木板壁民居对湿热气候的适应性

杨真静，徐亚男，彭明熙

(重庆大学 建筑城规学院；山地城镇建设新技术教育部重点实验室，重庆 400045)



木板壁民居对湿热气候的适应性

杨真静，徐亚男，彭明熙

(重庆大学 建筑城规学院；山地城镇建设新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

为调查山地木板壁民居对重庆夏季湿热气候的适应性，选取当地典型木板壁民居作为研究对象，在夏季对其室内热环境进行实测。结合当地建筑特点及居民生活习惯，对实测数据进行分析，并利用APMV对室内热环境进行评价。结果表明，木板壁民居夏季依靠自然通风显著改善了室内热舒适度，夏季典型日APMV达Ⅱ级以上的约占65%。传统木夹壁民居在热环境营造上响应了当地气候特点，具有较好的气候适应性。

木板壁民居；实测；温湿度；自然通风；热舒适

传统民居作为前人长期实践的结果，具有较好的环境适应能力，其生态经验越来越受到关注。Evola等[1]在研究卡塔尼亚地区的厚重型传统民居时，发现该类民居提高夏季室内热环境的重要途径是夜间通风。Khalili等[2]通过对伊朗地区20户传统民居的研究发现，传统建筑的地下室、捕风塔等建筑形式及当地人们的行为模式是应对干热气候的有效方式，并努力将这些方式用到现代建筑设计中。Lechner[3]研究了一些地区传统民居适应自然条件的措施。陆元鼎等[4]论述了广东及海南地区的民居在特殊湿热环境下采取的通风与防潮、遮阳与隔热、环境降温等方面的策略，将建筑与气候、地形、自然环境结合起来研究，开始了中国传统民居气候适应性的研究。Zhu等[5]对以西北黄土高原窑洞为代表的传统民居的生态经验进行了分析，从建筑技术的角度对陕西窑洞进行实测和模拟，分析了窑洞室内及庭院的热物理环境，提出意见并实施改进，效果显著。中国川渝地区因其地形复杂、气候特殊，传统民居多种多样。其中木板壁民居用木板做围护结构，属于小木作，很少有人研究，但在川渝地区特殊气候下却广泛存在[6]。因此，研究其室内热环境的生态经验，对提高该类民居室内环境质量及对现代建筑设计均具有重要的意义。

笔者以重庆山地木板壁民居为研究对象，对夏季室内热环境参数进行测量、分析，并进行热湿环境评价。

1 研究对象和研究方法

1.1 研究区域概况

研究对象位于重庆市江津区白沙古镇，古镇背靠大旗山，沿江而建，镇域狭长，为国家级历史文化名镇。由于古镇用地紧张，建筑群体布局紧凑，主要街道为东西走向，青石路面狭窄悠长(图1)。镇内传统木板壁民居多建于清末民初，朝向大体为东南向，平面多为小开间大进深，小青瓦坡屋顶高低错落，屋檐深远，外观朴素无华，具有浓厚的乡土气息[7]。当地年平均气温17.9 ℃，无霜期340 d，年平均降雨量1 030 mm，年均日照为1 273 h，属于典型湿热气候区，主要表现为高温、高湿、多雨、多雾、静风[8-9]，冬季相对温和，热环境温度相对不突出。因此，对当地居民日常生活来说，亟待解决的是通风、散热、除湿。

图1 白沙古镇的布局

当地盛产木材，民居大多就地取材，墙体为木板壁。具体做法是用木板横着或竖着安装在枋框上(图2)，板厚约2.5 cm，宽约25 cm，墙体中部及上半段常常安窗，有条件的会在木板表面涂桐油以防墙体受潮或虫蛀[6]。在现代，部分建筑为了美观，会在墙表面涂抹白灰。

图2 木板壁构造示意图

1.2 研究对象简介

在古镇内选取一典型户进行研究，具体位置见图1。该户为一中间户，具有典型代表性，围护结构保存比较完整，且长期有人居住。其朝向为南偏东19°，南面是宽约3.5 m的街道，北面为下沉院坝，院坝临江，东西邻户均为木板壁住宅。建筑平面为纵向“一”字型，面宽4.5 m，进深14.4 m。平面布置简单，南侧临街为堂屋，临街面为门和窗，中部和北侧为两间卧室(简称中卧、北卧)，下方下吊一层为储物间(图3)。

该建筑为吊脚楼形式，具备典型山地木板壁民居特点：建筑依山就势，南高北低，南侧临街，北侧下吊。屋面为小青瓦坡屋顶，墙体和门均为厚2.5 cm左右的木板，窗为木格镂空窗。堂屋层高较高且没有吊顶，地面为水泥地面。中卧和北卧有普通塑料布作简易吊顶，主要作用为防灰，地面为木楼板。下吊层储物间墙体为青砖，地面为三合土。

1.3 测试方案

夏季有效测量时间为2015-07-31日15:00—2015-08-14日12:00。主要测量内容：室外及室内各房间温度、相对湿度、堂屋地面温度、北卧风速(距地面约1.1 m)[10]。仪器参数及数据采集情况见表1，具体仪器布点见图3。

图3 典型户平剖面及仪器布点图

表1 测量内容及仪器参数

2 测量结果

2.1 室外气象参数

夏季测量期间室外天气变化明显，7月31日到8月4日连晴，4日晚上开始降温，此后连续阴天或小雨，直至12日开始转晴，温度逐渐上升。测试期间室外温度、太阳辐射见图4，平均温度为27.0 ℃，最高温度34.4 ℃，最低为23.1 ℃，一日内最大温度波幅为8.7 ℃。测试期间平均太阳辐射量为172 W/m2，晴天最高达750 W/m2，阴天时约100 W/m2。因夏季主要研究室外高温情况下木板壁民居室内热环境，故选取连晴高温且温度稳定时段的中间一天即8月2日为典型日进行分析。

图4 测量期间室外气象参数

2.2 室内热湿环境

典型日室内外温度见图5。室外平均温度29.0 ℃，最高温度33.6 ℃，最低温度25.5 ℃。除09:00—17:00堂屋温度略低于室外，室内各点温度均比室外还略高，从热延迟方面看，各房间热延迟时间只有1～2 h，可见轻薄的木板壁民居整体防热性能不好，热惰性较差。

图5 典型日室内外温度

室内温度的分布昼夜分化明显，白天北卧温度最高，堂屋温度最低，夜间则反之，分析住户一天的活动轨迹，住户白天在堂屋活动，夜间在北卧休息，显然，室内环境状况与环境需求较为一致。其形成原因在于两房间的朝向和地面情况。堂屋南侧街道屋檐出挑较大，长时间处于阴影之下，使朝向街道的堂屋白天受太阳辐射影响较小。且堂屋地面平均温度为27.5 ℃，全天稳定，波幅仅0.8 ℃。白天地面温度显著低于室外空气温度，帮助室内降温；夜间地面温度略高于室外空气温度，导致堂屋全天温度波幅较小。而北卧地面为架空楼板，房间暴露在大气中的面积更大，室内温度紧随室外温度而变化，从房间的昼夜温差进一步可以看到，堂屋昼夜温差为6.5 ℃，但北卧的昼夜温差达9.2 ℃，比室外温度的日较差还大1.1 ℃，这也说明北卧的夜间散热效果最好，轻薄的木板壁在日间防热不佳,但在夜间发挥了积极的散热作用，导致北卧温度白天最高、夜间最低。此外，该建筑朝向为南偏东19°，使北卧受西晒影响较大，这也是北卧白天温度最高的重要原因。

典型日室内外相对湿度见图6。室外平均相对湿度为74%，最高达94%，最低也达到55%。室内平均相对湿度为71%，与室外相差不大。相对湿度在60%以上的时间占80%。反映了重庆夏季湿热的气候特征。

图6 典型日室内外湿度

2.3 室内风速

测量期间室内风速见图7，平均风速为0.37 m/s，最高达到0.85 m/s，最低也达到0.18 m/s。据统计，在有效测量期间风速大于0.3 m/s的时间约占总时间的60%。其中8月9日到13日期间，室内风速非常规律，夜间约0.25 m/s，白天基本在0.3 m/s以上，有时甚至达到0.7 m/s。8月1—8日期间，虽然风速曲线变化不如后期规律，但依然可以看出室内风速夜间减小、白天增大的规律，主要原因是夜间房屋大门被关闭，阻断了空气流动。

图7 测试期间室内风速

3 热湿环境评价

选用《民用建筑室内热湿环境标准》中非人工冷热源计算法对木板壁民居进行热环境评价，预计适用性平均热感觉指标APMV计算公式为

APMV=PMV/(1+λ·PMV)

(1)

式中：PMV为预计平均热感觉指标。λ为自适应系数，根据不同建筑类型和PMV的值确定取值，居住建筑夏季取0.21[11]。计算PMV所需变量取值见表2。

表2 PMV计算参数取值

通过计算得到APMV结果见图8、图9。

图8 夏季典型日室内APMV值

图9 夏季典型日APMV值比例

从图8中可以看到夏季典型日APMV值在±1之间即达到Ⅱ级以上的情况约占65%，超出±1即Ⅲ级的情况约占35%(图9)，因此，夏季大部分时间内堂屋的舒适度达到Ⅱ级标准。

4 讨 论

4.1 围护结构热工性能

从夏季测量结果可见室内温度较高，分析其围护结构热工性能，木夹壁民居墙体为厚2.5 cm松木板，热阻为0.18 (m2·K)/W，热惰性为0.69，与普通240 mm的砖墙热阻0.44 (m2·K)/W、热惰性1.88相比很小[11]，热阻不到砖墙的1/2，小青瓦冷摊屋面仅为一层10 mm厚瓦片，瓦重叠间有2～3 mm厚空气间层，热阻为0.1 (m2·K)/W，热惰性为0.28[12]，与钢筋混凝土屋面相比，热阻仅为1/2[13]，热惰性仅达到1/6，可见，木板壁的隔热性和热稳定性均较差。

4.2 通风状况

图10 自然通风分析

为进一步验证室内通风状况，利用PHOENICS软件对室内风速进行模拟，模型建构按实际设置，入口风速按实测值，外窗一直开启，堂屋大门夜间关闭，计算达到收敛后室内距地面1.1 m处风速分布情况见图11，从模拟结果可见，白天堂屋大门开启，空气流动通畅，风速较大，一天内总通风量为 18 332.4 m3/h；堂屋风速在0.2～0.6 m/s之间，且分布较均匀，中卧由于隔墙的阻挡，室内风速较小分布略不均匀，北卧通风最好，在夜间，堂屋仅有木格镂空窗通风，出风口变小，总通风量为6 874.8 m3/h，各房间出现涡旋区，各房间与白天相比风速减小。

图11 室内风速模拟结果

根据风力资源分布情况可知，重庆市风资源匮乏，全年无风情况占到21.8 %，风速在0～1 m/s的情况占了近1/4，1～3 m/s的情况占了近1/2[14]，在许多自然通风建筑中风速大于0.2 m/s且低于0.8 m/s是有利的[15]，该民居室内风速几乎都在该范围内，尤其是北卧，通风良好，把不利的围护结构变为有利的散热构件，显著提高了室内热舒适，体现出传统民居显著的气候适应性。

5 结 论

通过对重庆山地木板壁民居实测结果分析，得到以下结论：

1)木板壁民居夏季白天堂屋温度较低，而夜间卧室温度较低，这与居民的生活习惯及不同时段住户对环境的需求较一致，体现出传统民居热环境营造的生态智慧。

2)木板壁民居围护结构热阻小、热惰性差，夏季室内温度高于室外，但借助环境冷量，加强自然通风，显著改善室内热舒适，使夏季典型日达到Ⅱ级标准的时段为65%。

3)木板壁民居营造技术是对重庆地区气候特点的积极响应，重点解决了夏季的通风、散热，反映出传统民居具有显著的气候适应性。

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(编辑 胡英奎)

Climate adaption of wooden-plank wall dwellings in hot humid climate region

Yang Zhenjing, Xu Yanan, Peng Mingxi

(College of Architecture and Urban Planning; Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, P. R. China)

A typical house in Chongqing was measured during summer to investigate the condition of indoor thermal comfort and climate adaption of wooden-plank wall dwellings in Chongqing. According to the characteristics of the local buildings and the particularity of local residents’ living habit, the data of the field measurement was analyzed and the thermal environment was evaluated with APMV. The results showed that the indoor thermal comfort of wooden-plank wall dwellings in summer was improved mainly by natural ventilation and 65 percent of the typical day belong to categoryⅡ. In terms of the creation of thermal environment, traditional wooden-plank wall dwellings worked in concert with the local regional climate, and had a good adaption.

wooden-plank wall dwellings; field measurement; temperature and relative humility; natural ventilation; thermal comfort

2016-03-09

重庆市建设科技计划(2007075)

杨真静(1975-)，女，博士，副教授，主要从事建筑热工与节能研究，(E-mail)young30331@163.com。

Foundation item：Chongqing Construction Science & Technology Program(No.2007075)

TU111.3

A

1674-4764(2016)04-0001-06

10.11835/j.issn.1674-4764.2016.04.001

Received:2016-03-09

Author brief：Yang Zhenjing (1975-), PhD, associate professor, main research interests: building thermal environment and energy efficiency, (E-mail)young30331@163.com.