湘潭市窑湾传统民居夏季室内热舒适度研究★

张清喜 杨健 唐湘杰 王巧

(1.湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭 411201; 2.湖南科技大学建筑与城乡规划学院，湖南湘潭 411201)

0 引言

随着社会经济的发展，人们对于住房的要求不再是满足于遮风避雨，而是对其舒适度和节能提出了更高的要求，因此可持续性建筑(Sustainable Buildings Ecological Building)成为国际建筑界探讨的热门话题［1］。我国作为世界四大文明古国之一，传统建筑的设计也在世界上有着举足轻重的地位;湘潭市作为冬冷夏热地区的典型代表之一，其传统建筑在节能设计方面的手法对建筑节能和热舒适度的研究具有一定的指导意义。

窑湾位于湘潭市郊区，毗邻湘江，属亚热带季风湿润气候区，本项目拟对窑湾传统民居进行热舒适度研究，将对冬冷夏热地区传统民居改造具有一定的指导意义。

1 研究方案

1.1 测试仪器与参数

测试仪器包括:1)JT-IAQ室内热环境舒适度测试仪(北京世纪建通科技开发有限公司)，其风速的测试范围为0.05m/s～5m/s，测试精度为±(0.03m/s+2%读数)，湿度传感器的测试范围为0%RH～100%RH，测试精度为±1.5%RH，湿球温度测试范围为20℃～85℃，测试精度为±0.3℃，湿球温度的测试范围为5℃～40℃，测试精度为±0.5℃，空气温度测试范围5℃～60℃，测试精度为±0.5℃;2)S500深圳市华图测控系统有限公司记录仪分析与记录仪S500(深圳市华图测控系统有限公司)，记录仪采样间隔，默认10s，记录间隔为600s。

1.2 测试方案

为使测试对象具有更好的可比性，选取的测试用房与对比房的朝向和周边的遮挡情况相似，根据实地考察，为了更好地了解窑湾传统民居的热舒适效果共选取两处传统民居和一处现代民居进行测试，分别为李宅、肖宅和杨宅。三处住宅均位于湘江西侧，其中测试房李宅已建成200年左右，为窑湾现存时间最长的在用砖木结构传统民居，墙体为400mm厚青砖;肖宅为已建成30年的砖木结构住宅，墙体厚度为180mm，对比用房杨宅为新建的砖混结构，已建成约10年，墙体厚度为240mm，三处住宅均无保温构造措施。

堂屋是窑湾居民使用频率最高的房间，所以在室内测试点的布置上主要选择在堂屋测试，其中李宅共设置两处测试点，一处位于堂屋入口偏中央位置，另一处为后院天井旁的卧室中央;肖宅和杨宅各设置一处测试点均位于堂屋入口偏中央处。

测试时间选择在2012年8月2日～8日，该时间已过农历大暑，为该地区最热季节，因此能够更好地反映当地的气候，每个测试点的测试时间为24 h，在整个测试时间段内除有1日下雨停止测试外其余测试段内天气晴好。测试期间居室内人员日间处于静坐休息状态，新陈代谢率设置为1.0 met，着装为T恤衫、短外衣，热阻设置为0.3 clo［3］，仪器设置在距地面垂直高度 1.1 m 处(人体静坐头颈部的高度)。

2 测试结果及分析

2.1 空气温度

由于窑湾地处冬冷夏热地区，夏季最高温度可超过36℃，这对人体的热舒适度和健康造成很大影响，因此夏季对房屋的隔热功能要求更高。由于各测试点测试的时间不同，在温度对比方面依据室内外温度的总体情况计算出其平均值、标准差、最大值、最小值以及正态分布图的波动程度来进行横向比较。

由图1～图3可知在李宅的室外最高温度是35℃，最低温度是26℃;肖宅的室外最高温度是32℃，最低温度是26℃;杨宅的室外最高温度是32℃，最低温度是25℃。

图1 李宅卧室温度对比图

图2 肖宅温度对比图

图3 杨宅温度对比图

李宅的气亭处的平均温度为29.38℃(见图4)，与其他测试点的平均值相比要低1℃～2℃，主要原因在于以下几个方面:1)该建筑采用的是清朝的400 mm厚青砖建成，青砖是粘土烧制，透气性极强、吸水性好，在保温隔热方面效果较好，其他建筑采用的红砖，其隔热性能较青砖有一定差距，同时墙体的厚度上肖宅和杨宅也较李宅要薄很多，这使得李宅隔热性能要优于其他建筑;2)李宅堂室的开间为7 m，进深为4 m，正门和后门几乎在同一条直线上，同时堂室有气亭存在(见图5)，后院有天井存在，这使得该建筑在通风方面不仅获得了穿堂风而且还有气亭风的经过，据监测，该堂室在通风方面风速最高达到0.4 m/s，如图6所示，良好的通风不仅可以将房间中的热空气带走，而且足够快的气流速度，还可以增加居住者皮肤上的水分蒸发率，从而给居住者带来凉爽的感觉［4］;3)李宅二层为木结构，而木材本身导热系数和蓄热系数较红砖要低很多，使得木结构的散热能力较强，由于二楼现在不住人，使得二层类似顶层架空，使到达首层屋顶的太阳辐射强度大大降低，这为该建筑的降温起到了很大的作用。

2.2 空气流速

在自然通风条件下，适度的空气流速会增加人体与周围空气的对流热换量和人体的汗液蒸发量，从而提高人体在热环境下的热舒适度。人体的蒸发散热率取决于空气流速和空气的水蒸气压力的大小。同时通过自然通风获得的舒适度的程度取决于在通风情况下人们能够接受的最高温度和最大气流速度。在测试期间内，根据气象部门监测，该时间段内风速相差不大，可大致认为室外风速相同，室内风速测试情况如图6～图9所示，测试结果显示李宅的气流速度较大，全天风速较为均匀，最大风速可达到0.4 m/s，这对促进对流换热和人体汗液的蒸发起到很大作用，而该点测试所得的PMV平均值为1.8，PPD平均值为48.34%，在所有测试点中为最低，这说明良好的通风是提高热舒适度的必要条件。

图4 李宅气亭温度对比图

图5 李宅气亭实地图

图6 李宅气亭风速图

2.3 相对湿度

从图10可以看出，四个测试点的相对湿度都在60%以上，肖宅的相对湿度达到90%以上，李宅两个测试点的湿度始终保持在80%以下，在四个测试点中保持着相对较低的湿度值，这说明在这四个测试点中砖木结构具有较好的除湿能力，肖宅相对湿度最大的原因是因为该宅墙体厚度仅为杨宅的3/4，为李宅的1/4，在李宅的两个测试点中，气亭处的相对湿度更低，这表明在结构类型和材料相同的情况下，良好的通风对除湿起到更大的作用。但无论是李宅、肖宅和杨宅，湿度都超过了30%～60%的舒适区域，这对人们的居住效果和身体健康都造成了很大的影响，应进行除湿处理，以获得更好的室内热舒适度，同时要采取措施消除传统民居中的返潮和墙面生霉的现象［4］。

图7 李宅卧室风速图

图8 肖宅风速图

图9 杨宅风速图

图10 相对湿度对比图

2.4 PMV 和 PPD

目前，在热舒适度测试方面，ISO 7730是很多国家普遍采用的标准，各测试点PMV的测试情况如图11，图12所示，从图中我们可以看到，PMV值随室外空气温度、湿度、空气流通速度的变化而呈现有规律的变化，在下午15:00～16:00期间出现最高值，19:00之后开始走向峰谷。在四个测试点中，李宅卧室尽管位于天井旁，但由于天井较小、通风闭塞、太阳辐射强烈，日间该处的PMV值最高为2.75，PPD为95%，是四个测试点的最高值，表示大部分人都无法接受该测试点的室内热环境，气亭处PMV最高值为2，同卧室相比要优越很多，这间接证明了良好的通风是创造舒适的室内热环境的必要条件。

图11 PMV对比图

图12 PPD对比图

3 结论和建议

窑湾地区建筑首层的湿度较大，都在80%以上，室内温度也较高，这对于人们身体健康和热舒适度都有很大的影响，为了改进室内热舒适度，可以采取以下措施:1)在堂室的设计时可以考虑采用李宅所用的气亭，它在通风散热、除潮防湿方面具有举足轻重的作用，应大力推广;2)可以考虑加大砖混结构墙体的厚度，以此来增强墙体的保温隔热和防潮能力;3)可以考虑首层用做堂室厨房等，将二层改为卧室，这样卧室有了将近3 m的架空防潮层，这对于隔热和防潮起到很大的作用;4)杨宅在顶层做了一个顶层架空层，这对于二层的隔热也起到很大的作用，在以后的住宅建设中可以考虑进行应用;5)由于窑湾地区在夏季自然通风条件下室内温度仍然较高，这些数据充分说明了窑湾地区夏季室内热环境非常恶劣，为了达到理想的热舒适度指标，可以采用空调、风扇等降温设施。本次测试中在李宅气亭处风速较大，测试人员实地感觉非常舒适，但得到的数据结果并没有达到预想的结果，风速在热舒适度中起到的作用值得进一步进行理论研究。

［1］郑元良，赖荣平，江哲铭，等.不同构造类型历史建筑之室内热环境研究——以宜阑地区历史建筑为例［J］.台北:建筑学报，2006(6):38-39.

［2］袁 涛，李剑东.长沙地区公共建筑热湿现状与热舒适性研究［J］.建筑科学，2010(4):51-52.

［3］杨 柳.建筑气候学［M］.北京:中国建筑工业出版社，2010.

［4］唐方伟，唐冗冗，刘加平，等.四川传统民居夏季室内热环境质量测试分析［J］.建筑科学，2011(6):19-20.