豫西地区靠崖窑洞围护结构热工特性分析

周春辉　史小航　朱佳音

摘 要：厚重的围护结构是保证窑洞“冬暖夏凉”特性的主要原因。为定量化窑洞围护结构热工特性，选取豫西地区巩义市某靠崖式窑洞，对其围护结构尺寸和构造进行测量和分析，并对围护结构的热工特性进行计算。同时，选取当地砖混建筑进行对比分析。定量分析结果突出了窑洞围护结构热工特性的优越性。

关键词：靠崖窑；实测研究；围护结构热工特性；定量分析

窑洞是中国古代劳动人民为谋求生存，抵御恶劣的自然环境而因地制宜发展而来的居住之所。窑洞有多种形式，比如有：靠崖式，下沉式和独立式。无论哪种类型的窑洞其均具有“冬暖夏凉”的功能。与现代的砖混建筑相比，其最突出的特点便是节能。究其原因，是窑洞的围护结构具有很好的热工特性。窑洞的围护结构绝大部分是有黄土组成。黄土作为一种重质材料，具有优越的蓄热，隔热的性能。这是现代建筑围护结构不能望其项背的。

为对窑洞围护结构的热工特性做出定量的分析，以巩义市寺湾村某靠崖窑为研究对象，通过实测研究，分析其围护结构的热工特性。同时，为突出窑洞围护结构热工特性的优越性及保证研究方法的严密性，选取巩义市焦湾村某砖混建筑进行对比。

1 测试对象概述

1.1 窑洞基本信息介绍

研究对象为巩义市寺湾村一日常居住用的靠崖式窑洞，其立面图及平面图如图1所示。建筑依崖分别建造4孔窑洞，建筑面积约120m2。其窑洞的上层崖高约12m，窑脸宽3m，窑与窑之间的窑腿为1m，窑的进深为8m，窑高3.5m。窑脸均朝南，窑脸上分别设有一扇木门和两扇木质的单层玻璃窗。门左侧的双开窗宽0.8m，高1m。天窗宽0.8m，高0.5m。整个窑脸的窗墙比为0.13。

为对巩义市寺湾村某靠崖式窑洞围护结构热工特性进行研究，选取具有代表性的客厅，并对其六面围护结构的构造进行分析。

1.2 砖混建筑基本信息介绍

该建筑坐北朝南，东西长13.7m，南北宽10m，高3.8m，建筑面积约137m2。

客厅东西方向长6.7m，南北方向宽3.5m，面积约23.5m2。客厅南墙上有一扇单层铝合金玻璃窗，该窗总宽为3m，高为2.6m。另有一扇双开平开门，门总宽为2.6m，高2.9m，门上高窗为普通的平开窗，高为0.6m。客厅南墙的窗墙比约为0.37。

卧室南北距离为3.5m，东西距离3.2m，面积约11.2m2。卧室北墙距地面2.4m处有一单层铝合金推拉窗，该窗户高1.1m，宽1.5m。卧室北墙的窗墙比约为0.14。

2 热工特性分析

依据民用建筑热工设计规范附录二及附录四，对窑洞和砖混围护结构的传热系数K、热阻R、热惰性指标D、衰减度v0、延迟时间ε0进行定量计算。

除了窑洞与砖混的地面传热系数为无穷小外，其他围护结构的传热系数均是窑洞小于砖混建筑。可见在相同的条件下，通过窑洞的围护结构传递的热量小于通过砖混建筑围护结构传递的热量。

窑洞围护结构的热惰性指标普遍大于砖混建筑围护结构。可见温度波在窑洞围护结构中衰减较快，使得窑洞围护结构的热稳定性更好。

为窑洞与砖混建筑围护结构热惰性指标D的对比图。窑洞围护结构的热惰性指标普遍大于砖混建筑围护结构。可见温度波在窑洞围护结构中衰减较快，使得窑洞围护结构的热稳定性更好。

除了窑洞和砖混建筑的南墙和地面的衰减度相近之外，其他围护结构均是窑洞的衰减度明显大于砖混建筑。可见窑洞围护结构更能抵御室外的温度波动，能更好地保持室内温度的稳定。

除南墙和地面以外，窑洞围护结构的延迟时间都明显大于砖混建筑。可见窑洞围护结构内表面温度谐波最高值出现时间与室外空气温度谐波最高值出现时间差值更大，能更好地延迟室内的温度变化，保持室内的舒适度。

3 结论

通过对巩义市寺湾村的靠崖式窑洞以及焦湾村的某砖混建筑的围护结构热工特性的计算对比，可以看出，窑洞的围护结构在抵御外部温度的变化，保持室内温度恒定方面有明显的优势，能最大限度的保证人们生活的舒适度，具有“冬暖夏凉”的奇特功效。

参考文献

[1] 崔艳秋.建筑概论[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] GB50176-93，国家标准民用建筑热工设计规范[S].北京：中国计划出版社，1993.

[3] 张继良.传统民居建筑热过程研究[D].西安：西安建筑科技大学博士论文，2006.

作者简介：周春辉（1990.08- ），河南驻马店人，本科，研究方向：建筑环境与能源应用工程；史小航（1994.10- ），河南开封人，本科，研究方向：建筑环境与能源应用工程。