闽南砖木结构官式大厝热环境与节能措施分析——以厦门市新垵村新垵社为例

何 苗

（厦门理工学院土木工程与建筑学院，福建厦门361024）

闽南砖木结构官式大厝热环境与节能措施分析
——以厦门市新垵村新垵社为例

何 苗

（厦门理工学院土木工程与建筑学院，福建厦门361024）

对厦门市海沧区新垵村新垵社典型砖木构官式大厝民居进行夏季热环境实测和调查，分析闽南官式大厝砖木结构的热环境特征.结果显示：室外一日内的温度波幅为13.6℃，而室内的仅为4.1℃；室外一日内的相对湿度波幅为37.6%，而室内的仅为17.6%.说明砖木构大厝在保温隔热、调节室内外温度和湿度方面具有良好的热工性能，但是其窗、屋顶和地面仍有许多的不足，应对建筑局部构造进行节电改造，设置防水屋面，组织建筑采光，利用绿化，改善庭院地面等.

热环境；节能设计；官式大厝；砖木构民居；闽南

具有千年历史的砖木构建筑，是中国传统民居的代表性建筑形式之一，也是闽南地区当地混合结构建筑的重要组成部分.闽南砖木官式大厝在长期的发展中，逐渐适应了当地的地理气候特点，积累了其特有的低技术与低能耗建造技术.它不仅反映了深厚的闽南人文文化特征，其良好的热工性能和节能性，也十分值得现代新建民居借鉴.但是，目前对闽南官式大厝节能研究仅停留在空间布局、自然通风、表皮材料选择等方面［1］，却没有真正从室内热环境实测数据去分析、提取、验证闽南官式大厝采用砖木结构的建筑技术优势.本文选取典型的砖木构闽南官式大厝——厦门市新垵村新垵社进行温度和湿度研究，分析其所用材料适合本土环境方面的优势与不足，并通过自身的功能空间、构造措施的劣势调整与改进来满足居住者的需求，以保存和发展闽南官式大厝，为保留文化遗产和发展新农村建设提供借鉴.

1 闽南气候环境与研究方法

1.1 气候环境

闽南地区占有今福建省泉州市、厦门市、漳州市、龙岩市的部分县市和广东省潮汕地区，大部分处于沿海地区.闽南地区在我国气候分区中位于夏热冬暖地区［2］.夏季太阳辐射量大，7月平均气温20～39℃，平均相对湿度高达80%，为高温潮湿多雨的气候.因此，建筑中的气候设计主要针对夏季防热、通风问题.本文以厦门市海沧区新垵村新垵社为对象，取一年中最热的时间段进行测试研究.

1.2 研究方法

新垵社位于厦门市海沧区的西南部，全社总人口约2 120人.村中官式大厝可分为2类：一类为两进三开间大厝，数量较少且大多败落或保护等级不高，没有修复与改造的必要；另一类为两落五开间大厝.由于近代当地海外归侨较多，经济较好，新垵社以两落五开间的大厝为主，最具有保护和再利用价值，且所居住居民的保护意识较强，大多保存较好.全村保存较好的两落五开间官式大厝为30多栋，保存下来的数量和规模在闽南地区较为罕见.村社中100 a以上的砖木大厝构建筑5栋，其余在20世纪30年代后期建成.因此，本文以两落五开间的官式大厝为主，对厦门市海沧区新垵村新垵社的30间两落五开间大厝进行调研，并选取2栋百年以上和2栋20世纪40年代的大厝作为实测对象，进行了详细建筑测绘和温度、湿度测试分析.采用问卷调查方式作为研究的补充材料，对官式大厝的基本现状、热舒适度、使用情况、能源消费构成等方面进行深入考察.研究共发放了50份问卷，其中37份为有效问卷.

研究的测试数据由RHLOG智能型温湿度自动记录仪测得，仪器的测量精度为 ±0.3%，分辨率为±0.1%；测量时温度以摄氏度为单位，用符号 “℃”表示，湿度为相对湿度，用符号%表示.空气温度的连续实测点包括边房 （测点1）、大房 （测点2）、正厅（测点3）、护厝 （测点4）、榉头 （测点5）、主天井下（测点6）、前埕即室外 （测点7） （1.2 m高度），具体见图1.测试时间段为2013年7月14日5：00至16日5：00，周期2 d，测量期间厦门市海沧区的天气情况见表1，1.5 h自动记录一次.

图1 邱得魏故居庆寿堂平面图Fig.1 The pIan of the former residence named Qingshoutang of Qiu Dewei

表1 测量期间厦门市海沧区天气情况TabIe 1 The weather of the Haicang District，Xiamen during the instrument for measuring

2 闽南官式大厝的现状与构造特点

新垵社的官式大厝整个平面呈四合院布局.平面多为两边对称的五开间二进合院式民居，面积大多在1 200 m2左右.在主体建筑两侧围以纵向，左右护厝；主厝之前为石砌前埕.主要建筑中轴线上由南至北依次为前厅、石砌天井、正厅和后轩，如图1所示.

2.1 承重结构

插梁式木构架与砌体墙结合的垂直承重结构成为建筑主要承重结构.柱体由200～300 mm的笔直圆木构成，而横向承重结构则由宽 20～30 mm、高200～300 mm的圆木构成 （见图2）.主要建筑部分 （即前落与后落）由六路架、五架座梁支撑大屋顶，大部分承重柱保存完好.

图2 屋架图［5］Fig.2 The roof structure profiIe

2.2 围护结构

隔墙与壁柱、角柱为红砖实砌方式砌筑，墙体宽度为370 mm以上；辅助材料为壳灰.承重墙和镜面墙为红砖空斗砌方式砌筑，墙体宽度为400 mm左右，辅助材料为壳灰、夯土与砾石.顶厅与下落厅面向中庭方向完全开敞，而房间使用对开木质内平开窗扇 （见图3）.

图3 木质平开窗Fig.3 Wooden casement window

2.3 屋顶结构

建筑采用三川脊坡屋顶 （见图4）的形式，其檐口出挑较远，具有良好的防晒防雨功能.前落与后落的屋面暗厝和脊端暗厝，以及房间室内阁楼与屋顶之间，由木框架构建形成的空气间层，产生了良好的通风隔热效果.

图4 三川脊与前埕Fig.4 Sanchuan ridge and the front of the house

2.4 地面

室内地面多由六边形红砖拼接而成，具有一定的防潮作用，室外地面大多以长条形白石铺面.

3 闽南官式大厝的夏季隔热效果测试

3.1 夏季室内外温度比较

根据实测绘制室内外温度范围表和测试点1～7的湿度变化表，如表2与图5所示.室外一日内测定的最大温度差即波幅为13.6℃，而大房、边房、榉头等室内平均最大波幅仅为4.1℃，比室外低了9.5℃，室内波幅明显大大减小.这是因为室外热传递经过围护结构的衰减，变得相对稳定，这也说明了砖木结构建筑夏季防热性能非常好.

正厅 （测点3）与榉头测得的平均温度分别为26.3，26.5℃，比一般的房间平均温度分别低0.7，0.5℃；其最高温度均为27.8℃，比一般的房间平均温度低0.9℃.说明主天井的热缓冲和热压通风起到了很好的被动降温作用，尤其是夜间的降温效果尤为突出.

室内外最低温度幅度均在1.6℃之内，没有很大的差别.说明建筑维护结构的保温性能低.这是由于当地处于夏热冬暖地区，当地传统民居官式大厝主要依赖被动式而非空调设备放热降温，所以建筑保温反而会阻碍建筑散热.

表2 室内外温度范围表TabIe 2 Indoor and outdoor temperature range tabIe℃

图5 测试时间温度变化Fig.5 The temperature change during the test time

3.2 夏季室内外湿度比较

根据实测绘制室内外湿度范围表和测试点1～7的湿度变化表，如表3与图6所示.室外湿度一日最大波幅为37.6%，室内一日最大波幅为17.6%，比室外波幅小20%，且室外在白天7：00至17：30之间的湿度较低，且湿度波幅变化为16%，而室内为16.7%，说明室内具有一定的湿度稳定性.除了东西向的护厝 （测试点4）和榉头 （测试点5）的湿度在凌晨1点到早上10点之间超过65%以外，正厅、大房和边房 （测试点1～3）主要居住点的湿度均在最适宜人类生活的45%～65%.相对于夏季高湿度的海沧区而言，这已经说明了建筑整体调节湿度功能较好.

表3 室内外湿度范围表TabIe 3 Indoor and outdoor humidity range tabIe %

图6 测试时间湿度变化Fig.6 The humidity change tabIe during the test time

大房、边房与护厝均仅开一窗，且开窗面积小而昏暗，整个房间内的窗地比不到0.04，造成室内采光和房间中部的通风效果较差，相对于开敞的正厅与榉头应较为潮湿，但实测结果却正好相反.边房、大房、护厝的平均湿度分别为58.4%，62.4%，62.7%，比正厅分别低7%，3%，2.3%，这是由于房间的比表值比正厅大.而房间窗地比较小的状况，需改善室内采光和通风效果.

4 闽南官式大厝的节能优势及不足

4.1 闽南官式大厝的节能优势

4.1.1 木材节能性 由测试数据可见，闽南官式大厝的室内温度控制在25.1～29.2℃ （见表2），这是由于其坡屋顶形成的通风隔热间层阻隔了室外热传递并带走部分热量.木材独特的蜂窝结构使其具有出色的隔热性能［3-4］.研究表明，若达到同样的保温效果，木材需要的厚度是混凝土的1/15、钢材的1/400.木材的低传热系数在单层结构的情况下就能为围护结构提供较好的保温隔热性能，而通过复合和多层化设计将会有更大的提升空间［5］.

4.2.2 砖的节能性 大厝红砖是闽南独有的烟炙砖，其蓄热系数小，起到了很好的降温作用.相对于现在民居的水泥砖砌墙，官式大厝运用烟炙红砖效果比水泥砖要好，因为红砖的主要材料是粘性土［6］，决定了导热系数要比水泥类材料小.再加上红砖的吸水性强，具有呼吸特性，能够调节室内外湿度，净化空气.

4.2 闽南官式大厝的不足

4.2.1 窗 为了避免太阳辐射过多进入室内，传统大厝中房间窗地比均不大于0.2，以致房间采光及通风效果较差.对于夏季高温度高湿度的闽南地区，室内就会时常处于阴暗闷热的状态，且容易导致霉菌滋生，腐蚀木材，人的身体健康也会受到影响.房间窗户均为内双开木板门窗，其密实性较差，成为夏季空调能耗的薄弱点，也影响了夏季防虫和冬季御寒能力.

4.2.2 屋顶 屋顶材料为瓦片且以石灰粘合嵌缝，日久风化易渗水进入梁架结构.梁架木材结构虽然经过一些防腐防火处理，木头常年经过渗水腐蚀易腐烂，从而导致屋顶结构沉降变形，所以现有屋顶需要定期翻新屋面.

4.2.3 地面 原先为了满足晒谷等需要，室外石埕铺地采用泉州白石，但夏季在太阳的照射下反射强烈.同时当地产业结构变化导致室外石砌前埕晒谷功能弱化，加上宅邸与宅邸之间道路开拓放宽，部分围墙与石埕变成宅间道路的一部分，部分石埕毁坏.

5 砖木构民居节能改进建议

以绿色建筑评价标准为依据，针对闽南地区砖木构官式大厝的不足，以被动式构造设计手段为主，提出优化改造新农村砖木构建筑的设计建议.

5.1 屋顶

部分大厝屋顶材料年久失修，面临翻新改造的问题.为了不改变原有大厝屋顶的形式，翻新时保留原有骨架，然后增加防水油毡，达到防水性以保证木架结构干爽，再覆以板瓦和筒瓦或望板.

由于海沧地区居民经济水平较高，且闽南地区太阳光热能充足，建议可在坡屋面放置平板太阳能热水系统与薄膜式太阳能光伏发电系统一体化装置（见图7）.走访调查中发现：太阳能热水器在部分大厝住户中已有安装，但是由于使用年限及产品质量等问题，使得实际使用效率并不理想.建议对于那些还可以继续使用的加以利用，出现问题的则进行更新或替换.在替换过程中，尽量使太阳能热水器的角度与屋面相结合，在实用的前提下尽量达到美观.

图7 坡屋面平板太阳能热水系统与薄膜式太阳能光伏发电系统一体化设置（作者自绘）Fig.7 PIate soIar water heating system for the sIoping roof and integration settings of membrane type soIar photovoItaic generation system

5.2 种植

在建筑的屋前屋后 （即道路与建筑之间，建筑与大空地之间）种植树木，而对于大厝与大厝之间的一米巷，以及边房与前落房两侧的东西向墙体，由于接受太阳辐射的时间较长，既要通风，又要遮阳，建议墙边种植攀爬植物，在夏天可遮阳，且通过植物蒸腾作用带走墙面多余热量.

屋内天井白石铺地一般保存良好，有利于排水到四周檐下排水沟.建议天井内多设置盆栽，用石板作花架摆放盆花，绿叶对太阳辐射的吸收作用及蒸腾作用均能有效降低小环境内的热量.并恢复传统习惯，在天井一侧设置防火的大蓄水缸.不建议设置大型盆栽和树木，以避免对大宅屋顶的破坏和降低天井的通风效果.

5.3 开窗

木窗与墙体之间、两扇木窗之间的缝隙处是气密性的薄弱点，可以在这些节点处采用企口对接构造以增加气密性.在经济条件允许的情况下，一些特殊玻璃材料的铝合金仿木节能窗也可以提高室内热舒适性和降低空调能耗，比如吸热玻璃、绝热玻璃、热反射玻璃等采用特种玻璃的窗户.特别是外山墙均无遮阳，建议采用反光百叶与遮阳相结合.作窗框四周向外突出约47 cm的设计，和传统山墙一样厚.外面设置配合双开扇可调节反光百叶，夏季可阻挡并向外反射光线，冬季与夏季午后可将光线反射到屋顶，并有屋顶向下漫反射到屋内进行采光.

5.4 室外地坪

建议除了5处百年大宅以外，其他前埕可将已损的白石地面面积适当减小，以适应当地居民的生活.若围墙仍保留良好的，可在前面石埕设置绿化庭院，铺地材料可以选择渗水砖，步行部分可以选择植草砖以及鹅卵石铺地，这不仅能够将水分渗透到地下，而且为植物提供了生长的空间，进而利用植被储蓄水分，起到调节温湿度的作用［7］.也可根据居民的生活需求，部分区域搭设水果架或瓜棚，减少地面反射.

针对以上改进建议，从改造方式、难度、接受程度等方面对居民采取走访和问卷调查相结合的方式进行调察.综合问卷调查与走访记录统计分析结果见表4.

表4 节能措施调查反馈表TabIe 4 Survey feedback to energy-saving measures

6 结语

通过对闽南传统砖木民居——官式大厝室内热环境的测量与分析研究，指出目前砖木建筑的优势与不足，并对建筑局部构造节电改造、设置防水屋面、组织建筑采光、利用绿化及改善庭院地面等做法提出建议.改造建议以改造投资金额适中，能够为住户所接受为目的，意义在于适合闽南地区农村的经济发展水平和社会发展需求，易于在农村推广应用.这些研究和分析为新型民居的设计提供了量化依据与科学认识，同时为改善现有民居的生活条件提供了依据与思路.

［1］陈文.厦门古代建筑 ［M］.厦门：厦门大学出版社，2008.

［2］黄源成，许勇铁.闽南村镇生态住宅设计中基于沿海气候资源的适宜技术 ［J］.福建建筑，2012（10）：1-4.

［3］何韶瑶，毛国辉，初祎君，等.湘西传统木民居节能效果测试与研究 ［J］.建筑学报，2010（3）：96-99.

［4］赖世贤，郑志.闽南红砖传统砌筑工艺及其启示 ［J］.华中建筑，2007，25（2）：154-157.

［5］曹春平.闽南传统建筑 ［M］.厦门：厦门大学出版社，2006.

［6］李乾朗.台湾古建筑图解事典 ［M］.台北：远流出版事业有限公司，1980.

［7］何韶瑶，毛国辉.湘西传统石砌民居热环境分析及节能措施 ［J］.新建筑，2012（6）：98-101.

Thermal Environment Analysis and Energy-Saving Measures for Minnan Red Brick and Wood Big Houses

HE Miao
（School of Civil Engineering&Architecture，Xiamen University of Technology，Xiamen 361024，China）

By spot investigation into the traditional red-brick-and-wood Big House in south Fujian and study of its temperature and humidity data of indoor and outdoor thermal environment，this paper discussed the superiority and deficiencies of red brick and wood residence.The maximum day temperature difference outside the Big House was 13.6℃，while the indoor average maximum temperature difference was only 4.1℃；the maximum day humidity difference outdoor was 37.6%，the biggest indoor day humidity difference was 17.6%，indicating that the Big House has good insulation and regulation function and good thermal performance.This paper proposed power-saving transformation，waterproof roof，building lighting，greening and courtyard floor use for renovation.

thermal environment；energy-saving design；Big House；traditional residence with red brick and wood；Minnan

TU241.5

A

1673-4432（2015）03-0085-06

（责任编辑 雨 松）

2014-11-01

2015-03-11

国家自然科学基金项目 （51308231）；福建省中青年教师教育科研项目 （JA14237）；厦门市科技计划指导项目 （3502Z2019002）

何苗 （1980-），女，讲师，硕士，研究方向为地域建筑与建筑节能.E-mail：mhe@xmut.edu.cn