羌族民居的室内热环境研究——以桃坪羌寨为例

2016-04-28廖语霞李茂杰杨涧溪刘佳琪陈晓艳

四川建筑 2016年1期

关键词：传统民居羌族

廖语霞, 李茂杰, 杨涧溪, 李　妍, 刘佳琪, 陈晓艳

(西南民族大学城市规划与建筑学院，四川成都 610000)

羌族民居的室内热环境研究
——以桃坪羌寨为例

廖语霞, 李茂杰, 杨涧溪, 李妍, 刘佳琪, 陈晓艳

(西南民族大学城市规划与建筑学院，四川成都 610000)

【摘要】文章选取岷江流域桃坪羌寨典型的羌族民居作为研究对象，在夏季和冬季进行现场测试，对民居的室内热环境及热舒适性进行定量研究，研究显示羌族传统民居夏季热舒适度良好，冬季室内较冷、热舒适度较差。

【关键词】羌族;传统民居;室内热环境

羌族传统民居是数千年来羌族人民适应当地气候形态、生活形态形成的极具特色的传统民居。桃坪羌寨位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县杂谷脑河畔，是羌族建筑群落的典型代表。

近些年来，关于羌族传统建筑的研究主要侧重于传统民居的历史演变、文化背景与营造经验等方面的阐述与分析，对传统民居的室内热舒适研究则略显不足。本文对其进行冬夏季室内热环境研究，为对进一步了解羌族传统民居的热工性能，改善其热环境提供科学的依据。

1研究对象简述

1.1地理位置及气候

理县位于四川省西部,青藏高原东部,阿坝藏族羌族自治州东南缘。全县境内山峦起伏,平均海拔2 700 m,气候属山地型立体气候,春夏季降水量多,冬季无霜期短。

1.2羌族传统民居的特点

羌族民居主要有石砌民居、土屋、板屋、碉楼民居。民居多选址在半山或者高半山坡地区，多以聚落形态出现。住宅多为石砌楼房，层数多为二层及以上。各层分工明确，采用石木混合结构，体量较大。建筑外墙厚度一般为40～50 cm，三层及以上建筑墙厚为60～120 cm。

1.3研究对象概况

本文选取岷江流域桃坪羌寨的一处传统民居作为研究对象，建筑坐西朝东，院落式空间，与周边的建筑共用南北向及东向的外墙。

民居平面功能布置为该地常见形式：一层主要是起居室、卧室及厨房；二层是风干房，主要用作晒粮食的场所，在卧室不能满足使用要求时兼做卧室；三层为晒台；卫生间及淋浴间建于院子内。建筑外墙为石木混合结构，主要材料为石、泥、木，内部用木板分隔空间。每层层高不尽相同，一层约为2.8 m，二层约2.5 m，墙厚450 mm。因与周边建筑共用外墙，故而建筑似一个下小上大的长方体。窗为木框单层玻璃窗，窗墙面积比较小(研究对象的平面图及测点布置图见图1，图中“·”表示测点)。

1.4测试方案简述

根据《民用建筑室内热湿环境评价标准》的规定对研究对象进行测点布置及测试。夏季测试时间为2014年7月15日至2014年7月18日，共计4天；冬季测试时间为2015年1月5日至2015年1月7日，共计3天。具体测试项目及实验仪器见表1。

表1　室内外热环境参数各项测试参数

2实验数据分析

2.1太阳辐射

由图2可知，夏季太阳辐射照度平均值为484.94 W/m2，最高值为1 113 W/m2。夏季太阳日辐射强度较大，辐射时间较长。

由图3可知,冬季太阳辐射照度平均值为256.02 W/m2，最高值为553 W/m2。冬季太阳日辐射强度较小，冬季的太阳辐射时间较短。

2.2空气温度

(a) 一层平面图及测点布置

(b) 二层平面图及测点布置图

图2　夏季太阳辐射变化曲线

图3　冬季太阳辐射变化曲线

由图4可知，夏季室外气温最高值为32℃，最低值为17℃，平均值为27℃；室内气温最高值为27℃，最低值为19℃，平均值22.7℃。在测试时间内室外的温度变化趋势与室内各房间温度变化基本一致。室内各房间变化曲线非常接近，空气温度变化较为平缓，最高值与最低值相差不大。由于三楼测点处于半室外，所以变化趋势与室外测点相同，气温最高值与最低值相差较大。室内空气温度平均值在夏季人体舒适温度(22～28℃)之内，温度较为凉爽。

图4　夏季室内外空气温度变化曲线

由图5可知，冬季室外气温最高值为9℃，最低值为0℃，平均值为3.8℃；室内气温最高值为9℃，最低值为1℃，平均值为4.9℃。在测试时间内室外温度变化趋势与室内各房间温度变化趋势大体相同。室内各房间温度变化比室外较为平缓，昼夜温差较小，各房间平均气温相差较小，建筑外墙具有一定保温性能。室内空气温度较低，低于冬季舒适温度(16～24℃)，人体热感觉较冷。

图5　冬季室内外空气温度变化曲线

2.3空气相对湿度

由图6可知，夏季室外空气相对湿度最高值为75.4%，最低值为52.7%，平均值为66.0%；室内空气相对湿度最高值为73.7%，最低值为52.3%，平均值为66.2%。室内相对湿度略小于室外，空气总体较为湿润且湿环境较为稳定，在人体最舒适湿度(40%～80%)范围内。由于一楼是主要活动场所，相对湿度略高于其他房间测点。空气湿度整体变化趋势较为平缓，室内外变化趋势基本一致，空气湿度较适宜。

图6　夏季相对湿度变化曲线

由图7可知，冬季室外空气相对湿度最高值为34.5%，最低值为27.6%，平均值为30.9%；室内空气相对湿度最高值为35.2%，最低值为27.8%，平均值为32%。室内外空气相对湿度平均值相差较小，变化趋势基本一致。室内空气相对湿度比较接近人体热舒适标准(30%～60%)范围下限，但仍有10.9%的时间室内空气相对湿度处于人体热舒适标准之外。从以上的分析可知，当地冬季空气相对湿度较低，环境较为干燥。

图7　冬季相对湿度变化曲线

2.4室内外风速

由图8可知，夏季室外风速最大值为1.8 m/s，平均值0.65 m/s；室内风速最大值为0.86 m/s，平均值0.23 m/s。室内外风速平均值相差0.41 m/s，室内风速明显低于室外风速。室内风速变化趋势与室外风速变化趋势基本一致，分析其原因在于一楼大门开启与三楼晒台门开启形成烟囱效应，空气流速相对较快，减小了由于建筑开窗较小而导致空气对流较慢的影响，使得室内外空气相对湿度变化相接近。从以上的分析可知，夏季室内有良好的通风，室内平均风速在人体舒适风速范围之内，舒适宜人。

图8　夏季室内外风速变化曲线

由图9可知，冬季室外风速最大值1.55 m/s为，平均值0.49 m/s；室内风速最大值为0.83 m/s，平均值0.38 m/s；室内外风速平均值相差0.11 m/s，室内外风速相差较小，大多数房间能形成良好的通风，完成室内外的空气交换；由于外围护结构的气密性较差，冷风渗透量较多，室内热环境受冷空气影响导致室内空气温度较低，热舒适度受到影响。但存在特殊房间如一楼内侧靠厨房的卧室，没有窗户，无法进行自然通风采光，空气质量较差，需要通过门来进行空气交换。

图9　冬季室内外风速变化曲线

2.5西墙温度

由图10可知，夏季测试条件下研究对象西向外墙内表面最高温度为26.2℃，最低为20.9℃，平均值为24.1℃；外表面最高温度为49.6℃，最低为17.1℃，平均值为24.8℃。内表面温差为5.3℃，外表面温差为32.5℃，内外表面温差最大值为24.6℃。内表面温度变化较为平缓，外表面温度变化较为剧烈，内表面温差明显小于外表面温差，建筑外墙具有良好的热稳定性。内表面最高温度小于室外空气温度最高值(32℃)，内外表面温差较大，建筑西向外墙在日照下外表面受热但是通过墙面将热量传入内表面的较少，建筑外墙具有良好的隔热性能，满足隔热要求。

图10　夏季西墙内外壁温度变化曲线

2.6室内热舒适满意度调查

在夏季测试时间内通过对当地居民进行现场问卷调查的方式，主要集中调查居民对热感觉、湿感觉、风速强弱、光感强弱等主要方面的评价。分析得出了当地居民对传统民居的夏季室内热舒适评价普遍较为满意，认为室内外空气较为干燥，温度较为凉爽，通风状态良好。但同时认为由于开窗较小缺乏自然采光，室内光线较暗。

冬季调查方式同夏季。在当地室外空气温度较低的气候条件下，当地居民普遍衣着较厚。问卷结果反映当地居民对于传统民居冬季室内热环境持较满意态度，认为室内外空气干燥适宜，通风状态良好，但同时存在采光不足的问题。其中青年人对室内热舒适满意度明显低于老年人(图11)。

3室内热舒适评价

为了更科学地反应人体对室内热环境的感受，利用热舒适仪对人体主要活动场所进行实时测试。测试均在自然通风的条件下进行，依据当地居民日常活动和衣着习惯对热舒适仪进行参数设定，将夏季的新陈代谢率设定为1.0，服装热阻设定为0.6；冬季的新陈代谢率设定为1.2，服装热阻设定为2.0。

数据显示，冬季PPD指数在整天时间内波动较大，最大值为95 %，最小值为45 %，平均值为70 %，大多时间都在60～90 %之间浮动；夏季PPD指数最大值为62 %，最小值为5 %，平均值为18 %；对比发现，冬季整天的热舒适度性都较差；夏季人体活动主要时间范围内的热舒适度性较差，其余时间内热舒适度对人体而言较为舒适。通过对比PMV指数可以发现，冬季室内的预计平均热感觉指数在-1.5～-2.5之间浮动，平均值为-2，对人体而言很冷；夏季室内的预计平均热感觉指数在-1～+2浮动，平均值为+0.5，对人体而言为舒适。相比冬季而言，夏季室内热环境更让人感觉舒适。夏季的空气流速也明显高于冬季，室内外通风状况较好。对比两季的黑球温度和空气温度，人的实际感觉温度和空气温度相差不大。整体而言，夏季室内热环境优于冬季，冬季室内热环境给人感觉较冷，预计不满意人群比例较大(图12、图13)。