黃偉彬，王英姿

（汕頭大學土木與環(huán)境工程系，廣東 汕頭 515063）

0 引言

現(xiàn)存的潮汕老屋因其整體環(huán)境難以滿足當代人的居住要求，越來越多地被推倒或者廢棄.根據(jù)實際調(diào)研，目前在用的潮汕地區(qū)村鎮(zhèn)民宅中僅有約1/7的住宅沿襲了潮汕老屋的制式，而這其中在酷夏時節(jié)沒有條件使用空調(diào)設備的家庭又占了大多數(shù).鑒于潮汕老屋的形制，空間乃至材料構造都反映了本土居民的集體智慧，也是最能體現(xiàn)傳統(tǒng)文化和地域特色的民宅，若通過合理的節(jié)能改造提升其環(huán)境質(zhì)量，將非常具有社會和經(jīng)濟價值.研究以潮汕老屋典型樣式“四點金”為例，采用Ecotect Analysis軟件為研究平臺，針對目前建筑節(jié)能改造常用的策略設置六組對照組和四項能耗模擬指標進行分析，進而對各對照組節(jié)能效果做模擬和評價，達成對節(jié)能改造設計策略的優(yōu)選.

1 典型建筑方案選取及其環(huán)境參數(shù)設置

1.1 典型潮汕老屋建筑方案及模型構建

“四點金”是潮汕老屋典型形制之一，該建筑因其四角上各有一間其形如“金”字的房間壓角得名.后面的大廳是祭祖的地方，兩邊的“大房”是長輩居住的臥室，門廳兩側的“下房”是晚輩與仆人的居室，天井左右有回廊的南北廳，有的還有兩間小房，作廚房或柴草房，又稱“格仔”.“格仔”與大房之間有通往外面的側門，稱“子孫門”，取多子多孫出入之間.建筑平面和尺寸如圖1所示：

圖1 潮汕地區(qū)“四點金”典型建筑平面尺寸（摘自陸琦先生所著《廣東民居》，圖中尺寸單位為木行尺）

1.2 建筑材質(zhì)的設置

對于建筑中的非透明維護結構，如墻體以及坡屋頂.通過對傳熱系數(shù)，準入系數(shù)，太陽吸收系數(shù)，衰減系數(shù)，發(fā)射率以及延遲時間等參數(shù)進行設置.而對建筑中的透明圍護結構，例如窗戶等，則通過對傳熱系數(shù)，準入系數(shù)，太陽得熱系數(shù)，可見光透過率，折射率以及發(fā)射率進行設置.上述各個參數(shù)的計算是先從建筑熱工規(guī)范中獲取各維護結構相關材料的熱工屬性，在Ecotect Analysis軟件中將各種材料進行合成并計算得出.

1.3 區(qū)域?qū)傩缘脑O置

區(qū)域?qū)傩栽O定可以根據(jù)實際情況，對系統(tǒng)類型，人數(shù)，設備發(fā)熱量以及活動運行時間表等進行設置.設置參數(shù)有：居住者著裝狀況；濕度；風速；照明水平；人數(shù)與所進行活動；人員在室率；室內(nèi)得熱情況；冷風滲透率等.因為潮汕地區(qū)屬于夏熱冬暖地區(qū)，上述參數(shù)引用《公共建筑節(jié)能設計標準》中夏熱冬暖地區(qū)的數(shù)據(jù)，其中也有些參數(shù)是需要根據(jù)老屋實際情況進行設置.以上通過對室內(nèi)熱環(huán)境條件的區(qū)域?qū)傩栽O置，能夠大致真實反映潮汕老屋日常的室內(nèi)熱環(huán)境，從而實現(xiàn)對潮汕老屋進行室內(nèi)熱環(huán)境的模擬.

1.4 氣象資料導入

氣象資料來源于2005年中國氣象局氣象信息中心氣象資料室和清華大學建筑技術科學系研究所開發(fā)了《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》.其中包含了大部分常用的逐時氣象參數(shù)，氣溫、相對濕度、總輻射、散射輻射、風速、風向、云量與降雨量.通過氣象資料的導入，實現(xiàn)對所屬潮汕地區(qū)的潮汕老屋進行室外熱環(huán)境的模擬.

通過以上步驟可以模擬出潮汕老屋“四點金”在潮汕地區(qū)氣候環(huán)境下一年四季的基本能耗情況.

2 按節(jié)能改造策略設置的對照組

本文針對常用的節(jié)能改造策略，設置六組對照組.第一組是保留傳統(tǒng)老屋現(xiàn)狀的原始對照組，第二至五組對照組是考慮到居住者對于傳統(tǒng)建筑形態(tài)完整性方面的需求，只是通過改變圍護結構材質(zhì)來減小建筑能耗，而保留其原有的建筑空間.第六對照組是考慮到老屋難以提供一個舒適的公共交流空間，通過添加隔斷創(chuàng)造出一個封閉的廳室，使得潮汕老屋的空間布局更適合現(xiàn)代居住的需求.

1.第一組原始對照組采用的是古老的潮汕老屋墻體構造方式——“版筑”，其使用材料為貝灰、河砂、生土、三合土.采用內(nèi)外抹灰的方式.屋頂材料為傳統(tǒng)的粘土瓦屋頂，而窗戶的種類采用單層鋁合金窗.此對照組只起到對照的作用，沒有特殊的目的和意義.

2.第二組對照組的墻體采用磚砌體，內(nèi)外抹灰作為圍護結構.屋頂材料為傳統(tǒng)的粘土瓦屋頂.窗的種類依然是單層鋁合金框架窗.因為磚砌體已經(jīng)量產(chǎn)化和構造方式較“版筑”墻體更為流程化和規(guī)范化，相對應的造價會下降很多.此組對照組的目的是探究在經(jīng)濟方式下的墻體熱工性能.

3.第三組對照組的墻體采用的是保溫墻體，即帶內(nèi)保溫隔熱層的“版筑”墻體，既體現(xiàn)節(jié)材又體現(xiàn)節(jié)能的建筑設計理念，屋頂材料為傳統(tǒng)的粘土瓦屋頂.窗的種類依然是單層鋁合金框架窗，探究保溫墻體對建筑保溫節(jié)能性能的影響程度.

4.第四組對照組的墻體采用的是“版筑”墻體，屋頂材料為帶鋁箔紙隔熱的粘土瓦屋頂.窗的種類依然是單層鋁合金框架窗，探究隔熱屋頂對建筑保溫節(jié)能性能的影響程度.

5.第五組對照組的墻體采用的是“版筑”墻體，屋頂材料為傳統(tǒng)的粘土瓦屋頂.窗的種類是雙層低導熱系數(shù)鋁合金框架窗.以此來探究低導熱系數(shù)窗對建筑保溫節(jié)能性能的影響.

6.第六組對照組是在原始對照組的基礎上，通過在后廳和廊下的交界處添加上一道雙層低導熱系數(shù)玻璃隔斷，使得后廳成為一個封閉的空間，成為家庭成員互相交流的舒適空間.探究在這種較大程度滿足功能性的建筑的熱工性能優(yōu)劣.

3 對照組能耗模擬及數(shù)據(jù)分析

潮汕老屋在實際使用過程中對能源的使用消耗存在不使用空調(diào)等設備的被動式和使用空調(diào)等設備的主動式兩種建筑方案類型.其中，在被動式建筑方案類型下，逐月不舒適度分析指標是最具代表性的節(jié)能效果指標；而在主動式建筑方案類型下，得失熱分析指標更具參考意義.

3.1 逐月不舒適度分析指標（不使用空調(diào)等主動設備的情況下）

這里使用的舒適溫度的算法是區(qū)域舒適段的舒適溫度算法，其中的舒適溫度區(qū)域設置在18℃到26℃的區(qū)間內(nèi).本文主要以凈小時數(shù)這個參數(shù)來衡量舒適度是否滿足要求，凈小時數(shù)是計算所有不舒適溫度與舒適溫度的相減的值的總和.因為這比單純統(tǒng)計達不到舒適溫度的時間總和要更能說明不舒適的程度.計算的數(shù)據(jù)如圖2-圖7所示：

圖2 第一對照組的逐月不舒適度分析圖

圖3 第二對照組的逐月不舒適度分析圖

圖4 第三對照組的逐月不舒適度分析圖

圖5 第四對照組的逐月不舒適度分析圖

圖6 第五對照組的逐月不舒適度分析圖

圖7 第六對照組的逐月不舒適度分析圖

比較結果如下：

1）通過第一組對照組和第二組對照組的比較，比對圖2和圖3表明兩種建筑類型的逐月不舒適分析圖的曲線和數(shù)值是基本一致，說明在不安裝空調(diào)等主動式設備的被動式建筑中，將原本的“版筑”墻體替換成為磚砌體，室內(nèi)熱環(huán)境在冬季和夏季期間并未見顯著的提升.

2）通過第一組對照組和第三組對照組的比較，使用帶隔熱夾層的內(nèi)保溫墻體相較于“版筑”墻體來說，兩者的區(qū)別不是很大，而且有其季節(jié)性的區(qū)別，在冬季，“版筑”墻體的不舒適凈小時數(shù)比帶隔熱夾層的內(nèi)保溫墻體要少一些，從圖2“版筑”墻體不舒適凈小時數(shù)的1.4小時到圖4帶隔熱夾層的內(nèi)保溫墻體不舒適凈小時數(shù)的1.7小時中可以看出：在冬季，被動式建筑中“版筑”墻體的物理性能要優(yōu)于帶隔熱夾層的內(nèi)保溫墻體.而在夏季，從圖2“版筑”墻體不舒適凈小時數(shù)的3.1小時到圖4帶隔熱夾層的內(nèi)保溫墻體不舒適凈小時數(shù)的2.8小時中可以看出：夏季的隔熱夾層會起到一些作用.以上表明，兩者在熱工性能的區(qū)別是非常小的.

3）通過第一組對照組和第四組對照組的比較，在夏季，采用帶鋁箔紙隔熱的粘土瓦屋頂相較于采用普通的粘土瓦屋頂在逐月不舒適度分析方面有一定的改進.從圖2“版筑”墻體不舒適凈小時數(shù)的3.1小時到圖5帶鋁箔紙隔熱的粘土瓦屋頂不舒適凈小時數(shù)的2.9小時中可以看出來：在冬季，兩者在熱工性能方面是區(qū)別不大的.

4）在第一組對照組和第五組對照組中，采用雙層低導熱系數(shù)鋁合金框架窗對不舒適凈小時數(shù)是影響不大的，從圖2和圖6可以看出來，不舒適凈小時數(shù)在數(shù)值方面，波動不大.因為潮汕老屋的窗戶普遍都是800 mm的小氣窗，所以即使采用低導熱系數(shù)的隔熱窗也對室內(nèi)熱工性能影響不大.為了使得住宅的造價更加經(jīng)濟合理，選擇用普通的單層鋁合金框架窗是更為合理的.

5）通過第一組對照組和第六組對照組的比較，在夏季，從圖2原始對照組不舒適凈小時數(shù)的3.1小時到圖7第六對照組中不舒適凈小時數(shù)的2.7小時中可以看出：在夏季，多加一個密閉空間具有隔熱的作用.在冬季，從圖2原始對照組不舒適凈小時數(shù)的1.4小時到圖7第六對照組不舒適凈小時數(shù)的1.2小時中可以看出來，多加一個密閉空間也是有保溫的作用的.

3.2 得失熱分析指標（使用空調(diào)等主動設備的情況下）

得失熱分析指標包括圍護結構導熱的得失熱；綜合溫度產(chǎn)生的熱量；太陽直射輻射得熱；冷風滲透得失熱；內(nèi)部人員與設備得熱；區(qū)域得失熱）所占比例.其中本文的研究重點是探討如何降低圍護結構導熱的得失熱在總得失熱所占比例，模擬后計算結果如圖8-圖13所示：

圖8 第一對照組得熱分析圖

圖9 第二對照組得熱分析圖

圖10 第三對照組得熱分析圖

圖11 第四對照組得熱分析圖

圖12 第五對照組得熱分析圖

圖13 第六對照組得熱分析圖

比較分析結果如下：

1）在第一對照組和第二對照組的比較中，代表墻體保溫性能的圍護結構得失熱的數(shù)值上面，在冬季，從采用傳統(tǒng)“版筑”墻體的70.6%到采用磚砌體墻體的76.3%，說明在冬季，采用傳統(tǒng)“版筑”墻體的老屋更能阻止熱量流失，使屋內(nèi)熱環(huán)境更加舒適.而在夏季，從圖8圍護結構得失熱中的11.9%到圖9圍護結構得失熱中的15.9%，可以得出傳統(tǒng)“版筑”墻體比磚砌體墻體更節(jié)能，綜上所述，在主動式建筑方案中，采用傳統(tǒng)“版筑”墻體的老屋在空調(diào)能耗方面要更為節(jié)能.

2）在第一對照組和第三對照組的比較中，在夏季，從圖8圍護結構得失熱占總得失熱的11.9%到圖10圍護結構得失熱占總得失熱的10.8%，說明在夏季，隔熱層還是起到一定作用.在冬季，從圖8圍護結構得失熱占總得失熱的70.6%到圖10圍護結構得失熱占總得失熱的52.2%可以看出：在冬季，使用帶隔熱夾層的內(nèi)保溫墻體更能防止室內(nèi)熱量流失，使屋內(nèi)熱環(huán)境更加舒適.綜上所述，在主動式建筑方案中，使用帶隔熱夾層的保溫墻體相較于傳統(tǒng)“版筑”墻體來說是有積極作用的.

3）在第一對照組和第四對照組的比較中，在夏季，從圖8圍護結構得失熱占總得失熱的11.9%到圖11圍護結構得失熱占總得失熱的8.5%中可以看出，在防止屋內(nèi)冷空氣傳導和外界熱流流入方面，隔熱屋頂起到很大作用.而在冬季，從圖8圍護結構得失熱占總得失熱的70.6%到圖11圍護結構得失熱占總得失熱的56.8%中可以看出來：在保溫方面，隔熱屋頂發(fā)揮積極的作用.綜上所述，隔熱屋頂相較于傳統(tǒng)粘土瓦屋頂在保溫隔熱層面有巨大的優(yōu)勢.

4）在第一組對照組和第五組對照組中，從圖8和圖12可以看出來，維護結構導熱的得失熱在數(shù)值方面，波動不大.故選擇用普通的單層鋁合金框架窗是更為合理的.

5）在第一組對照組和第六組對照組中，從圖8圍護結構得失熱占總得失熱的11.9%到圖13圍護結構得失熱占總得失熱的12.4%中可以看出.在夏季，雖然添加一道低導熱系數(shù)隔斷，增強冷空氣通過隔斷進行熱傳導，對室內(nèi)熱環(huán)境帶來不利影響，但是因為同時封閉后面上房兩面墻的熱傳導，對室內(nèi)熱環(huán)境有利.綜合這兩方面原因，所以在保溫隔熱性能方面沒有很大的變化.在冬季，從圖8圍護結構得失熱的70.6%到圖13圍護結構得失熱的59.8%中可以看出：因為有了后廳這個封閉的空間，使得后面的空間連成整體，極大地增強老屋整體的保溫性能.

4 綠色改造策略優(yōu)選

通過匹配到主動式和被動式的不同衡量指標，比較分析后優(yōu)選出針對被動式建筑和主動式建筑的不同改造策略：

4.1 針對被動式建筑狀態(tài)

墻體選擇傳統(tǒng)“版筑”建造方式更為合適.采用帶鋁箔紙隔熱的粘土瓦屋頂也能起到一定作用的.是否安裝節(jié)能窗也有其季節(jié)性的考量，夏季會使住戶的不舒適感增強，冬季則相反.為了使得住宅的造價更加經(jīng)濟合理，選擇用普通的單層鋁合金框架窗是合理的.而增加一個廳室空間，對建筑總體的隔熱保溫效果也具有加強作用.

4.2 針對主動式建筑狀態(tài)

增加隔熱層的保溫墻體比傳統(tǒng)墻體在節(jié)能性能方面更好.采用了帶鋁箔紙隔熱的粘土瓦屋頂會帶來巨大的空調(diào)能耗節(jié)約.換裝節(jié)能窗并不能給室內(nèi)熱環(huán)境帶來積極的影響.對廳室加裝低導熱系數(shù)玻璃隔斷，不僅帶來功能性改進，同時其空間所產(chǎn)生的平均能耗是要小于其他空間的.

5 結論和展望

通過以Ecotect Analysis軟件為工具進行熱工模擬的方法，對潮汕老屋各圍護結構的材料構造進行節(jié)能改造，提出兩個針對不同建筑類型的方案，以逐月不舒適度分析指標和得失熱分析指標為評價標準.綜合節(jié)能效果、使用功能以及經(jīng)濟成本等因素，對潮汕老屋最有效合理的改造策略如下：

1）對沒有使用空調(diào)等主動設備的被動式建筑而言，使用現(xiàn)有“版筑”墻體比其他墻體優(yōu)勢巨大，不需要對現(xiàn)有墻體進行推倒重建，只需要進行適當?shù)慕Y構加固措施，比如加設鋼筋網(wǎng)，外涂砂漿等.另外粘土瓦屋頂進行隔熱改造以及封閉廳室空間這兩項建筑圍護結構改進措施是值得采用的.

2）對使用空調(diào)等主動設備的建筑而言，不建議對傳統(tǒng)墻體進行拆除，建議可增設隔熱層.另外對傳統(tǒng)粘土瓦屋頂進行隔熱改造（帶鋁箔紙隔熱的粘土瓦屋頂）以及封閉廳室空間都是較好的建筑改進措施.

本研究發(fā)現(xiàn)，潮汕老屋原本的墻體材料和構造做法就具有一定的節(jié)能作用，再通過因地制宜地對建筑材料使用和空間封閉性能等影響民居熱環(huán)境狀態(tài)的關鍵要素進行改造提升，將達成較好的節(jié)能效果.潮汕老屋本就是與所處自然地域的獨特環(huán)境相適應、相協(xié)調(diào)的建筑形式，其完全可以通過適宜的改造策略實現(xiàn)“綠色”發(fā)展，從而在新時代獲得生機.