重庆农村住宅冬季热环境与其受户门使用方式的影响*

宋 平 唐鸣放 SONG Ping, TANG Mingfang

重庆农村住宅冬季热环境与其受户门使用方式的影响*

宋 平 唐鸣放 SONG Ping, TANG Mingfang

通过对重庆地区农村住宅冬季室内热环境的实测分析，表明农村住宅室内平均温度仅比室外温度高1～2℃，室内温度低于9℃的频率约占80%，农宅的总体热环境还比较差；农户的生活习惯也会影响到室内热环境的变化，特别是堂屋温度受到户门开关使用的影响比较突出明显，白天出现较大的波动和下降。为了研究这种影响的程度，采用Designbuilder软件建模；根据堂屋温度的实测数据确定户门的日常使用方式，模拟住宅室内温度。结果显示，农宅在室外低温条件下，室内温度都没有达到《农村居住建筑节能设计标准》所要求的低限取值8℃，所以围护结构需要加强保温；其次户门的日常使用方式导致堂屋温度白天出现较大的下降，最大降幅达到3.2℃，累积降温达到15℃，并对相邻房间温度产生不利影响。

农村住宅；热环境测量；模拟

0 引 言

近年来，全国各地开展了农村住宅热环境的调查研究，结果显示，大量农村住宅冬季室内温度低、热环境质量差。西北农村住宅室内温度只有7.4℃左右[1]，湖南农村住宅温度大部分在9℃左右[2]。导致农村住宅热环境差的主要原因是建筑围护结构未采取保温措施[3-6]，窗户多为单层木窗且气密性较差[7-8]，室内没有取暖设施。此外，农村居民的生活方式也对室内热环境有较大的影响。农村住宅户门直接与室外相连，户门开关频繁，室内外热冷空气交换明显，室内空气温度场变化较大，对室内热环境有直接影响[9-12]。因此，改善农村住宅热环境应全面考虑这些影响因素。

重庆属于夏热冬冷地区，冬季平均气温在6~8℃，夏季平均气温在27~29℃，长期以来，农村住宅比较重视夏季通风降温，而忽视冬季保温和室内热环境改善。重庆地区在已有的农村建设与研究中也取得了一定成绩，如“社区移民型”示范工程中，农村低层住宅模块化设计率达到80%，实现节能50%；重庆长寿云台镇建成了“散居移民型”示范工程，目的是为了提高三峡库区农村城镇化发展，改善农民居住条件、维育生态环境[13]。其次，在针对自建农宅方面，已对渝西经济走廊区域进行了农宅现状调研[14]；在农宅室内光环境研究中，窗墙比影响室内自然采光的程度要比单纯改变玻璃类型要大，同时，改变玻璃类型影响自然采光的程度也比设置遮阳板的要大[15]。“十二五”期间，重庆市被列为全国“城乡统筹”的示范区，将加大新农村建设力度，全面改善农村住宅热环境，这就需要对现有农村住宅热环境进行调查研究，为新农村住宅热环境的营造和评价提供参考依据。

图1 测量住宅Fig.1 the measured house

1 热环境调查测量

1.1 调查对象

为了解农村住宅冬季热环境的实际情况，在重庆市江津区选取一户具有代表性的农村住宅进行调查和测量。该住宅为砖混结构的二层楼房（图1），东南朝向，建筑面积为180m2，其中底层面积较大，两侧房间为附属用房，图2为建筑平面图。农宅居住了三代4口人，主要劳动力都在当地务农和打工，家庭经济情况较好，普通家电都有，还安装了空调和太阳能热水器，但住户反映，冬季未使用空调采暖。在主观问卷调查中了解到，住户的生活作息时间比较有规律，老年人早上起床较早并有开启户门的习惯，白天除了料理家务就是照顾孙子；青年人在当地务工，早出晚归，中午有回家午休的习惯；晚上全家人睡觉时间均较早。

1.2 测量方法

测量内容为住宅堂屋温度、常住卧室温度、围护结构内表面温度以及室外温度。测量房间及仪器布点位置如图2所示，测量仪器为TR-52型自记温度仪，仪器精度为0.3℃，设置数据记录间隔为10min。室内温度测量仪布置在被测房间中离地面1.0m左右的高度，室外温度测量仪布置在屋檐下空气流通且没有直射阳光的位置。测量时间为2013年12月12日—2014年1月10日，共30天。

1.3 测量结果分析

1.3.1 测量结果统计

测量期间的室外和室内空气温度逐时变化如图3所示。可以看出，室外气温从12月17日以后就进入了低温阶段，阴天多、晴天少，日平均温度为6.5℃左右。在室外温度的影响下，室内温度也随之变化，但室内温度的变化波幅很小。整个测量期间，室内温度主要在6～10℃之间变化。为了评价室内温度的分布情况，对建筑各功能房间室内温度值所处的温度区间进行统计，对应的温度值即低于某温度的时数占总时数的百分比，得到图4展示的结果。可见，各房间室内温度低于9℃的频率为80%以上，1楼房间温度低于8℃的频率为21%，2楼房间温度低于8℃的频率为77%。

图2 建筑平面和测点布置Fig.2 the building plane and the arrangement of measuring points

图3 室内和室外温度Fig.3 indoor and outdoor temperatures

选取12月20日—1月10日共22天为测量期间的冬季代表性天气，统计各测量点的平均温度和每天最低温度的平均值（表1）。由表1可见，室内平均温度比室外温度高2℃左右，其中1楼房间温度比2楼房间高1℃以上，这是因为1楼的堂屋和卧室周围有附属用房包裹，形成了较好的保温且地面温度较高，而2楼卧室的外墙和屋顶暴露于室外冷空气中失热较多，因此在围护结构中，二楼屋顶内表面温度<二楼卧室外墙内表面温度<地面温度。这也说明底层房间对冬季热环境有利。

表1 各测量点温度平均值Tab.1 the average value of each measurement point’s temperature

图4 室内温度频率Fig.4 the frequency of indoor temperatures

对比1楼的堂屋温度和卧室温度，堂屋平均温度略高于卧室，因为人员活动多集中在堂屋，卧室仅在睡觉时候有人，堂屋周围有发热电器且紧邻厨房；但堂屋最低温度比卧室低0.7℃，说明堂屋温度在一天中变化较大。

1.3.2 堂屋温度

为了观察堂屋温度的变化，选取12月22日—28日共7天的堂屋温度测量数据，以10min为间隔得到堂屋温度变化（图5）。可以看出，堂屋每天的温度呈现出有规律的波动，夜间温度较为平稳，白天温度变化大，特别是在每天早上的6～7点均有温度的陡降。结合农户的生活习惯与作息时间分析，引起温度陡降的原因是农户开启堂屋大门所导致。而在其他时间段，农户开启堂屋大门的频率均伴随着堂屋空气温度的变化，导致室内温度降低。

从12月22日—28日共7天的堂屋温度测量数据中任选一天，为了直观地观察由于人的行为活动导致堂屋的户门开启所引起的温度变化，在进行数据处理时将堂屋温度按10min为间隔计算温度变化，即相邻两个间隔的温度差，得到图6（横坐标以小时为单位，每小时代表6个时间间隔，即6个10min），可以比较清楚地反映堂屋温度变化的时间和变化幅度。早上开门时的温度变化率最大，为1℃左右，室外温度越低的天气，开关门时的温度变化越大。

2 模拟与分析

评价农宅在冬季室外低温情况下，室内总体热环境是否满足《农村居住建筑节能设计标准》对冬季低限温度的规定；其次，着重研究农户的生活方式导致户门开启对室内温度的影响，同时对这种不利影响的程度进行评价。下面以调查测量的农宅为模型，应用Designbuilder软件建模，采用《中国建筑标准气象数据库》中重庆典型气象年数据，进行典型日逐时模拟分析。

2.1 建模

按照测量住宅的实际情况，在Designbuilder软件中建立农宅的简化模型（图7），农宅为砖混结构，围护结构为：水泥地面，页岩砖墙，钢筋混凝土楼板，单玻铝合金与木框窗户，铝合金门。

采用重庆典型年气象数据进行逐时温度模拟时，按通常情况设置室内参数。住宅室内人员、炊事、照明等产生的内热源强度，按节能标准推荐值设置为4.3W/m2，室内换气次数设为1次/h。堂屋户门的开关时间参照实际测量的堂屋温度变化情况确定。

2.2 模型验证

图5 堂屋温度Fig.5 the living-room temperature

图6 堂屋温度变化Fig.6 the living-room temperature changes

模型的验证选取测量期间的一天（2014年1月4日）作为比较日，将实际测量的室外气温作为模拟计算的室外气候参数，通过设置堂屋户门的开关时间，使模拟计算的堂屋温度与实际测量的堂屋温度波形接近（图8），这验证了所建模型，同时也得到了与户门实际使用情况相近的开关时间设置。

图7 农宅模型Fig.7 rural residential model

2.3 模拟情况说明

首先模拟整个农宅在冬季室外温度较低情况下室内热环境状态，其次有针对性地模拟堂屋户门在开启情况下对堂屋自身及相邻卧室热环境产生的影响。

农户行为活动导致堂屋户门频繁开启，使得室外冷空气进入室内，影响室内热环境。为了定量评价室外冷空气对室内造成的影响程度，以模拟户门关闭状态下的室内温度作为参照点，用于比较户门使用方式下的室内温度（即使用状态）。

将验证模型中的户门开关时间设置作为农户对户门的日常使用方式，用于模拟冬季天气情况下的堂屋温度。此外，由于堂屋通向一楼卧室，进入堂屋的冷空气也会影响卧室温度，因此，还要模拟卧室门开启和关闭两种状态下的卧室温度。

2.4 模拟结果分析

2.4.1 农宅总体热环境

选取冬季1月份具有代表性的低温天气作为典型日，模拟农宅主要使用房间的热环境状况（图9）。室外平均温度4.1℃，1楼卧室与堂屋平均温度5.6℃，比2楼卧室与客厅平均温度5.0℃高0.6℃，这主要是由于1楼周围附属用房将其包裹得较好，使得暴露于室外空气温度中的外墙面积减少；反之，二楼房间外墙面积大量暴露于室外冷空气中，失热较多。堂屋温度早晨出现温度的陡降，这是农户的生活习惯开启户门所致。堂屋是农宅使用频率最高、农户停留时间最长的功能空间，兼顾着生产和生活的功能。所以，堂屋热环境在整个农宅房间中变化最大。

结合《农村居住建筑节能设计标准》，在夏热冬冷地区，农村居住建筑的卧室、起居室等主要功能房间，在无任何供暖和空气调节措施下，冬季室内温度在8℃时能够满足农民的心理预期和日常生活需要。模拟的主要功能房间在室外低温情况下，室内平均温度均低于8℃，表明该农宅整体热环境还比较差。

2.4.2 户门使用状态下堂屋及相邻卧室热环境

选取室外温差较大的一天，模拟堂屋门使用工况对堂屋及卧室温度的影响（图10）。室外平均温度为7.2℃，堂屋户门关闭状态下堂屋温度几乎是直线，平均温度为8.8℃。堂屋户门使用状态下堂屋温度为下凹曲线，平均温度为8.2℃，比关闭状态降低了0.6℃。堂屋温度在上午09:00达到了最低值，与堂屋户门关闭状态下的最大温差为3.2℃，对应的室外温度为1.4℃，为全天最低温度。而在下午17:00—19:00堂屋室内温度升高，且高于堂屋户门关闭状态，出现有利的时间段，但是不足以抵消全天不利的影响。所以总体来看，户门使用状态对室内热环境还是不利影响，最终白天时段造成堂屋温度的累积降低值为15.0℃。由于一楼常住卧室门通向堂屋，进入堂屋的冷空气会影响到卧室热环境，堂屋户门在使用状态下对应卧室平均温度为8.6℃（卧室门关闭）和8.4℃（卧室门开启），平均温度降低0.2℃，卧室累积下降温度值为4.4℃。

3 讨 论

3.1 农宅室内热环境改善

农宅在室外低温天气的情况下，室内主要使用功能房间平均温度不能达到8℃，表明农宅的围护结构保温性能还比较差。所以，农宅应加强维护结构的保温；其次，对于人员活动密集的堂屋与产热量较大的厨房及其热量可以加以利用；农户也可以采用适应性行为，如使用局部采暖措施（烤火）、喝热水、加衣服、加大活动量提高自身的热舒适。

图8 堂屋实测值与模拟值的比较Fig.8 comparison of calculated value and measured value of living-room temperature

图9 主要使用房间与室外温度模拟曲线Fig.9 simulation curves of main using room temperatures and outdoor temperatures

图10 室内温度模拟曲线Fig.10 indoor temperature simulation curve

3.2 影响户门开启的原因

堂屋门的开启不同程度地影响到堂屋空间的热环境，引起这个问题的原因大致为两个方面：一是农村住宅堂屋立面未开设窗户，农户早晨进入堂屋必须将大门敞开，才能满足室内采光和换气的作用；二是堂屋作为农户生产和生活最频繁的空间，农户要在堂屋进行一天农活的准备工作，还要做饭、挑水、喂养家禽生猪等，频繁进出使得大门敞开，这也是因为农村房屋平面功能布局将附属用房如厨房、猪圈布置在主体建筑两侧，需要打开堂屋大门才能到达。因此，在新农村住宅平面设计时，不仅要考虑功能流线的合理性，同时，也要考虑到农户的生活习惯进行设计。

4 结 论

（1）农村住宅冬季室内平均温度仅比室外温度高1～2℃，其中1层房间的温度略高于2层房间，各房间室内温度低于9℃的频率占80%，低于8℃的频率约占40%。

（2）农村住宅户门的日常使用方式对冬季室内热环境有较大的影响，主要表现为堂屋温度白天出现较大波动和下降，最大降低值为3.2℃，出现在上午室外气温最低时间，堂屋温度白天累积降低值为15℃，并对相邻房间温度产生不利影响，可使相邻房间温度累积降低4.4℃。

[1] 杨柳, 赵云兵. 寒冷地区农村住宅冬季室内热环境研究[J]. 建筑节能, 2013(07): 2-7.

[2] 谢冬明, 周晋, 膝明邑, 等. 湖南农村住宅冬季热环境及能耗的调查与分析[J]. 中国科技论文在线, 2007, 2(09): 698-702.

[3] 刘广强, 王晗, 徐凌, 等. 内蒙古农村住宅围护结构现状与存在问题分析[J]. 建筑节能, 2013(04): 46-48.

[4] 常利强, 张华玲. 重庆农村住宅热环境调查与能耗模拟分析[J]. 煤气与热力, 2014(04): 13-17.

[5] 郭立伟, 刘煜, 武山伦, 等. 改善西安地区农村住宅热工性能的实地调研和模拟分析[J]. 华中建筑, 2008(10): 123-126.

[6] 籍仙荣, 杜俊芳, 沈涛, 等. 山西农村住宅建筑节能现状调查[J]. 节能技术, 2013(11): 531-533.

[7] 许东, 王雪英. 辽宁地区农村住宅窗户的节能研究[J]. 四川建筑科学研究, 2011(06): 279-281.

[8] 孙宾, 沈雅钧. 关中地区农村住宅外窗的节能研究[J]. 山西建筑, 2012(07): 212-213.

[9] 雷亚平, 林忠平. 四川盆地地区农村住宅冬季热环境实测与评价[J]. 建筑科学, 2009(12): 38-43.

[10] 高翔翔, 胡冗冗. 北方炕民居冬季室内热环境研究[J]. 建筑科学, 2010(02): 37-40.

[11] 胡艳丽. 关中乡村住宅太阳能利用适宜模式应用研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2009.

[12] 朱轶韵, 刘加平. 西北农村建筑冬季室内热环境研究[J]. 土木工程学报, 2010 (S2): 400-403.

[13] 赵万民. 山地人居环境科学研究引论[J]. 西部人居环境学刊, 2013, 28(05): 10-19.

[14] 任鑫佳, 张华玲. 重庆地区村镇住宅现状调研与分析[J]. 制冷与空调, 2011(02): 96-101.

[15] 张成昱, 刘猛, 张青山. 重庆农村住宅建筑典型外窗采光性能分析[J]. 土木建筑与环境工程, 2013(06): 198-201.

图表来源：

图1：作者拍摄

图2-10：作者绘制

表1：作者绘制

（编辑：苏小亨）

Rural Residential Thermal Environment in Winter with the Effect of Door Using Mode in Chongqing Municipality

Through thermal environment measurement and the analysis of rural residence in winter in Chongqing, it is showed that the average temperature of rural indoor residence is higher than the outdoor temperature by only 1~2℃, and the frequency of indoor temperature lower than 9℃ accounts for about 80 percent. The overall thermal environment of rural residences is relatively poor, and farmers’ living habits also influence the indoor thermal environment, especially the door using mode. It is observed that the living room temperature experiences larger fluctuation and declines in the daytime when the door use is more often. In order to study this effect, we adopt Designbuilder to build the model, and determine the daily door use by the measured room temperature to simulate the indoor temperature. The results show that the indoor temperature fails to reach 8℃, which is the low limit required by the Rural Residential Building Energy Efficiency Design Standard in low outdoor temperature conditions. Therefore, firstly, the rural residences need strengthen their function of thermal insulation; secondly, the living room temperature declines sharply due to the usage of the door in the daytime with a maximum temperature decline of 3.2℃and a cumulative decline of 15℃, which generates an adverse effect on the adjacent room temperature.

Rural Residential; Thermal Environment Measurement; Simulation

10.13791/j.cnki.hsfwest.20150211

宋平, 唐鸣放. 重庆农村住宅冬季热环境与其受户门使用方式的影响[J]. 西部人居环境学刊, 2015, 30(02): 54-58.

TU111

B

2095-6304(2015)02-0054-05

* 国家自然科学基金资助项目（51478059）

宋 平： 重庆大学建筑城规学院，硕士研究生

唐鸣放： 重庆大学建筑城规学院，山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，教授，博士生导师，tmf@cqu.edu.cn

2015-01-20