木板壁墙体独栋正堂式传统民居室内热环境研究

彭小洪，伍国正

(1.安徽科技学院 建筑学院，安徽 蚌埠 233000；2.湖南科技大学 建筑与艺术设计学院，湖南 湘潭 411201)

湘中地区在悠久的历史长河中孕育了无数绚丽多彩的传统民居，它是当地乡土精神与长期积淀的精湛技艺相融合的结晶，具有适应气候、顺应地形地貌等特点，最大限度地与自然保持整体的联系。随着我国社会经济的迅速发展，城镇化进程不断加快，给传统民居的保护与发展带来了新的挑战与机遇。现今，湘中地区传统民居依然有部分人居住，对于该地区传统民居室内热舒适度的研究依然是乡土建筑研究领域关注的重点[1-3]。

室内热环境主要包括空气湿度、空气温度、气流速度等因素，这些因素影响着使用者的身体健康、工作效率、生活水平，对于室内热环境的研究不可或缺。现阶段对于湘中地区传统民居的研究主要集中于建筑装饰艺术[4]、建造技术[5-6]、空间形态[7]等方面，对于传统民居室内热环境的研究成果甚少，缺乏相应的基础研究资料。木板壁墙体独栋正堂式传统民居广泛存在于湘中地区，是该地区主要的建筑形态之一，具有典型的代表性。以湘中地区木板壁墙体独栋正堂式传统民居为研究对象，在冬季和夏季自然条件下对室内外空气温度、湿度、照度等参数进行现场实测，分析其室内热环境变换规律，再根据AMPV评价标准，进行热舒适评价，最后总结室内热环境存在的问题，以便为湘中地区传统民居室内热环境的改善和新民居设计提供参考。

1 研究概况

1.1 研究对象

湘中地区地域面积大，风俗文化、地理地貌差异很大，形成了多种多样的传统民居。该地区属于亚热带湿润季风气候，夏季炎热，冬季寒冷；雨量充沛，日照充足；气候类型多样，立体变化明显。该地区年平均气温16.5 ℃，最高温度40.1 ℃，最低温度-12.1 ℃。年平均日照时数1 621.9 h，年平均降水量较充裕，约为1 350 mL，年平均相对湿度78%。

木板壁墙体独栋正堂式传统民居处于湖南省新化县楼下村，是第四批中国传统村落目录的村落。木板壁墙体独栋正堂式传统民居是一栋清代建筑，坐北朝南，除了厨房改建过，其余房间和主体结构基本保存完好，如图1和图2所示。它的外围护结构主要采用木材，墙体是木板壁和木骨泥墙，起居室和卧室的地面为架空木地板，堂屋和厨房为三合土地面。外窗和入户门均使用木质材料，起居室的窗户为单层玻璃，而卧室的窗户没有玻璃。屋顶采用坡屋顶，承重部位为木质檩条，檩条上架椽子，椽子上面盖上小青瓦[8]。

图1 木板壁墙体独栋正堂式传统民居南立面及实景

图2 木板壁墙体独栋正堂式传统民居西立面及实景

1.2 测试方案及实验设备

楼下村位于夏热冬冷3A区，夏季闷热、冬季湿冷。按照现有热工设计要求，建筑物必须满足夏季防热、通风降温要求，冬季应适当兼顾防寒。为了观测木板壁墙体独栋式传统民居应对不利气候的能力，选择夏季实测时间为2019年7月28日9：30至8月3日9：30，共6 d；冬季实测时间为2019年1月14日9：30到20日9：30，共6 d。主要实测房间为卧室、起居室，具体测点及平面布置如图3所示。测试内容包括室内外空气温度、湿度、照度。测试期间居民的起居方式与日常相同，没有开启空调。测量仪器主要有：测量照度的胜利VC1010C型仪器，每隔30 min测一次；测量温湿度的建大仁科Cos-03型仪器，内置探头，温度测量精度±0.2 ℃，湿度测量精度±2% RH，每隔10 min自动记录一次。

图3 木板壁墙体独栋正堂式传统民居测点及平面布置图

2 测试结果及热舒适评价

2.1 室内热环境测试结果

2.1.1 冬季实测结果及分析

冬季测试期间为娄底地区最寒冷的月份，能反映出木板壁墙体独栋正堂式传统民居冬季应对不利气候条件的能力，比较具有代表性。为了更好地分析传统民居室内外气温的变化规律，选取测试期间室内外气温较稳定的2019年1月15日上午9：30至18日上午9：30连续3 d的实测数据进行分析(如图4和图5所示)，选取1月15日9：30～17：30这段时间做照度实测分析(如图6所示)。

由图4可知，在实测期间室外平均温度为3.8 ℃，传统民居卧室的平均温度为6.2 ℃，起居室的平均温度为3.7 ℃。在测试期间，室外、卧室、起居室都存在一定的空气温度波动幅度，其中卧室空气温度波动幅度最小，室外和起居室波动幅度较大，原因在于测试期间卧室窗户紧闭，门偶尔打开，受室外空气温度影响较少，波动幅度小；起居室是住户休闲、娱乐、吃饭的场所，也是使用最多的场所，使用期间主要靠蜂窝煤取暖，经常有人出入，门开启较频繁，再加上堂屋的入户门白天一直打开，导致起居室空气温度受室外空气温度和蜂窝煤取暖影响较大，波动幅度较大。传统民居室内外空气温度的走势基本保持一致，最高温度和最低温度没有太大的延迟，说明其围护结构不利于冬季的保温。

图4 木板壁墙体独栋正堂式传统民居冬季室外及各房间温度实测结果

由图5可知，在实测期间室外平均相对湿度为82.7%，传统民居卧室的平均相对湿度79.9%，起居室的平均相对湿度为85.9%。在测试期间，起居室相对湿度波动较小且在整个测试期间基本处于相对稳定状态，卧室和室外相对湿度波动幅度很大。对于长期逗留的区域，人体热舒适相对湿度的范围为30%～70%[8]。可见木板壁墙体独栋正堂式传统民居室内相对湿度过高，远远超过人体热舒适相对湿度的范围，因此该地区应该更加注重室内相对湿度的改善。

图5 木板壁墙体独栋正堂式传统民居冬季室外及各房间相对湿度实测结果

由图6可知，在实测期间室外平均照度为282.2 lx，最高照度为432 lx，最低照度为83 lx；卧室平均照度为12.3 lx，最高照度为20.2 lx，最低照度为1.8 lx；起居室平均照度为229.4 lx，最高照度395 lx，最低照度11 lx。在测试期间传统民居的卧室、起居室的天然光照度的峰值(出现在11：30)和谷值(出现在17：30)和室外天然光照情况基本保持一致[9]。卧室和起居室在冬季测试期间(9：30～17：30)的测点照度均不满足要求[10]。原因是，测试期间的天气状况不好，室外照度较低；卧室只开了一个小木格栅窗，一直用布遮挡着且很少开启，室内采光严重不足，需要人工照明。

图6 木板壁墙体独栋正堂式传统民居冬季室外及各房间照度实测结果

2.1.2 夏季实测结果及分析

夏季测试期间为娄底地区最炎热的月份，室外温度较高，比较具有代表性。为了更好地分析木板壁墙体独栋正堂式传统民居夏季室内外气温的变化规律，选取测试期间室内外气温较稳定的2019年7月31日上午9：30到8月3日上午9：30连续3 d的实测数据进行分析如图7和图8所示。

图7 木板壁墙体独栋正堂式传统民居夏季室外及各房间温度实测结果

图8 木板壁墙体独栋正堂式传统民居夏季室外及各房间温度实测结果

由图7可知，在实测期间室外平均温度为29.3 ℃，传统民居卧室的平均温度为27.6 ℃，传统民居起居室的平均温度为28.1 ℃。在测试期间，卧室、起居室与室外温度走势基本保持一致，上午8：00左右，受到太阳的辐射，室外、卧室、起居室温度逐渐升高，传统民居起居室的空气温度上升较快，室内外空气温度在14：00达到最大值，然后温度逐渐开始下降，但室外空气温度下降更快，在凌晨5：30左右室内外空气温度均达到最低值。室内外空气温度在傍晚17：30左右以后相差不大，说明木板壁墙体独栋正堂式传统民居在夏季白天防热效果不佳，但是在夜间散热效果很好。

由图8可知，在实测期间室外平均相对湿度为75.9%，传统民居卧室的平均相对湿度86.3%，起居室的平均相对湿度为82.5%。在测试期间，传统民居室内外相对湿度较高，大部分时间室内房间的相对湿度在70%以上，但未发现墙壁地面结露现象，反映了娄底地区夏季湿热的气候特点。上午8：00左右，受到太阳的辐射，传统民居室内外空气温度开始缓慢升高，相对湿度逐渐降低，室内外相对湿度在14：00左右达到最小值，然后室内外相对湿度逐渐开始回升，在凌晨5：30左右室内外相对湿度均达到最大值。在夜间，传统民居室内外相对湿度相差不大，原因在于木板壁墙体热惰性较差，密闭性差，利于通风散热。

2.2 室内热环境评价

根据实测试期间得到的室内热湿环境数据，分别计算得到了木板壁墙体独栋正堂式传统民居室内各房间的APMV变化曲线如图9和图10所示。

图9 木板壁墙体独栋正堂式传统民居冬季室内各房间APMV实测结果

图10 木板壁墙体独栋正堂式传统民居夏季室内各房间APMV实测结果

由图9可知，在冬季实测期间，卧室APMV值达到Ⅱ级热湿环境(-1≤APMV<-0.5)的时间约占100%，起居室达到Ⅰ级热湿环境(-0.5≤APMV≤0.5)的时间约占12%，达到Ⅱ级热湿环境(-1≤APMV<-0.5)的时间约占88%。木板壁墙体独栋正堂式传统民居冬季室内热湿环境达到Ⅱ级及以上的时间超过80%以上，说明其热湿环境较好，大多数时间满足使用需求。

由图10可知，夏季测试期间，卧室APMV值达到Ⅰ级热湿环境(-0.5≤APMV≤0.5)的时间约占11%，达到Ⅱ级热湿环境(0.51)的是时间约占40%；起居室达到Ⅰ级热湿环境(-0.5≤APMV≤0.5)的时间约占1%，达到Ⅱ级热湿环境(0.51)的时间约占54%。木板壁墙体独栋正堂式传统民居夏季卧室热湿环境达到Ⅱ级以上的时间占60%，起居室热湿环境达到Ⅱ级以上的时间占46%,说明其卧室热湿环境较好，起居室热湿环境较差，但是在夜间均能达到Ⅱ级以上热湿环境，甚至有小部分时间能达到Ⅰ级热湿环境，原因在于木板壁墙体热惰性较差，密闭性差，白天防热不佳。

通过对实测结果可以得到湘中地区木板壁墙体独栋正堂式传统民居卧室和起居室的热湿环境结果如表1所示。在夏季实测期间卧室60%时段处于Ⅱ级以上标准，起居室将近一半时段处于Ⅱ级以上标准，冬季实测期间室内均处于Ⅱ级以上标准，其中起居室12%时段处于Ⅰ级标准。总的来说，木板壁墙体独栋正堂式传统民居夏季室内热舒适度较好，冬季室内热湿环境较差，其原因在于围护结构密闭性相对不好、热惰性差、热阻小，在夏季白天防热效果不佳，夜间有利于通风散热，但在冬季冷风渗透严重。

表1 木板壁墙体独栋正堂式传统民居室内热湿环境结果 单位：%

3 结 语

通过对湘中地区木板壁外墙独栋正堂式传统民居进行冬季和夏季自然条件下的实测结果分析，得到如下结论:

(1)木板壁墙体独栋正堂式传统民居在夏季利用自己独特的营造技术，解决了房屋的通风、散热，这是该地区人民从实践中得到的生态营建智慧。

(2)木板壁墙体独栋正堂式传统民居在冬季室内温度较低、相对湿度过高，并且室内采光严重不足。建议在冬季采用局部取暖，增强室内人工照明强度。

(3)木板壁墙体独栋正堂式传统民居围护结构密闭性相对不好、热惰性差、热阻小，在夏季白天防热效果不佳，夜间有利于通风散热，但在冬季冷风渗透严重。在夏季实测期间卧室60%时段处于Ⅱ级以上标准，起居室将近一半时段处于Ⅱ级以上标准，冬季实测期间室内均处于Ⅱ级以上标准，其中起居室12%时段处于Ⅰ级标准。