夏热冬冷地区住宅热环境状况调研及分析——以长沙某住宅小区建筑为例

赵 莹

（陕西财经职业技术学院 陕西咸阳 712000）

1 前言

随着绿色生态建筑观念的深入人心，人们对高品质住宅环境的追求也不断提高。尽管近年来我国新建住宅大多是按节能标准来建设的，住宅环境的舒适性也比以前有很大的提高。然而，在近期内，老式住宅建筑的比例依然很大。这些老式住宅能耗大，热环境状况差，已经满足不了人们对舒适性建筑的追求，要建设真正意义上的舒适性节能住宅，就必须加强对老式住宅建筑的节能改造，提高其热舒适性。本文以长沙某住宅为例，对具有夏热冬冷气候特征地区的老式住宅建筑进行热环境状况调研分析，并根据分析结果提出了具有可行性且经济的节能改造措施。

2 调研结果及分析

2.1 建筑特性状况调研结果

长沙市位于湘东偏北，北纬20°，东经113°，季节变化明显，平均气温为18.2℃，1月最冷，平均气温4.7℃；7月最热，平均气温29.4℃。全年无霜期平均275d，平均降水量约1400mm，是典型的夏热冬冷气候区。本文考察的建筑为长沙某小区的一栋6层住宅，层高2.8m，没有地下室，为平屋顶，图1为其标准层平面图。

据调查，用于室外的玻璃窗户，57%的住户是单层玻璃，43%的住户使用双层玻璃。

夏季，就使用遮阳物而言，使用遮阳物的住户占81%，不使用遮阳物的住户占19%。在采取的遮阳方式上，采用窗帘遮阳的住户占89%，没有采用任何措施的住户占1%，在玻璃上贴纸的住户占3%，以其他方式作为遮阳的住户占7%。

在使用窗户材料上，95%的住户采用了铝合金窗户，仅有5%住户使用了塑钢窗户。

就阳台的使用情况而言，87%的住户的阳台没有封闭，仅13%的住户的封闭了阳台。

图1

2.2 住宅的热环境状况调研结果

从温度测试结果看，7月中旬下午14点30分，室外平均温度36.1℃，室内温度30.2℃。调查结果显示，下午使用空调改善室内高温环境的住户占79%，使用电扇的住户占15%，采用其他方式的住户占5%，没采取任何措施的住户占1%。住户反映夏季为住宅建筑用电耗能高峰期，主要用于改善室内的热舒适度。

根据在夏季使用空调和不使用空调的情况下住户对室内热环境的舒适度评价，使用空调时，有54%的住户认为室内热环境适中，16%的住户感觉室内偏热，住户感觉室内微凉和比较凉的分别占15%；不使用空调时，有17%的住户认为室内热环境适中，44%的住户感觉偏热，32%的住户感觉室内比较热，7%的住户感觉室内很热。

根据住户在夏季使用空调时对室内环境热舒适度的主观评价，有79%的住户认为室内环境是舒适的，16%的住户感觉稍不舒适，5%的住户认为可以忍受。住户认为使用空调时不舒适是因为空气干燥浑浊，而且换气量不够，感觉闷，室温降不下来。

根据夏日下午的数据测量，从总体上看，建筑内湿度随楼层上升而呈增大的趋势。

2.3 住宅的通风环境状况调研结果

对住宅通风舒适度评价[1]，有72%住户认为是舒适的，19%的住户认为没有特别感觉，有9%住户有不舒适感。其中，77%的住户感觉头部有通风感，15%的住户感觉头部有微通风感，感觉头部没通风感的住户占8%；49%的住户感觉背部有通风感，44%的住户感觉背部微有通风感，背部没有通风感的住户占7%；47%的住户感觉脚部有通风感，34%的住户感觉脚部微有通风感，感觉脚部没有通风感的住户占19%。

2.4 分析

热环境的评价先后提出了各种评价指标，其中，丹麦学者范格尔（P.O.Fanger） 提出的热感觉指标 PMV（Predicted Mean Vote） 和 PPD（Predicted percentage of Dissatisfied）应用最广泛，根据PMV计算公式PMV=（0.303e-0.0361M+0.0275）L）（式中：M为人体单位体表面积的新陈代谢率，W/m2；E为单位体表面积的人体热负荷，即人体内的产热与对外的散热之差，W/m2。）及测量结果，认为该住宅的PMV值超过了我国可视为热舒适环境的PMV值（-1～+1之间）。根据国家标准GB50019-2003规定，居民住宅标准温度冬季 18～22℃，夏季 22～26℃，相对湿度均为 40～60%[2]，本案住宅的实测温湿度都达不到国家标准。可见本案住宅是能耗高、热舒适度比较差的非节能住宅。

根据影响室内热环境的因素（构造特性、采暖和空调等设备）分析[3]，本案在设计建设之初，没能按照绿色建筑评价标准建设[4]，具体如下几个方面：

（1）住宅外墙热工性能不良。墙体为住宅的主体部分，是建筑室内外热交换的主要介质，外墙对室内热环境有着保温隔热的作用。根据物体导热公式Q=λ△TF/L（Q为墙体的导热量，W；F为墙体的截面积，m2；△T为墙体内外的温度差，K；L为墙体厚度，m；λ为墙体的导热系数，W/（m·K））得出，墙体所用材料导热系数大、厚度薄，则通过的热流密度愈大[5]。本住宅用的240mm厚粘土砖墙（砖的导热系λ=0.7W/（m·K）），没有增加一层保温材料，所以保温性能较差。根据材料蓄热系数公式s=sqrt（2πλρc/T）（sqrt是开平方，π=3.1415，λ 是材料的导热系数，ρ 是材料的干表观密度，c是材料的比热，T取24h）及墙体的热惰性指标D（D=R·S即其热阻与材料蓄热系数的乘积）计算得出，本住宅墙体只用了240mm厚粘土砖墙，致其蓄热系数小，热稳定性差，其D值也小，使得该墙体的隔热性能差，夏季不能有效阻止室外高温传入室内。

（2）门窗设计不合理，约有1/3的热能经门窗损失掉。住户基本采用铝合金窗户，由于铝合金导热热阻小，增加了房间的热负荷，同时铝合金窗框散热系数大，也易产生冷桥，且多使用的单层玻璃，不利于室内保温隔热。当存在温差的时候，高温一端将经过铝合金窗户向低温端辐射热量。在有温差和空气压差时，热空气会通过门窗缝隙渗漏。

（3）屋顶采用的是平屋顶，平屋顶的防水性能较差，而且耗能较多。由于气温高、湿度大，不能通风的平屋顶隔热效果更差。且平屋顶的散热系数大，保温性能也差。

在空气湿度方面，因为室内排出的空气湿度相对比较高，特别是从厨房和卫生间的窗户排出的空气，与建筑内部空气混合，将使建筑内空气湿度增加。

在通风方面，由于设计原因，其建筑物长度过长，形成的旋涡区大，过多的背风面住户处于漩涡区而没有通风。住宅的开口设计也不合理，不能很好的联系室内和室外形成的正压区和负压区，没有能很好的组织穿堂风，导致该住宅没有形成良好的通风。

在阳台使用方面，由于大多住户没有封闭阳台，在夏天室外热量更易传进室内，冬季冷空气也易传进室内。

从窗帘的使用情况来看，使用窗帘等遮阳措施可以阻止室外热量传进室内，有效地减少室内的热量。使用不当或者没有使用窗帘的用户，其住宅的保温隔热性能就较差。

3 改善建议

3.1 围护构造的改善

建筑围护结构的能量有53%是通过窗户损耗的。因而门窗的节能设计是绿色建筑设计的一个关键。本文认为可以通过以下方法减少热损耗：提高门窗材料的隔热性能，增加窗户玻璃的层数，可以在内外层玻璃间形成密闭的空气层或惰性气体，还可以采用中空玻璃、隔热玻璃、塑钢材料等新型材料；注重细部设计，增强窗和墙之间的密闭等措施减少空气渗透及通过室外空气渗透引起的冷热负荷；控制好住宅的窗墙比，减少通过窗户散发的热量或冷量。在门的空腹内填充绝热性能好的材料，以增加其绝热性能。

墙体是外围护结构的主体，墙体材料的保温隔热性能影响了整栋住宅的热损耗量，因此可以在外墙上添建保温层，可以阻隔室内热量通过墙体向外扩散，提高供热效果。

在屋面节能设计方面，选用密度较小、导热系数较低的保温材料；屋面保温层应采用吸水率较小的保温材料，以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。

对于住宅的结构形式，应尽可能增加净空高度，采用双层玻璃窗，封闭阳台，使用窗帘等遮阳物，以减少太阳辐射的热量。

3.2 设计合适的通风方式

可增大开口面积，以争取自然通风，开口位置的布置应尽量使室内气流场的分布均匀，并力求风能吹过房间中的主要使用部位；设计贯通好门、窗的相对位置，减少气流的迂回和阻力。在纵向间隔墙适当部位开设通风口或可以调节的通风构造；利用天井、小厅、楼梯间等增加建筑物内部的开口面积，并利用这些开口引导气流，组织自然通风。

3.3 其他措施

其他可采用措施还有屋顶绿化；充分利用可再生能源，如太阳能光电、光热系统；建筑外遮阳与内遮阳相结合，降低空调负荷；采取小区雨水收集回用系统，下凹绿地、透水地面等雨水回渗措施；采取生活污废水分流，分质供水等。

4 结语

对老式建筑的节能改造，首先要通过各种技术手段减少能耗和排放，才能创造出舒适的室内热环境。同时我们也要认识到改造不同于新建，改造应是在最大限度得不破坏原有建筑的基础上进行优化改造，用最经济的方法创造最好的效应，走可持续发展的道路，为人们创造舒适的住宅环境。