北臥溫度最高，堂屋溫度最低，夜間則反之，分析住戶一天的活動軌跡，住戶白天在堂屋活動，夜間在北臥休息，顯然，室內環境狀況與環境需求較為一致。其形成原因在于兩房間的朝向和地面情況。堂屋南側街道屋檐出挑較大，長時間處于陰影之下，使朝向街道的堂屋白天受太陽輻射影響較小。且堂屋地面平均溫度為275 ℃，全天穩定，波幅僅08 ℃。白天地面溫度顯著低于室外空氣溫度，幫助室內降溫；夜間地面溫度略高于室外空氣溫度，導致堂屋全天溫度波幅較小。而北臥地面為架空樓板，房間暴露在大氣中的面積更大，室內溫度緊隨室外溫度而變化，從房間的晝夜溫差進一步可以看到，堂屋晝夜溫差為65 ℃，但北臥的晝夜溫差達92 ℃，比室外溫度的日較差還大11 ℃，這也說明北臥的夜間散熱效果最好，輕薄的木板壁在日間防熱不佳，但在夜間發揮了積極的散熱作用，導致北臥溫度白天最高、夜間最低。此外，該建筑朝向為南偏東19°，使北臥受西曬影響較大，這也是北臥白天溫度最高的重要原因。

典型日室內外相對濕度見圖6。室外平均相對濕度為74%，最高達94%，最低也達到55%。室內平均相對濕度為71%，與室外相差不大。相對濕度在60%以上的時間占80%。反映了重慶夏季濕熱的氣候特征。

23 室內風速

測量期間室內風速見圖7，平均風速為037 m/s，最高達到085 m/s，最低也達到018 m/s。據統計，在有效測量期間風速大于03 m/s的時間約占總時間的60%。其中8月9日到13日期間，室內風速非常規律，夜間約025 m/s，白天基本在03 m/s以上，有時甚至達到07 m/s。8月1—8日期間，雖然風速曲線變化不如后期規律，但依然可以看出室內風速夜間減小、白天增大的規律，主要原因是夜間房屋大門被關閉，阻斷了空氣流動。

3 熱濕環境評價

選用《民用建筑室內熱濕環境標準》中非人工冷熱源計算法對木板壁民居進行熱環境評價，預計適用性平均熱感覺指標APMV計算公式為

APMV=PMV/（1+λ·PMV）（1）

式中：PMV為預計平均熱感覺指標。λ為自適應系數，根據不同建筑類型和PMV的值確定取值，居住建筑夏季取021 [11]。計算PMV所需變量取值見表2。

4 討 論

41 圍護結構熱工性能

從夏季測量結果可見室內溫度較高，分析其圍護結構熱工性能，木夾壁民居墻體為厚25 cm松木板，熱阻為018 （m2·K）/W，熱惰性為069，與普通240 mm的磚墻熱阻044 （m2·K）/W、熱惰性188相比很小[11]，熱阻不到磚墻的1/2，小青瓦冷攤屋面僅為一層10 mm厚瓦片，瓦重疊間有2～3 mm厚空氣間層，熱阻為01 （m2·K）/W，熱惰性為028[12]，與鋼筋混凝土屋面相比，熱阻僅為1/2[13]，熱惰性僅達到1/6，可見，木板壁的隔熱性和熱穩定性均較差。

42 通風狀況

但從APMV值計算得到的木板壁民居夏季室內舒適性卻較好，這與調查的住戶實際感受也較一致，主要有2方面原因：一是在建筑形式上，沿江的吊腳樓使得建筑半架空半落地，利用各自的優勢分配功能空間，體現了傳統民居熱環境營造的生態智慧；另外，古鎮北側臨江，南側靠山，夏季建筑門窗敞開，由水陸溫差形成的水陸風由江面吹向住宅，通過門窗，穿堂而過（圖10），熱工性能較差、透氣性好的木板壁圍護結構利用江風能夠快速散熱，夜間溫度下降迅速，為改善夏季室內熱環境起到了至關重要的作用，這也是川渝地區古鎮大多臨水而建的原因。

為進一步驗證室內通風狀況，利用PHOENICS軟件對室內風速進行模擬，模型建構按實際設置，入口風速按實測值，外窗一直開啟，堂屋大門夜間關閉，計算達到收斂后室內距地面11 m處風速分布情況見圖11，從模擬結果可見，白天堂屋大門開啟，空氣流動通暢，風速較大，一天內總通風量為 18 3324 m3/h；堂屋風速在02～06 m/s之間，且分布較均勻，中臥由于隔墻的阻擋，室內風速較小分布略不均勻，北臥通風最好，在夜間，堂屋僅有木格鏤空窗通風，出風口變小，總通風量為6 8748 m3/h，各房間出現渦旋區，各房間與白天相比風速減小。

根據風力資源分布情況可知，重慶市風資源匱乏，全年無風情況占到218 %，風速在0～1 m/s的情況占了近1/4，1～3 m/s的情況占了近1/2[14]，在許多自然通風建筑中風速大于02 m/s且低于08 m/s是有利的[15]，該民居室內風速幾乎都在該范圍內，尤其是北臥，通風良好，把不利的圍護結構變為有利的散熱構件，顯著提高了室內熱舒適，體現出傳統民居顯著的氣候適應性。

5 結 論

通過對重慶山地木板壁民居實測結果分析，得到以下結論：

1）木板壁民居夏季白天堂屋溫度較低，而夜間臥室溫度較低，這與居民的生活習慣及不同時段住戶對環境的需求較一致，體現出傳統民居熱環境營造的生態智慧。

2）木板壁民居圍護結構熱阻小、熱惰性差，夏季室內溫度高于室外，但借助環境冷量，加強自然通風，顯著改善室內熱舒適，使夏季典型日達到Ⅱ級標準的時段為65%。

3）木板壁民居營造技術是對重慶地區氣候特點的積極響應，重點解決了夏季的通風、散熱，反映出傳統民居具有顯著的氣候適應性。

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（編輯 胡英奎）