張清喜 楊健 唐湘杰 王巧

(1.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南湘潭 411201; 2.湖南科技大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，湖南湘潭 411201)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于住房的要求不再是滿足于遮風(fēng)避雨，而是對其舒適度和節(jié)能提出了更高的要求，因此可持續(xù)性建筑(Sustainable Buildings Ecological Building)成為國際建筑界探討的熱門話題［1］。我國作為世界四大文明古國之一，傳統(tǒng)建筑的設(shè)計也在世界上有著舉足輕重的地位;湘潭市作為冬冷夏熱地區(qū)的典型代表之一，其傳統(tǒng)建筑在節(jié)能設(shè)計方面的手法對建筑節(jié)能和熱舒適度的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

窯灣位于湘潭市郊區(qū)，毗鄰湘江，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，本項目擬對窯灣傳統(tǒng)民居進行熱舒適度研究，將對冬冷夏熱地區(qū)傳統(tǒng)民居改造具有一定的指導(dǎo)意義。

1 研究方案

1.1 測試儀器與參數(shù)

測試儀器包括:1)JT-IAQ室內(nèi)熱環(huán)境舒適度測試儀(北京世紀建通科技開發(fā)有限公司)，其風(fēng)速的測試范圍為0.05m/s～5m/s，測試精度為±(0.03m/s+2%讀數(shù))，濕度傳感器的測試范圍為0%RH～100%RH，測試精度為±1.5%RH，濕球溫度測試范圍為20℃～85℃，測試精度為±0.3℃，濕球溫度的測試范圍為5℃～40℃，測試精度為±0.5℃，空氣溫度測試范圍5℃～60℃，測試精度為±0.5℃;2)S500深圳市華圖測控系統(tǒng)有限公司記錄儀分析與記錄儀S500(深圳市華圖測控系統(tǒng)有限公司)，記錄儀采樣間隔，默認10s，記錄間隔為600s。

1.2 測試方案

為使測試對象具有更好的可比性，選取的測試用房與對比房的朝向和周邊的遮擋情況相似，根據(jù)實地考察，為了更好地了解窯灣傳統(tǒng)民居的熱舒適效果共選取兩處傳統(tǒng)民居和一處現(xiàn)代民居進行測試，分別為李宅、肖宅和楊宅。三處住宅均位于湘江西側(cè)，其中測試房李宅已建成200年左右，為窯灣現(xiàn)存時間最長的在用磚木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)民居，墻體為400mm厚青磚;肖宅為已建成30年的磚木結(jié)構(gòu)住宅，墻體厚度為180mm，對比用房楊宅為新建的磚混結(jié)構(gòu)，已建成約10年，墻體厚度為240mm，三處住宅均無保溫構(gòu)造措施。

堂屋是窯灣居民使用頻率最高的房間，所以在室內(nèi)測試點的布置上主要選擇在堂屋測試，其中李宅共設(shè)置兩處測試點，一處位于堂屋入口偏中央位置，另一處為后院天井旁的臥室中央;肖宅和楊宅各設(shè)置一處測試點均位于堂屋入口偏中央處。

測試時間選擇在2012年8月2日～8日，該時間已過農(nóng)歷大暑，為該地區(qū)最熱季節(jié)，因此能夠更好地反映當(dāng)?shù)氐臍夂颍總€測試點的測試時間為24 h，在整個測試時間段內(nèi)除有1日下雨停止測試外其余測試段內(nèi)天氣晴好。測試期間居室內(nèi)人員日間處于靜坐休息狀態(tài)，新陳代謝率設(shè)置為1.0 met，著裝為T恤衫、短外衣，熱阻設(shè)置為0.3 clo［3］，儀器設(shè)置在距地面垂直高度 1.1 m 處(人體靜坐頭頸部的高度)。

2 測試結(jié)果及分析

2.1 空氣溫度

由于窯灣地處冬冷夏熱地區(qū)，夏季最高溫度可超過36℃，這對人體的熱舒適度和健康造成很大影響，因此夏季對房屋的隔熱功能要求更高。由于各測試點測試的時間不同，在溫度對比方面依據(jù)室內(nèi)外溫度的總體情況計算出其平均值、標準差、最大值、最小值以及正態(tài)分布圖的波動程度來進行橫向比較。

由圖1～圖3可知在李宅的室外最高溫度是35℃，最低溫度是26℃;肖宅的室外最高溫度是32℃，最低溫度是26℃;楊宅的室外最高溫度是32℃，最低溫度是25℃。

圖1 李宅臥室溫度對比圖

圖2 肖宅溫度對比圖

圖3 楊宅溫度對比圖

李宅的氣亭處的平均溫度為29.38℃(見圖4)，與其他測試點的平均值相比要低1℃～2℃，主要原因在于以下幾個方面:1)該建筑采用的是清朝的400 mm厚青磚建成，青磚是粘土燒制，透氣性極強、吸水性好，在保溫隔熱方面效果較好，其他建筑采用的紅磚，其隔熱性能較青磚有一定差距，同時墻體的厚度上肖宅和楊宅也較李宅要薄很多，這使得李宅隔熱性能要優(yōu)于其他建筑;2)李宅堂室的開間為7 m，進深為4 m，正門和后門幾乎在同一條直線上，同時堂室有氣亭存在(見圖5)，后院有天井存在，這使得該建筑在通風(fēng)方面不僅獲得了穿堂風(fēng)而且還有氣亭風(fēng)的經(jīng)過，據(jù)監(jiān)測，該堂室在通風(fēng)方面風(fēng)速最高達到0.4 m/s，如圖6所示，良好的通風(fēng)不僅可以將房間中的熱空氣帶走，而且足夠快的氣流速度，還可以增加居住者皮膚上的水分蒸發(fā)率，從而給居住者帶來涼爽的感覺［4］;3)李宅二層為木結(jié)構(gòu)，而木材本身導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)較紅磚要低很多，使得木結(jié)構(gòu)的散熱能力較強，由于二樓現(xiàn)在不住人，使得二層類似頂層架空，使到達首層屋頂?shù)奶栞椛鋸姸却蟠蠼档停@為該建筑的降溫起到了很大的作用。

2.2 空氣流速

在自然通風(fēng)條件下，適度的空氣流速會增加人體與周圍空氣的對流熱換量和人體的汗液蒸發(fā)量，從而提高人體在熱環(huán)境下的熱舒適度。人體的蒸發(fā)散熱率取決于空氣流速和空氣的水蒸氣壓力的大小。同時通過自然通風(fēng)獲得的舒適度的程度取決于在通風(fēng)情況下人們能夠接受的最高溫度和最大氣流速度。在測試期間內(nèi)，根據(jù)氣象部門監(jiān)測，該時間段內(nèi)風(fēng)速相差不大，可大致認為室外風(fēng)速相同，室內(nèi)風(fēng)速測試情況如圖6～圖9所示，測試結(jié)果顯示李宅的氣流速度較大，全天風(fēng)速較為均勻，最大風(fēng)速可達到0.4 m/s，這對促進對流換熱和人體汗液的蒸發(fā)起到很大作用，而該點測試所得的PMV平均值為1.8，PPD平均值為48.34%，在所有測試點中為最低，這說明良好的通風(fēng)是提高熱舒適度的必要條件。

圖4 李宅氣亭溫度對比圖

圖5 李宅氣亭實地圖

圖6 李宅氣亭風(fēng)速圖

2.3 相對濕度

從圖10可以看出，四個測試點的相對濕度都在60%以上，肖宅的相對濕度達到90%以上，李宅兩個測試點的濕度始終保持在80%以下，在四個測試點中保持著相對較低的濕度值，這說明在這四個測試點中磚木結(jié)構(gòu)具有較好的除濕能力，肖宅相對濕度最大的原因是因為該宅墻體厚度僅為楊宅的3/4，為李宅的1/4，在李宅的兩個測試點中，氣亭處的相對濕度更低，這表明在結(jié)構(gòu)類型和材料相同的情況下，良好的通風(fēng)對除濕起到更大的作用。但無論是李宅、肖宅和楊宅，濕度都超過了30%～60%的舒適區(qū)域，這對人們的居住效果和身體健康都造成了很大的影響，應(yīng)進行除濕處理，以獲得更好的室內(nèi)熱舒適度，同時要采取措施消除傳統(tǒng)民居中的返潮和墻面生霉的現(xiàn)象［4］。

圖7 李宅臥室風(fēng)速圖

圖8 肖宅風(fēng)速圖

圖9 楊宅風(fēng)速圖

圖10 相對濕度對比圖

2.4 PMV 和 PPD

目前，在熱舒適度測試方面，ISO 7730是很多國家普遍采用的標準，各測試點PMV的測試情況如圖11，圖12所示，從圖中我們可以看到，PMV值隨室外空氣溫度、濕度、空氣流通速度的變化而呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，在下午15:00～16:00期間出現(xiàn)最高值，19:00之后開始走向峰谷。在四個測試點中，李宅臥室盡管位于天井旁，但由于天井較小、通風(fēng)閉塞、太陽輻射強烈，日間該處的PMV值最高為2.75，PPD為95%，是四個測試點的最高值，表示大部分人都無法接受該測試點的室內(nèi)熱環(huán)境，氣亭處PMV最高值為2，同臥室相比要優(yōu)越很多，這間接證明了良好的通風(fēng)是創(chuàng)造舒適的室內(nèi)熱環(huán)境的必要條件。

圖11 PMV對比圖

圖12 PPD對比圖

3 結(jié)論和建議

窯灣地區(qū)建筑首層的濕度較大，都在80%以上，室內(nèi)溫度也較高，這對于人們身體健康和熱舒適度都有很大的影響，為了改進室內(nèi)熱舒適度，可以采取以下措施:1)在堂室的設(shè)計時可以考慮采用李宅所用的氣亭，它在通風(fēng)散熱、除潮防濕方面具有舉足輕重的作用，應(yīng)大力推廣;2)可以考慮加大磚混結(jié)構(gòu)墻體的厚度，以此來增強墻體的保溫隔熱和防潮能力;3)可以考慮首層用做堂室廚房等，將二層改為臥室，這樣臥室有了將近3 m的架空防潮層，這對于隔熱和防潮起到很大的作用;4)楊宅在頂層做了一個頂層架空層，這對于二層的隔熱也起到很大的作用，在以后的住宅建設(shè)中可以考慮進行應(yīng)用;5)由于窯灣地區(qū)在夏季自然通風(fēng)條件下室內(nèi)溫度仍然較高，這些數(shù)據(jù)充分說明了窯灣地區(qū)夏季室內(nèi)熱環(huán)境非常惡劣，為了達到理想的熱舒適度指標，可以采用空調(diào)、風(fēng)扇等降溫設(shè)施。本次測試中在李宅氣亭處風(fēng)速較大，測試人員實地感覺非常舒適，但得到的數(shù)據(jù)結(jié)果并沒有達到預(yù)想的結(jié)果，風(fēng)速在熱舒適度中起到的作用值得進一步進行理論研究。

［1］鄭元良，賴榮平，江哲銘，等.不同構(gòu)造類型歷史建筑之室內(nèi)熱環(huán)境研究——以宜闌地區(qū)歷史建筑為例［J］.臺北:建筑學(xué)報，2006(6):38-39.

［2］袁 濤，李劍東.長沙地區(qū)公共建筑熱濕現(xiàn)狀與熱舒適性研究［J］.建筑科學(xué)，2010(4):51-52.

［3］楊 柳.建筑氣候?qū)W［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］唐方偉，唐冗冗，劉加平，等.四川傳統(tǒng)民居夏季室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量測試分析［J］.建筑科學(xué)，2011(6):19-20.