神农架林区传统乡村建筑热环境分析

文｜国家住宅与居住环境工程技术研究中心 刘旭晔；南开大学 戈旭

神农架林区由于地理区位的优势，在历史的长河中融合了多种文化的精髓，同时又在当地居民的生活生产经验的总结下，形成了一套具有当地特色传统建筑风貌。建筑多为“一”字型排布或曲尺形排布的二层建筑，建筑不设围墙制造院落，通常在地势相对平缓地带背对着山体而布置。传统乡村建筑以土坯墙、木结构为主，配以青瓦（参见图1）。建筑整体采用自然通风环境，由于神农架地区独特的自然气候环境，使用自然通风可以有效地对室内空气进行流通，对室内环境进行除湿和降温，从而使建筑热环境达到人体热舒适指标。

1 建筑热环境现状

通过用Ecotect软件对神农架林区传统乡村建筑进行数字化建模，模拟出建筑在自然环境下全年的热环境现状。现状设定分为建筑、人员和气候三个部分：建筑设定采用神农架地区传统乡村建筑为基础，使其数字化呈现；人员信息采用神农架地区标准的3口之家为基础；气候环境设定选用距离神农架最近且气候信息最为全面的宜昌气象站数据为气候环境基础。

1.1 建筑参数设定：

墙体：神农架地区传统民居普遍外墙形式为夯土墙，依据实际材质与厚度，设置墙体材质为夯实粘土，厚度400mm。

屋顶：小青瓦为弧形瓦，单片厚度一般为10-20mm，考虑到俯仰瓦片搭接与上下瓦片搭接均使厚度增加，故设置屋顶材质为50mm粘土瓦，25mm望板，75mm椽子。

首层楼板：首层地板一般用土夯实，再于其上铺建混凝土。所以设置首层地板为1500mm夯土+ 100mm混凝土。

悬空楼板：传统民居二层及以上楼板均为木楼板，故设置楼板材质为20mm木铺面+ 200mm木梁+ 10mm石膏板吊顶。

门窗：门窗的材质也对室内热环境有很大影响，本模型中门采用预设的40mm厚木门。窗户均为木质框架的单层玻璃。

1.2 室内人员设定：

如图2所示，clothing=0.6表示屋内人员衣着厚度为衬衣长裤；房内人数卧室为1-2人，客厅为3人；活动状态均为静坐。在室内人员活动时间表的设置方面，则假设住宅中有老中青三代人，睡觉时间与吃饭时间所有人都在家，上下午则部分60%的人员外出劳作或学习。

图1 神农架林区传统民居风貌

1.3 自然气候设定：

气象数据是所有分析的基础。来源可靠和选址准确是气象数据选择的两大要点。本次气象数据于EnergyPlus网站上下载。由于无神农架林区的气候数据，遂选取与其地理距离最近的宜昌站点的气候数据作为本次分析的基础（参见图3）。

图2 居住者室内状态

图3 宜昌站点的气候数据

2 建筑热环境分析

2.1 逐月不舒适度分析

图4展示了全年内房屋所有分区每月不舒适时长所占的百分比。由于冬冷夏热的气候特点，一年中有8个月不舒适时长百分比占到50%以上，其中6个月达到70%以上。仅四月、五月、九月、十月4个月室内舒适度较为理想。

2.2 被动组分得失热分析

图5为全年房屋得失热各组分所占比例图。由图可知，得热主要来自蓝色部分，即室内的人类活动，占76.2%；失热主要来自绿色部分，即自然通风，占59.9%，与图中红色部分，即围护结构失热，占39.4%。太阳直射光得热与太阳空气得热所占比例较小，如图中黄色和墨绿部分所示，仅5.7%与8.0%，反映了当地太阳能资源匮乏，后续改造中没有必要采用太阳能利用措施。

图4 逐月不舒适度分析

图5 全年房屋得失热分析图

图6 逐月度日分析图

图7 最冷日逐时得失热分析图

2.3 逐月度日分析

逐月度日分析包括了两部分，图6左侧中横坐标为月份，纵坐标为度日数，显示逐月度日数柱状图。图6右侧中横坐标为得失热，纵坐标为度日数，显示逐月度日数与得失热量相关联的散点分布图。左图的数值为右图散点的纵坐标，显示每月的采暖/制冷度日数，由室外气象数据与采暖制冷的温度限值共同决定，可以看出冬季采暖需求远高于夏季制冷需求。

2.4 最冷日逐时得失热分析

图7中显示了最冷日，即1月8日，传统民居的逐时得失热。由图7可知，得热主要来自室内人员活动，而失热主要由房屋自然通风和围护结构失热组成，太阳辐射和太阳空气得热影响很小。

3 结语

通过对神农架林区传统乡村建筑的数字化分析，总结得出现有传统民居寒冷季节自然通风与围护结构失热严重。为了更好地营造当地居民健康、宜居的居住环境，在旧屋修缮改造和新建民居时应重点考虑自然通风与围护结构失热这两方面，从而改善民居室内热环境。对于地理区位因素及环境因素相类似地区的民居修缮与新建也有借鉴和指导意义。