神農架林區傳統鄉村建筑熱環境分析

文｜國家住宅與居住環境工程技術研究中心 劉旭曄；南開大學 戈旭

神農架林區由于地理區位的優勢，在歷史的長河中融合了多種文化的精髓，同時又在當地居民的生活生產經驗的總結下，形成了一套具有當地特色傳統建筑風貌。建筑多為“一”字型排布或曲尺形排布的二層建筑，建筑不設圍墻制造院落，通常在地勢相對平緩地帶背對著山體而布置。傳統鄉村建筑以土坯墻、木結構為主，配以青瓦（參見圖1）。建筑整體采用自然通風環境，由于神農架地區獨特的自然氣候環境，使用自然通風可以有效地對室內空氣進行流通，對室內環境進行除濕和降溫，從而使建筑熱環境達到人體熱舒適指標。

1 建筑熱環境現狀

通過用Ecotect軟件對神農架林區傳統鄉村建筑進行數字化建模，模擬出建筑在自然環境下全年的熱環境現狀。現狀設定分為建筑、人員和氣候三個部分：建筑設定采用神農架地區傳統鄉村建筑為基礎，使其數字化呈現；人員信息采用神農架地區標準的3口之家為基礎；氣候環境設定選用距離神農架最近且氣候信息最為全面的宜昌氣象站數據為氣候環境基礎。

1.1 建筑參數設定：

墻體：神農架地區傳統民居普遍外墻形式為夯土墻，依據實際材質與厚度，設置墻體材質為夯實粘土，厚度400mm。

屋頂：小青瓦為弧形瓦，單片厚度一般為10-20mm，考慮到俯仰瓦片搭接與上下瓦片搭接均使厚度增加，故設置屋頂材質為50mm粘土瓦，25mm望板，75mm椽子。

首層樓板：首層地板一般用土夯實，再于其上鋪建混凝土。所以設置首層地板為1500mm夯土+ 100mm混凝土。

懸空樓板：傳統民居二層及以上樓板均為木樓板，故設置樓板材質為20mm木鋪面+ 200mm木梁+ 10mm石膏板吊頂。

門窗：門窗的材質也對室內熱環境有很大影響，本模型中門采用預設的40mm厚木門。窗戶均為木質框架的單層玻璃。

1.2 室內人員設定：

如圖2所示，clothing=0.6表示屋內人員衣著厚度為襯衣長褲；房內人數臥室為1-2人，客廳為3人；活動狀態均為靜坐。在室內人員活動時間表的設置方面，則假設住宅中有老中青三代人，睡覺時間與吃飯時間所有人都在家，上下午則部分60%的人員外出勞作或學習。

圖1 神農架林區傳統民居風貌

1.3 自然氣候設定：

氣象數據是所有分析的基礎。來源可靠和選址準確是氣象數據選擇的兩大要點。本次氣象數據于EnergyPlus網站上下載。由于無神農架林區的氣候數據，遂選取與其地理距離最近的宜昌站點的氣候數據作為本次分析的基礎（參見圖3）。

圖2 居住者室內狀態

圖3 宜昌站點的氣候數據

2 建筑熱環境分析

2.1 逐月不舒適度分析

圖4展示了全年內房屋所有分區每月不舒適時長所占的百分比。由于冬冷夏熱的氣候特點，一年中有8個月不舒適時長百分比占到50%以上，其中6個月達到70%以上。僅四月、五月、九月、十月4個月室內舒適度較為理想。

2.2 被動組分得失熱分析

圖5為全年房屋得失熱各組分所占比例圖。由圖可知，得熱主要來自藍色部分，即室內的人類活動，占76.2%；失熱主要來自綠色部分，即自然通風，占59.9%，與圖中紅色部分，即圍護結構失熱，占39.4%。太陽直射光得熱與太陽空氣得熱所占比例較小，如圖中黃色和墨綠部分所示，僅5.7%與8.0%，反映了當地太陽能資源匱乏，后續改造中沒有必要采用太陽能利用措施。

圖4 逐月不舒適度分析

圖5 全年房屋得失熱分析圖

圖6 逐月度日分析圖

圖7 最冷日逐時得失熱分析圖

2.3 逐月度日分析

逐月度日分析包括了兩部分，圖6左側中橫坐標為月份，縱坐標為度日數，顯示逐月度日數柱狀圖。圖6右側中橫坐標為得失熱，縱坐標為度日數，顯示逐月度日數與得失熱量相關聯的散點分布圖。左圖的數值為右圖散點的縱坐標，顯示每月的采暖/制冷度日數，由室外氣象數據與采暖制冷的溫度限值共同決定，可以看出冬季采暖需求遠高于夏季制冷需求。

2.4 最冷日逐時得失熱分析

圖7中顯示了最冷日，即1月8日，傳統民居的逐時得失熱。由圖7可知，得熱主要來自室內人員活動，而失熱主要由房屋自然通風和圍護結構失熱組成，太陽輻射和太陽空氣得熱影響很小。

3 結語

通過對神農架林區傳統鄉村建筑的數字化分析，總結得出現有傳統民居寒冷季節自然通風與圍護結構失熱嚴重。為了更好地營造當地居民健康、宜居的居住環境，在舊屋修繕改造和新建民居時應重點考慮自然通風與圍護結構失熱這兩方面，從而改善民居室內熱環境。對于地理區位因素及環境因素相類似地區的民居修繕與新建也有借鑒和指導意義。