貴州鎮寧縣布依族傳統石木結構民居熱工性能分析

李效梅，黃 帥

(貴州大學 建筑與城市規劃學院，貴陽 550025)

關于傳統民居熱環境、熱工性能及節能方面的研究近幾年已比較成熟，但在貴州地區對傳統民居進行研究的部分學者仍停留在實地調查、測繪分類階段，幾乎沒有學者從多個角度對傳統民居進行研究，也未注重傳統民居熱環境、熱工性能的量化研究。本文從量化的角度研究貴州安順市鎮寧縣傳統石木結構民居熱工性能，從深層次開始探索鄉土建筑的繼承與發揚模式。

1 高蕩村布依族傳統石木結構民居現狀

高蕩村位于貴州省安順市鎮寧布依族苗族自治縣城關鎮，離縣城13.5Km，有千年古寨之稱，海拔為1186.2米。高蕩村傳統石木結構民居是布依族傳統石木結構民居的典型代表。高蕩村所在的鎮寧縣一年中，最高氣溫39.4℃，最低氣溫為零下9.2℃。該縣一部分地區全年無霜，大部分地區的無霜期在297-345天，總體來說該縣無霜期較長，該縣年平均氣溫為14.4℃-19.7℃。鎮寧縣在熱工分區上屬于溫和地區，冬季寒冷、夏季涼爽，建筑設計主要考慮保溫[1]。

高蕩村布依族傳統石木結構民居是安順地區典型的石木結構建筑如圖1，外墻由石頭砌筑，屋頂為石板，石頭屬于石灰巖，內部結構為木結構穿斗式。高蕩村布依族傳統石木結構民居功能布局和鎮寧縣其它地區

圖1 傳統石木結構民居

布依族傳統石木結構民居布局基本一致，屬于古老的干欄式建筑。一層是喂養豬、牛的牲畜圈，二層中間為堂屋，兩邊為廂房，堂屋后面用木板隔開做火塘，通常布依族人家冬季在此烤火并熏臘肉。廂房有隔成兩間或三間。三層是閣樓層用于儲存雜物。鎮寧縣布依族傳統石木結構民居是石木混合結構體系，支承體系是木結構和兩邊的山墻。兩邊山墻處屋面荷載自上而下傳至檁，再到山墻，最后傳遞給屋基；中間木構架處屋面荷載自上而下傳至檁，再到柱，最后傳遞給屋基。整個木構架是卯榫體系，沒有一顆釘子。

2 鎮寧縣傳統石木結構民居熱環境實測研究

2.1 傳統石木結構民居熱環境實測

在高蕩村選取了一棟典型的傳統石木結構民居，修建年代為明朝中后期，溫濕度測點均設置在被測房間中間，距離地面1.5米高。本次測試用到的儀器有黑球溫度計，用黑球溫度計測試空氣溫度、空氣相對濕度。每一個小時對測點測試一次，并進行24小時連續不間斷監測[2]，測點布置如圖2所示。

圖2 傳統石木結構民居平面、立面圖

2.2 傳統石木結構民居實測結果分析

(1)溫度分析

冬季測試期間，高蕩村冬季室外平均溫度在10℃以下，民居室內平均溫度同樣在10℃以下，不符合《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB50376-2012)要求的民用建筑室內熱舒適溫度為18℃-24℃的要求；夏季測試期間室外平均溫度在23.9℃，居室內平均溫度為22.9℃-23.9℃，符合《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB50376-2012)要求的民用建筑室內熱舒適溫度為18℃-24℃的要求。鎮寧縣屬于溫和地區，夏季無需采取降溫措施。冬季較冷，傳統石木結構民居的居民冬季室內溫度低，石木結構民居圍護結構保溫性能差，居民需采暖；同樣通過實地調研走訪，居住在傳統石木結構民居冬季均有采暖，也否定了石木結構民居冬暖夏涼的觀點，冬季石木結構民居并不保暖，夏季涼爽是安順本屬溫和地區夏季并不炎熱，因此石木結構夏季室內涼爽[3]。

圖3 傳統民居冬季溫度對比圖

圖4 傳統民居夏季溫度對比圖

圖5 傳統民居冬季濕度對比圖

(2)濕度分析

高蕩村布依族傳統石木結構民居在冬季測試時期室外相對濕度為60%-80%，夏季相對濕度為60%-74%。傳統石木結構民居冬季室內相對濕度基本維持在60%-70%，夏季傳統石木結構民居室內相對濕度為60%-75%。傳統石木結構民居室內相對濕度和室外相對濕度相差不大，高蕩村石砌傳統石木結構民居隔濕能力較差。根據實驗測定，室內最舒適的濕度為30%-60%，高蕩村傳統石木結構民居冬季及夏季室內濕度均超過了舒適值[4]。

圖6 傳統民居夏季濕度對比圖

3 鎮寧縣傳統石木結構民居熱工性能及節能改造研究

3.1 鎮寧縣傳統石木結構民居圍護結構熱工性能分析

從高蕩村冬季調研結果得出以下結論：一方面，高蕩村冬季需要采暖，夏季無需采取降溫措施；另一方面，高蕩村石木結構傳統民居圍護結構熱工性能較差，保溫隔濕能力差。對高蕩村圍護結構熱工指標進行計算[5]如表1所示。

表1 傳統石木結構民居熱工性能

可知墻體、屋頂、窗戶傳熱系數均不滿足《貴州省居住建筑節能設計標準》(DBJ52-49-2008)規定要求[6]。因此，需對傳統石木結構民居圍護結構進行改造，由于當地政府為了保護傳統建筑文化，無論是新建當代鄉土建筑還是傳統鄉土建筑，必須保留外立面文化肌理，在圍護結構熱工性能改造時，外墻保溫首先考慮采用外墻內保溫的構造形式。綜合考慮文化、技術、經濟及后期維修等原則[6]，提出了改造方案，地面構造為石頭+50mm素混凝土+塑料薄膜+30mmxps+塑料薄膜+50mm素混凝土+20mm水泥砂漿，改造后地面傳熱系數為0.923W/m2·K，其余圍護結構構造如表2所示。

3.2 建筑耗熱量指標及節能率

按《貴州省居住建筑節能設計標準》(DBJ52-49-2008)建筑耗熱量指標計算方法，對傳統石木結構民居耗熱量指標及改造后傳統石木結構民居耗熱量指標進行計算，傳統石木結構民居耗熱量指標為140.48W/m2，建筑耗煤量為114.59Kg標準煤/m2,建筑耗熱量指標不符合《貴州省居住建筑節能設計標準》(DBJ52-49-2008)規定的42W/m2。通過對傳統石木結構民居圍護結構進行改造，改造后傳統石木結構民居耗熱量指標為35.11W/m2，建筑耗煤量指標為28.64Kg標準煤/m2，改造后建筑耗熱量指標滿足規范《貴州省居住建筑節能設計標準》(DBJ52-49-2008)要求且節能率(以未改造傳統石木結構民居建筑耗煤量為基準)達到75%。

表2 傳統石木結構民居改造后熱工性能

表3 傳統石木結構民居耗熱量、耗煤量對比

圖7 傳統石木結構民居圍護結構熱工改造構造

4 結語

通過實地調研實測傳統石木結構溫濕度數據，得出布依族傳統石木結構冬季需要保溫夏季無需降溫，圍護結構熱工性能較差，并否定了石木結構冬暖的觀點，提出了相應的熱工性能改造措施。通過計算比較改造前和改造后傳統石木結構民居耗熱量及耗煤量，可知改造后建筑相對于改造前建筑節能率達75%(以未改造傳統石木結構民居建筑耗煤量為基準)，因此，建議鎮寧傳統石木結構民居圍護結構改造措施如下(圖7)：屋頂為檁+木板20mm+sbs防水卷材3mm+XPS30mm+木枋30mm+石板30mm；外墻為石墻(石灰巖)400mm+水泥砂漿15mm+界面劑+XPS30mm+抗裂砂漿5mm；地面構造為石頭回填+50mm素混凝土+塑料薄膜+30mmxps+塑料薄膜+50mm素混凝土+20mm水泥砂漿；窗戶窗框(普通鋼鋁合金)+單框中空玻璃-6+6A+6。上述研究為鎮寧縣布依族傳統石木結構節能改造提供了依據和思路。