徽州民居夏季室内外热环境参数响应规律

■ 黄志甲 Huang Zhijia 郑良基 Zheng Liangji 鲁月红 Lu Yuehong 余梦琦 Yu Mengqi

0 引言

徽州民居作为我国传统民居的典型代表之一，在文化传承上有着举足轻重地位，同时也蕴藏着大量古人适应地域气候，改善居住环境的智慧经验。诸多研究者曾对徽州民居进行过室内外热环境参数连续监测和室内舒适度实际调研，将不同功能房间或不同建筑之间的热环境参数进行对比[1-4]，旨在了解徽州传统民居的室内环境特征，分析围护结构的保温隔热性能[3]，以及遮阳[3]、通风[4]、天井[5]和冷巷[6]对徽州民居室内环境营造所起的作用。在室内居住环境热舒适评价上，热舒适指标（PMV-PPD指标）[7]及其修正值在自然通风建筑中应用有较大偏差[8、9]。根据Yao等人[10]的观点，提出预测适应性平均热感觉（aPMV）评价方式。该方法考虑了人的适应性，被用作我国自然通风建筑湿热环境的评价标准[11]，在福建古民居和重庆夯土民居中得到了应用[12、13]。

本文将在此基础上，着重对夏季炎热气候条件下室内与室外各热环境参数逐时响应关系进行分析，掌握徽州传统民居室内热环境在炎热天气条件下的状态及其形成原因，以期为徽州传统民居被动设计技术的传承与创新提供研究基础。

1 测试对象

安徽泾县厚岸乡查济村的馀庆堂，是具有徽州民居典型元素的一字型天井建筑，两进前后布置。外墙为黏土砖空斗墙，内部隔断基本为单层木隔墙，坡屋顶结构。厅堂位于全宅中心，左右两侧是厢房（图1）。

测试时间选在2016年7月25 ～27日，测点布置在室外、厅堂和厢房，通过对夏季最炎热时间段的24h监测，得到室内外热环境参数逐时响应的基础数据。所需测试仪器见表1。

图1 馀庆堂平面布置图

表1 测试仪器和相关说明

2 室内外热环境参数响应关系

2.1 空气温度（ta）、平均辐射温度（tr）

如图2 所示，白天随着太阳辐射强度逐渐增强，6:00～15:30这段时间内室外平均辐射温度和气温呈快速上升趋势，居室内受室外温度上升影响，平均辐射温度和空气温度也有上升，但速率缓慢。15:30左右，室外平均辐射温度达到峰值66℃，远高于厅堂平均辐射温度峰值36℃和厢房平均辐射温度峰值30℃；室外气温达到峰值42℃，高于厅堂气温峰值35℃和厢房气温峰值30℃。室外平均辐射温度日较差达到40℃，气温日较差达到17℃，厅堂平均辐射温度和气温日较差均为8℃，厢房平均辐射温度和气温日较差均为5℃。可见，室内外的温度响应关系表明了徽州民居具有良好的隔热性能，封闭的外墙能将白天的太阳辐射热量挡在室外；晚上室外气温低于室内温度，又可以利用夜间通风来带走室内热量。

图2 炎热气候条件下室内外温度响应

2.2 湿度

如图3所示，室外相对湿度呈现日低夜高的周期性变化，波动幅度大，在39%～93%之间；厅堂的相对湿度也呈周期性变化，但其波动幅度较室外小，在60%～90%之间；厢房的相对湿度比较稳定。采用气象上温度露点差在5℃以内作为湿区，2℃以内的区域作为饱和区[14]。室内外温度露点差曲线与相对湿度线呈反方向，在一天的波动当中，室外温度露点差处于湿区时间频率的占样本总数的56%，处于饱和区时间频率的占25%；厅堂温度露点差处于湿区时间频率的占样本总数的71%，处于饱和区时间频率的占10%；另外，有阁楼和地笼结构的厢房一直处于湿区内，基本不出现饱和区，说明徽州民居室内虽然湿度较大，但建筑设计上起到一定的防潮作用。

2.3 空气流速

如图4所示，白天室外风速在0.1～0.6m/s之间波动，峰值出现在正午时分；厅堂作为过渡空间，正对大门且有天井与室外相连，受室外影响，风速在0.1～0.3m/s之间波动；厢房由于受到围墙阻隔，受室外风速影响较小，一天均处于无风或者静风状态。夜晚门关着的情况下，厅堂和厢房均处于静风状态。虽然居室内风速不大，但通风换气次数都在2次以上，能够保证室内空气品质的通风要求。

2.4 预测适应性平均热感觉（aPMV）

如图5所示，在炎热的夏季，清晨室外aPMV指标逐渐升高达到峰值，并持续到傍晚才出现衰减。室外与厅堂aPMV指标的上升与衰减起点基本保持同步，但厅堂达到峰值比室外延迟2～3h。在夜间，室外气温比室内低，建筑有一定蓄热作用，使得室内舒适度比室外差。厢房的aPMV指标与室外和厅堂相比均有延迟，且低于室外和厅堂。图5中，在aPMV指标达到最大值的一段时间内，并不能区分室外和厅堂的热舒适区别，这和实际情况差别很大。事实上，由于建筑隔热，厅堂内的热舒适性要比室外高很多，但aPMV指标并不能评价此时热舒适的差别，因此，笔者认为，aPMV指标在炎热的夏季并不能评价民居的热舒适性。

图3 炎热气候条件下室内外湿度响应

图4 炎热气候条件下室内外风速响应

图5 炎热气候条件下室内外aPMV响应

3 结语

综上所述，我们可以得出以下结论：①在炎热天气条件下，徽州传统民居室内平均辐射温度不随室外平均辐射温度变化，体现了徽州传统民居围护结构隔热性能优良。②徽州传统民居室内湿度波动幅度较室外小，厢房相对湿度相对稳定，且饱和区时间短，说明建筑具有一定调湿和防潮能力。③虽然徽州传统民居的室内风速较室外小，但通风换气次数足够。④需指出的是，aPMV指标在炎热的夏季不能评价民居的热舒适性。

上述研究结果对于掌握在炎热天气条件下，徽州传统民居室内热环境状态及其形成原因，以及徽州传统民居被动设计技术的传承与创新都具有一定的指导意义。

参考文献：

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[3]宋凌, 林波荣, 朱颖心．安徽传统民居夏季室内热环境模拟[J]．清华大学学报（自然科学版）, 2003, 43(6)：826-828,843．

[4]黄志甲, 董亚萌, 程建．徽州传统民居气密性实测研究[J]．建筑科学, 2016, 32(8): 115-118．

[5]李娟．天井对徽州传统民居室内热环境影响[J]．武汉工程大学学报, 2014, 36(9): 12-15．

[6]林波荣, 谭刚等．皖南民居夏季热环境实测分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2002, 42(8): 1071-1074．

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[10]R M Yao, B Z Li , J Liu. Myers S. A theoretical adaptive model of thermal comfort - Adaptive Predicted Mean Vote(aPMV) [J]. Building and Environment. 2009, (44):2089-2096.

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[12]陈沂, 唐颢磊等．福建桂峰村古建民居的建筑物理环境测试与分析[J]．建筑科学, 2016, 32(6)：14-20．

[13]杨真静, 田瀚元．巴渝地区夯土民居室内热环境[J]．土木建筑与环境工程，2015, 37(6)：141-146．

[14]杨雪燕, 周宪明等．日本数值预报产品温度露点差检验及订正方法[J]．吉林气象，1999(3)：21-22．