徽州傳統民居節能改造設計方法研究

季文媚，徐朋輝 （安徽建筑大學建筑與規劃學院，安徽 合肥 230000）

0 前言

徽州傳統民居是我國民居建筑的重要組成部分，其以馬頭墻、“四水歸堂”式的天井、精美的磚雕、木雕和石雕而聞名遐邇。傳統民居根植于徽州秀麗的自然環境與特定的人文歷史，“七山一水一分田，一分道路和莊園”的地理特征造就了“多層、窄天井、院落式”的徽州民居。然而，當代徽州地區的人居環境已經發生天翻地覆的變化，人們的生活生產方式亦日益更新，人們對生活品質的需求不斷提高，空調、太陽能熱水器等現代社會的生活設施已經極大地破壞傳統村落的歷史風貌。在“傳統”與“現代”相沖突時，需要另辟蹊徑，既讓人們享受到現代化的舒適生活，又更好地保護徽州傳統民居這一人類瑰寶。因此，徽州傳統民居節能改造成為一個可行之計，有效地將“傳統”與“現代”相融合。

1 傳統民居能耗問題分析

圍護外墻的保溫隔熱性能是住宅節能的重要組成部分。徽州傳統民居外圍護墻體較厚，一般在330～350mm，墻面開窗較少，封閉性強，且多采用空斗墻的砌筑方式，一般情況下，其保溫性能高于現代砌塊磚墻體。然后，徽州屬于北亞熱帶濕潤季風氣候區，年平均降水量在1700mm左右，3～7月份為降水集中期[1]。常年的雨水沖刷除了增加房屋斑駁的歷史滄桑感，也侵蝕了房屋外墻的防水石灰抹面，雨水滲透至墻體內，極大地降低了墻體的熱惰性，現在徽州傳統民居圍護外墻自身的熱工性已經能很難達到現代生活住宅所需的保溫隔熱要求。

徽州傳統民居的構造體系素有“厚外墻、薄頂、薄隔墻”之稱，單薄的屋頂和隔墻保溫隔熱性能弱，能耗損失大。天井對徽州民居室內熱環境的改善作用非常明顯，它可以組織自然通風、采光和遮陽。然而，人們現代化生活中已經大量使用空調，開敞式的天井通過空氣對流使得了夏冬兩季建筑能耗大幅增加?；罩輦鹘y民居門窗多用木材建造而成，長年累月的風吹雨打侵蝕了木料，使得木板間的拼合縫增大，門窗的保溫隔熱性能驟減。

因此，提高徽州傳統民居外墻的熱惰性，增強屋頂和內隔墻的保溫性能，提高門窗的氣密性，將天井封閉化處理，對減少建筑能耗和提高節能效率具有重要意義。

2 墻體節能改造設計

2.1 外圍護墻構造特征

徽州傳統民居外圍護墻體的構造方式有兩種：一種是磚平砌成實心墻，另一種是磚平砌與豎砌相結合成空斗墻。實心墻多見于明代民居，現今所保留下來的徽州傳統民居多采用空斗墻的砌筑方式[2]。因此，空斗外墻成為了徽州傳統民居的一大構造特征?？斩穳χ衅狡龃u稱為眠磚，豎砌且平行于墻面的磚稱為斗磚，豎砌且垂直于墻面的磚稱為丁磚。常見的砌筑形式有：一眠一斗、一眠二斗、一眠三斗、全斗無眠等（圖1），無論采用何種砌筑方式，每隔一塊斗磚必須砌一塊或兩塊丁磚，墻面上不應有豎向通縫。

圖1 空斗墻砌筑示意

徽州傳統民居空斗墻有填充黃泥、碎石和不填充物體之分（圖2）。填充式空斗墻整體穩定性更佳，黃泥作為粘結劑增強了磚之間的聯系，且黃泥具有一定的保溫隔熱性能（達不到夏熱冬冷地區墻體節能要求的0.8W/㎡·K）[3]。不填充式空斗墻的做法出現較晚，這可能與徽州地區農業耕地稀少有關。

圖2 空斗墻填充黃泥、碎石

2.2 外圍護墻保溫構造方法

常見的外圍護墻保溫構造有三種：外墻外保溫、外墻中間層保溫和外墻內保溫。外墻外保溫構造是在外墻磚和石灰抹面之間增設保溫層和隔汽層，隔蒸汽層置于保溫層外側，避免雨水侵蝕外墻破壞保溫層。對于保存完好的傳統民居，外墻外保溫勢必會破壞民居歷經風霜所形成的“粉墻”特色，因此，這種構造做法僅適用于新建的具有傳統風格特色的民居。

外墻中間層保溫構造是將空斗墻中原有黃泥、碎石填充物替換為泡沫混泥土或其他適合的保溫隔熱材料，以此提升墻體的整體保溫隔熱性能。此種構造方式很少使用，適用于已經破壞嚴重的需要原地重建的房屋。

圖3 外墻內保溫構造示意

外墻內保溫是在外墻內側增設保溫層和隔蒸汽層，隔蒸汽層置于保溫層內側，防止內墻面凝結水蒸氣滲透進保溫層（圖3）。常用的保溫材料有無機保溫砂漿、硬泡聚氨酯。此種構造方式可操作性強，適應范圍廣，既不破壞外圍護墻體的風貌特征，又能提高墻體的保溫隔熱性能?；罩輦鹘y民居中，外墻內側常設有厚度約30mm左右的木隔板，木隔板與外墻內壁之間形成一個約50～100mm的空氣夾層，空氣夾層亦起到熱阻隔作用。

2.3 內隔墻保溫構造方法

徽州傳統民居內部多采用木板墻分隔空間，受限于施工技藝以及歲月的侵襲，木板墻常出現龜裂現象，保溫隔聲性能減弱。內隔墻節能改造設計時，可以結合已存在的木板隔墻做夾心保溫，在原有木板隔墻一側增設具有一定阻燃性能的無機保溫材料，然后在保溫材料外側再加裝一道木板墻，形成新舊木板墻中間夾保溫材料的構造形式。

3 屋頂節能改造設計

3.1 屋頂構造特征

屋頂是徽州傳統民居熱損失第二大的部位，其構造做法由內至外依次為：梁—椽—望板（或望磚）—座灰—蓋瓦。望板或望磚與蓋瓦之間形成60～80mm的夾層，這種垂直的熱緩沖層增強了屋頂的隔熱性能。傳統民居常在座灰中加入紙筋、石灰等材料，以提高座灰的整體拉結性和防水性[4]。

3.2 屋頂節能構造方法

屋頂的保溫構造可以借鑒現代建筑的處理方法，將原有的座灰替換為加氣混泥土保溫層，同時增設防水層等，自下而上構造做法依次為：梁—椽—望板（或望磚）—找平層—結合層—保溫層—找平層—結合層—防水層—找平層—結合層—蓋瓦[5]。防水層能有效阻隔屋頂外側雨水的影響。此構造做法既增強了屋面的保溫隔熱性能，亦延續了傳統屋頂的外觀形式。

4 天井節能改造設計

4.1 天井的作用

天井是徽州傳統民居氣候調節的樞紐所在，傳統的認知是夏季天井通過“煙囪效應”來增加室內的自然通風，帶走空氣中過多熱量，調節建筑內微氣候。但是，清華大學建筑技術研究團隊通過調研、數據實測提出徽州傳統民居夏季降溫以遮陽為主，以自然通風為輔，窄天井有效降低夏季陽光直射[6]。實測數據表明，白天天井下的溫度比室外明顯低，從而能有效降低廂房和正廳的白天溫度。天井內溫度呈垂直狀分布，井上與井下平均溫差3℃，最高溫差可達10℃，說明狹小天井通過遮陽降溫效果明顯[7]。而且，天井上下溫度差有利于誘導熱壓通風，正是因熱壓差存在，天井具備了調節自然通風的能力。

4.2 天井改造設計方法

夏季天井以遮陽為主，冬季則是正廳、廂房等主要使用空間采光的重要組成部分。因此，天井封閉化改造多采用玻璃幕墻。封閉天井可以有效減少墻體與室外空氣的接觸面，降低建筑的體型系數。體型系數越小，單位體積建筑空間的能耗損失越低，節能效果越明顯。

天井封閉有兩種形式：頂部封閉式和四周圍合式。頂部封閉式是在天井頂部四周的屋檐上加設一定高度的玻璃剛架頂，玻璃頂的形式可以為單坡式、雙坡式等。剛構架自重較大，對檐口的結構剛度有一定要求，當檐口剛度不滿足要求時還需加設附屬支撐構件。四周圍合式是沿天井的四周自下而上設置玻璃幕墻，將天井空間完全分隔成外部空間。相較于將室外空間劃入室內從而增加使用空間的頂部封閉式，四周圍合式未能充分利用天井的空間。無論采用何種封閉形式，均需在幕墻上設一定數量的可開啟窗。夏季白天打開窗，可以增加室內空氣流動速度；冬季關閉窗，可以將天井變成集熱的溫室。

4.3 空氣齡

空氣齡是指空氣質點自進入房間至到達室內某點所經歷的時間，其反映了室內空氣的新鮮程度，是衡量房間通風換氣效果的重要指標。天井封閉后勢必會影響民居內部空氣齡。我國綠色建筑評價標準中認定新鮮空氣的空氣齡應在180s以內。因此，封閉玻璃頂或玻璃幕墻上需控制開窗數量、位置和大小，尤其是靠近二層房間處，使房間內空氣齡盡量小。

5 門窗節能改造設計

門窗是房屋與外部空間熱傳遞最活躍之處?；罩輦鹘y民居的窗戶主要分為開向天井的窗及開向外墻的窗。開向天井的窗是室內主要采光口，同時與天井相結合，增加了室內空氣流通，起到采光與通風的雙重功效。但是，在寒冷季節，開向天井的窗也是房屋內熱能損失最嚴重的地方。開向外墻的窗常年開敞，不具有保溫性能。

門窗節能改造主要通過封閉化來增強其保溫性能。門的改造是在距離正門一定距離處加設一道玻璃門斗，形成空氣間隔區。窗戶的改造是在窗戶的內表面根據需求加設各種性能的玻璃，比如保溫隔熱的雙層玻璃、LOW-E玻璃、消聲隔聲的真空玻璃或降低輻射的鍍膜玻璃。加設的玻璃需做成可開啟式，在需要通風時打開，保證窗戶既保溫隔熱又能組織通風。

6 結語

徽州地區的傳統民居保存量大，建筑風貌特征明顯，因此，選擇的技術需具有普遍性、可操作性和適應性。筆者認為，外圍護墻體的內保溫構造方式適應性強，成本相對較低，可大量推廣；內隔墻的保溫構造方式可根據居民的使用需求，在使用頻率高的房間進行改造；屋頂保溫構造施工難度偏大、施工周期長，可在典型民居中做示范推廣；天井和門窗的封閉化改造已被廣泛使用，可在玻璃材料選擇上進一步優化?，F代的技術與傳統的風貌特征相融合，會讓徽州傳統民居更好的為人們所用。