重慶地區傳統村寨建筑冬季室內熱環境及空氣品質特性

丁勇，姚艷

(重慶大學土木工程學院，重慶 400045)

當前，針對村寨建筑的性能提升逐漸得到重視。2022年6月，住房和城鄉建設部，國家發展改革委印發了《城鄉建設領域碳達峰實施方案》，針對“打造綠色低碳縣城和鄉村”的任務，明確提出了“提升農房綠色低碳設計建造水平，提高農房能效水平”“引導新建農房執行《農村居住建筑節能設計標準》等相關標準，完善農房節能措施”“提高常住房間舒適性”等一系列要求[1]。由此可見，隨著城鄉建設領域綠色發展的不斷深入，對于傳統村寨建筑的性能要求也將明顯提升，對于其室內環境的品質也將有本質的改善?；趪椅髂厦褡宕逭夹g綜合示范課題，以西南地區傳統木結構村寨建筑為對象，開展了室內環境現狀測試與分析，基于此，分析了當前基于村寨實際居住和感知狀態的村寨建筑冬季室內熱環境性能要求。

當前，涉及村寨室內環境的標準較少，目前只有《農村居住建筑節能設計標準》(GBT 50824—2013)[2]和《農村住宅衛生規范》(GB/T 9981—2012)[3]中有相關內容提及，而其他的都是針對城鎮民用建筑適用的標準規范，例如《建筑環境通用規范》(GB 50016—2021)，雖然這些標準針對民用建筑，但在實際中，由于村寨建筑的建設特性，往往并不會執行相關標準要求[4]。在涉及的針對性標準中，當前主要是針對農村建筑節能方面，并沒有對農村建筑室內環境予以單獨規定，且對農村建筑室內環境的各個環境參數也沒有提出具體要求。而在一般的針對民用建筑的室內環境質量規范標準中，也并沒有針對村寨室內環境的性能評價和指標要求予以確定。因此，對村寨室內環境適宜水平開展研究，以盡快確定相關環境性能要求，是應對國家發展目標的積極響應和科學支撐。

在對農村住宅的室內熱環境狀況的研究領域，已有一些中外學者開展了相關研究。在熱環境狀態方面，Singh等[5-6]對印度東北部的農村住宅的室內環境進行研究，發現農村住宅僅不能滿足居民冬季的熱舒適需求。Li等[7]對中國榆林地區農村住宅進行測試研究，發現住宅不能完全滿足居民熱環境需求。Zhu等[8]研究發現中國寧夏中衛地區農村住宅熱環境不理想。譚良斌等[9]發現陜南商洛山區傳統民居內部熱環境呈現出冬暖夏涼的熱性。任鑫佳等[10]研究了重慶地區的村鎮住宅，發現村鎮住宅的室內熱環境大部分，都處于熱舒適區外，都不滿足人體熱舒適的要求。唐方偉等[11]對四川傳統民居進行了測試分析，表明傳統民居室內存在常年結露現象，且傳統生土墻圍護結構保溫作用不佳。宋冰等[12]研究發現安徽徽州地區民居的室內熱環境不滿意率高達71%以上，熱舒適度低。丁勇等[13]針對重慶地區農村建筑室內熱環境開展了主客觀相結合的調研測試，發現當前冬夏室內熱環境狀態較惡劣。鄭文亨等[14]對桂北山區鄉村新民居和舊民居的熱環境進行對比測試分析，發現民居夏季偏熱、冬季偏冷。周忍等[15]對黃梅縣的典型住宅的室內熱環境進行測試，發現室內濕度水平偏高，總體熱濕環境不佳。芮靜雯[16]研究發現夏熱冬冷地區農村住宅冬季低溫高濕，室內最低溫度僅為4 ℃左右，由低溫導致的室內相對濕度持續較高。彭小洪等[17]對湘中地區的3種典型傳統民居調查發現，民居在夏季和冬季室內熱舒適度均較差，房間保溫隔熱性能不佳。丁勇等[18]分析了重慶地區農村建筑的熱工性能，基于節能潛力分析了其性能差異。這些研究表明中國夏熱冬冷地區的傳統民居室內熱環境狀態普遍較為惡劣，建筑圍護結構熱工性能較差。在室內空氣品質方面，當前研究主要針對城鎮開展，對于村寨，由于大家普遍認為環境優美，因此往往忽略了其可能因為村寨生活習慣而產生的特有的空氣品質問題[19-23]。

通過上述研究綜述，可見當前針對村寨建筑室內環境的研究主要是在發現問題層面，大多數研究均是將測試結果與當前城鎮民用建筑領域的環境標準進行對標，尚未見針對村寨生活需求和生活條件的適宜性研究[24]?，F基于這一適宜性研究目的，通過主客觀相結合的實地測試與訪談分析方法，對重慶地區傳統村寨建筑冬季的熱環境特性與空氣品質進行適宜性評估分析。

1 測試與調研

1.1 測試方案

為了解村寨傳統建筑室內熱濕環境分布特性，選取了重慶市武隆區后坪鄉文風村天池苗寨、黔江區小南海鎮新建村十三寨各一棟具有代表性的傳統村寨木結構建筑作為環境監測對象，還分別選取了兩個地區各八棟具有代表性的木結構建筑作為實測對象。村寨建筑一般有2～3層，大致由客廳、臥室、廚房構成。在熱濕環境監測中，采用Onset的UX100-011A溫濕度記錄儀對室內溫度和濕度進行監測，在每棟建筑的客廳各自布置一個監測點，監測周期為2021年12月1日—2022年3月1日，監測數據間歇為10 min；對于空氣品質，采用現場測試的方法，于建筑的客廳、臥室和廚房各設置測點一個，結合居民對房間的使用情況，分別對室內空氣中PM2.5、PM10、總揮發性有機化合物(total volatile organic compounds，TVOC)、CO2的濃度，采用LX985溫濕度空氣品質監測儀器每日進行一次測試。

測試中相關測點布點原則和參數測試方法參考標準要求進行[25-27]。針對村寨居民大部分時間在客廳中度過，故選擇客廳作為長期監測點，選擇客廳、臥室和廚房作為測試房間。為了反映村寨建筑居民生活習慣，測試期間，村寨民居雙扇門保持開啟，而對于監測期間民居雙扇門的開啟與否則遵循居民的生活習慣，不做專門控制。

1.2 問卷調查

為了充分反映居民基于日常生活下對環境的主觀感受，分析環境狀態對應的人員適應性，研究在環境狀態測試的基礎上，還開展了主觀訪談調研，調研內容涉及建筑圍護結構、建筑空間大小、居民的生活習慣、門窗的開啟習慣、居民對室內熱濕環境的主觀評價以及居民對現有居住熱濕環境的期望等問題。

調研通過走訪的方式開展，分別針對生活習慣以及熱感覺，由調查者通過訪談被調查者完成并記錄相關信息。其中熱感覺調研等級劃分參考PMV指標，設定為-3、-2、-1、0、1、2、3共7個等級，其中(-1,1)為可接受區間。

2 結果與分析

2.1 熱濕環境測試與調查

依據上述測試方案，通過監測與測試，共收集到反映兩個地區傳統村寨建筑室內熱環境分布狀態的一年數據，選取12月、1月和2月時間段進分析，數據分布如圖1所示。

經統計整理的兩地區典型住宅室內冬季溫濕度的數據如表1所示。

表1 兩地區溫濕度分布統計Table 1 Distribution statistics of two regions

以1 ℃為區間，可得到黔江地區測試期間溫度分布的頻譜圖如圖2所示，根據溫度分布頻率圖，8～9 ℃溫度范圍分布頻率為0.21、7～8 ℃溫度范圍分布頻率為0.18、9～10 ℃溫度范圍分布頻率為0.13、6～7 ℃溫度范圍分布頻率為0.12、10～11 ℃溫度范圍分布頻率為0.10，累計可以得到近似分布頻率70%的溫度范圍是6～11 ℃，平均溫度為8.73 ℃；以5%為區間，可以得到黔江地區測試期間濕度分布的頻譜圖如圖3所示，根據濕度分布頻率圖，70%～75%濕度范圍分布頻率為0.37，65%～70%濕度范圍分布頻率為0.32，累計可以得到近似分布頻率70%的濕度范圍是65%～75%，平均濕度為71.48%。

圖2 黔江地區空氣溫度分布Fig.2 Temperature distribution in Qianjiang region

圖3 黔江地區空氣相對濕度分布Fig.3 Relative humidity distribution in Qianjiang region

同理，對武隆地區，以1 ℃為區間，該地區測試期間溫度分布頻譜圖如圖4所示，根據溫度分布頻率圖，2～3 ℃溫度范圍分布頻率為0.16、5～6 ℃溫度范圍分布頻率為0.15、1～2 ℃溫度范圍分布頻率為0.13、3～4 ℃溫度范圍分布頻率為0.13、4～5 ℃溫度范圍分布頻率為0.11，累計可以得到近似分布頻率70%的溫度范圍為1～6 ℃，平均溫度為4.76 ℃；以5%為區間，可以得到測試期間濕度分布的頻譜圖如圖5所示，根據濕度分布頻率圖，82%～87%濕度范圍分布頻率為0.45、77%～82%濕度范圍分布頻率為0.19、87%～92%濕度范圍分布頻率為0.12，累計可以得到近似分布頻率70%的濕度范圍是77%～92%，平均濕度為83.29%。

圖4 武隆地區空氣溫度分布Fig.4 Temperature distribution in Wulong region

圖5 武隆地區空氣相對濕度分布Fig.5 Relative humidity distribution in Wulong region

通過對居民整個冬季熱感覺主觀調研，調研共獲得16份問卷，雖然數量不多，但由于調研采用的是一對一訪談方式，結果具有針對性。經整理得到其熱感覺投票頻率分布如圖6所示，依據熱感覺等級劃分依據，冬季黔江地區有71.5%的居民認為可接受，武隆地區有71.4%的居民認為可接受，其中處于熱中性感覺的反饋分別為42.9%和71.4%。

圖6 兩地區居民冬季的熱感覺Fig.6 Thermal sensation of residents in two regions in winter

將這一主觀反饋結果與客觀狀態測試數據分布進行對照，可見在兩地區冬季室內熱環境狀態的絕大部分(70%)分布區間(黔江6～11 ℃和武隆1～6 ℃)，居民對環境的可接受度均達到了70%以上的比例?？梢?，雖然兩地溫度分布范圍差異明顯，但人員的滿意程度并未出現明顯的差異，這充分說明了在農村地區，由于對長期居住環境的適應，以及受生活條件的限制，人們對熱環境的需求隨環境特性而呈現了顯著的趨同性。這一現象同樣在相對濕度的分布區間中得到了驗證，兩地村寨居民所反映出來的對熱濕環境空氣相對濕度的可接受區間分別為65%～75%和77%～92%。由此可見，對于村寨居住環境的適宜性狀態的研究，除了考慮健康因素外，還應充分結合各地不同的居住環境特性予以確定[28]。

對上述數據進一步分析發現，圖6所反映出的熱中性狀態的比例，兩地區差異較大，其中，黔江地區為42.9%，武隆地區為71.4%，對比分析兩地區溫濕度狀態分布，從極端溫度分布而言，武隆地區的熱濕環境反而比黔江地區更為惡劣，其最低溫度為0 ℃左右，溫度處在0～5 ℃的分布頻率為54%，而黔江地區的最低溫度為2.5 ℃左右，溫度處在0～5 ℃的分布頻率僅為5%。但武隆地區人們對熱中性的反饋比例卻遠高于黔江地區，這一方面進一步充分說明人員對長期生活環境具有強烈的適應性，雖然極端溫度差異大，但由于長期生活在該環境中，具備了較好的耐受度，其仍然具有較高的滿意度；而另一方面則表明雖然在某一狀態上存在一定差異，但兩地區在不同的低溫環境下的整體熱反饋卻基本相同，說明低溫環境達到某一狀態時，人員的整體反饋具有一定的一致性。

上述測試分析表明，村寨由于生活環境和生活習慣的特殊性，居民對于村寨室內熱環境的感覺明顯有別于城鎮建筑的熱環境要求，其所感受的可接受熱環境狀態范圍與其長期生活環境有著密切關系，而且基于研究可見，不同區域間的差異巨大甚至沒有出現交集。

2.2 空氣品質

針對農村的室內空氣質量，根據相關研究表明，農村由于存在能源利用水平低、經濟水平低、缺少機械排煙設備、通風條件差等特點，因此，其空氣質量問題主要反映在由于人員活動引起的室內空氣污染方面[22,29]。

通過測試調研發現，在冬季，傳統村寨普遍采用秸稈、薪柴和煤等作為燃料進行取暖和炊事，且廚房沒有機械排煙設備，加上臥室、起居廳通風條件不好，導致重慶傳統民居室內空氣質量影響因素并不是甲醛、苯、氨等，而是人員活動產生的CO、CO2、顆粒物等[30-31]；而總揮發性有機化合物(TVOC)是反映室內空氣品質的重要代表性參數。因此選擇PM2.5、PM10、TVOC、CO2作為測試的對象，分別代表室內燃燒活動水平和人員活動水平。

經統計整理的兩地區典型住宅冬季室內污染物的測試數據，以50 μg/m3為區間，可以得到兩地區測試期間污染物濃度分布頻譜如圖7～圖10所示，可知兩地區冬季室內PM2.5濃度集中分布在38.33～139.024 μg/m3，黔江地區平均濃度為84.45 μg/m3，武隆地區PM2.5平均濃度為112.61 μg/m3。對標《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)[26]，黔江地區測試建筑室內PM2.5的超標率為16.7%，武隆地區測試建筑室內PM2.5超標率為52.6%。同理可得黔江地區測試建筑室內PM10的超標率為5.6%，而武隆地區測試建筑室內PM10的超標率為26.3%。還可知兩地區冬季室內TVOC濃度集中分布在0～0.999 9 mg/m3，黔江地區平均濃度為0.51 mg/m3，武隆地區平均濃度為0.21 mg/m3。

圖7 兩地區PM2.5濃度實測分布Fig.7 Measured distribution of PM2.5 concentration in two regions

圖8 兩地區PM10濃度實測分布Fig.8 Measured distribution of PM10 concentration in two regions

圖9 兩地區TVOC濃度實測分布Fig.9 Measured distribution of TVOC concentration in two regions

圖10 兩地區CO2濃度實測分布Fig.10 Measured distribution of CO2 concentration in two regions

對標《室內空氣質量標準》(GB/T 18883—2002)[32]，兩地區測試建筑室內TVOC超標率均為11.1%。兩地區冬季室內CO2濃度集中分布在(400～548.92)×10-6，對標《室內空氣質量標準》(GB/T 18883—2002)，黔江地區的測試建筑的室內CO2的超標率為5.6%，而武隆地區測試建筑室內CO2均無超標，且平均值為標準限值的46.6%。

綜上，依據本次研究測試的4種污染物分布狀態，黔江地區測試建筑室內污染物超標率排序為PM2.5>TVOC >PM10>CO2，室內空氣質量問題主要反映在PM2.5和TVOC兩方面，但PM10和CO2的仍然存在一定的超標情況；武隆地區測試建筑室內超標率污染物排序為PM2.5>PM10>TVOC >CO2，室內空氣質量問題主要反映在顆粒物方面，但TVOC也存在一定的超標情況。

通過對兩個地區典型的村寨建筑室內環境代表性污染物測試數據的分析，可見雖然農村地區整體環境質量較好，但由于村寨居民的生活習慣，會導致對室內環境質量產生影響的顆粒物濃度存在較大的超標情況出現，其首要污染物為PM2.5，PM10濃度整體情況較好，但隨著生活習慣所采用的燃燒物不同，其也存在不同程度的超標狀態。而對于表征空氣整體質量的TVOC而言，由于村寨建筑往往存在通風欠佳、空氣潮濕以及人畜共處的現象，TVOC也根據不同的生活習慣存在較大的超標現象。對于表征空氣清新程度的CO2的超標率相對較低，甚至無超標，說明基于農村優良大氣環境，以及村寨居住人數較少、習慣開門等特征，整體室內空氣較為新鮮。

鑒于上述測試與分析，雖然村寨大氣環境質量較好，但由于生活習慣和條件所產生的顆粒物污染卻不容忽視。對于當前重慶地區典型的村寨建筑室內環境的改善，首先應該改善其生活燃料，減少甚至杜絕木材、煤炭等使用，并進行廚房、采暖方式的改造，以改善室內顆粒物超標的現象。另一方面，在新農村建設過程中，應積極引導村民實施人畜分處的模式，改變可能存在的生物細菌等的污染，最終改善室內空氣品質。在建筑設計方面，還應更突出強調建筑的自然通風應用，進一步優化室內空氣流通。

3 結論

對重慶市黔江地區和武隆地區的村寨建筑的室內物理環境冬季現狀進行了測試分析，并針對居住者進行了主觀訪談，了解掌握了重慶市典型村寨建筑室內熱濕環境和室內空氣品質現狀，根據測試訪談結果分析，可以得到如下主要結論。

(1)同一地區村寨建筑室內熱環境狀態分布具有明顯的差異，而不同地區對于熱環境的可接受狀態的區間也差異明顯，這一方面說明當前在城鎮建筑中廣泛應用的標準，并不適合村寨居民；另一方面通過相關數據分析，由于村寨居民對熱環境的適應性，不同的地區可接受熱濕環境狀態分布也因此具有明顯差異。對于村寨建筑室內熱環境標準的定量研究應充分考慮這一特性。

(2)村寨建筑由于所處的室外環境和居民生活習性特點，影響其室內空氣品質的對象也與城鎮建筑存在明顯區別。在當前，重慶地區村寨建筑的室內空氣質量主要受生活習慣的影響，具體反映在燃料應用、畜牧業養殖等方面，空氣質量的改善更應從生活模式方面出發予以改善。