黔东南侗族传统民居环境实测及适应性研究

2021-11-19梁晓鹏

贵州大学学报(自然科学版) 2021年6期

张浩，王红，陈旋，尉然，梁晓鹏

(贵州大学建筑与城市规划学院，贵州贵阳 550025)

伴随着城镇化的发展，许多地区年代久远的传统民居，因难以适应现代生活的发展，在改造中受到了严重的破坏，对传统民居在人居环境质量与地域特征方面造成了严重的双重影响。传统民居在冬、夏两季室内潮湿、光环境差和通风效果不理想等问题，给当地民居在身心健康方面造成了不利的影响[1]。张华结合村落建筑设计因素如村落整体选址布局、建筑空间组织、建筑朝向与间距、村落水体布置及村落建筑周围植物配置等方面总结了传统民居的通风设计策略[2]。应丹华在浙南气候条件的基础上，通过利用weather tool分析浙南地区全年的气候参数和民居热舒适性能，得出了适应当地气候条件的被动式技术策略-春季防潮、夏季注意遮阳和通风、冬季加强保温。并从光、热、风环境及太阳辐射四个方面总结了浙南地区适宜性建造策略[3]。以西安建筑科技大学[4-6]为主的研究团队，主要针对我国西部地区传统民居的气候、热环境等方面进行研究，如张涛从民居围护结构、屋顶坡度等方面对传统民居外围护结构的热工环境适应性机理进行了研究[7]，冯娟从屋面结构更新、墙体的材料更新、被动式阳光间的利用来提高能源利用效率，研究该地区的生态适宜性技术来解决当地新民居建筑的舒适性[8]。目前国内学者针对贵州地区传统民居也进行了大量的研究，李敏等以黔东南侗族民居为例，从民居发展背景、地形地貌、平面布局、建筑结构、建筑材料及建筑装饰等几个方面分析了侗族民居的地域特色和营建技术，民居体现了侗族人民对本民族的特色文化和结合周围各环境的巧妙利用[9]。李权等针对黔东南传统民居存在的问题如民居建筑结构、建筑材料使用等方面，提出传统文化、当地特色建筑风格结合新的建筑材料、现代建筑技术，在建筑功能、建筑舒适性等方面提升，并为当地或传统民居在改建或新建民居制定改造计划提供参考[10]。张海滨等[11]、徐亚男[12]、彭明熙等[13]、熊珂[14]通过对建筑材料的加工处理，增加材料的热惰性，来提高民居围护结构的蓄热性能，增加室内舒适性；并通过增加窗墙比、改变开窗位置，增加室内空气流通，带走夏季室内多余的热量。本文对室内相关数据检测，结合当地的气候环境等因素，利用能耗模拟软件对室内、外热环境进行模拟，为黔东南侗族民居优化改善及绿色民居的发展与建设提供依据。

相较于国内传统民居物理环境的研究，国外起始于上世纪六十年代，早于国内，研究的方向主要在于工业化和乡土化两个方向[15]。西方欧美国家由于发达的经济、先进的技术，比较倾向于传统民居建造(改造)技术的工业化和机械化，发展中国家的传统民居具有更高的使用率，为了跟随时代提升居民的居住环境，建筑师更偏向于结合当地环境因素对民居进行改进[16]，Yüksek从民居建筑的节能方面发掘并探讨了传统民居本身所具有的绿色性[17]，印度建筑师查尔斯·柯里亚和埃及建筑师哈桑.法赛[18-19]从传统民居的营建技术、村落选址、利用周围环境等因素中探索经验及技术，并对其进行改进与创新，形成具有本土特色能够适应地域环境的绿色设计方法。

自上世纪六十年代以来，无论是国内还是国外对于提升传统民居的居住环境大都是通过民居改造、建造的方法，但近年来，随着计算机和大数据技术的发展，众多外国学者开始使用软件模拟技术进行定量的分析，研究的深度和精度也得到提高。因此对传统民居热工环境的定量研究已成为当前的研究热点。本论文通过定量实测分析高增村、岜扒村、肇兴村、厦格村、堂安村民居的光热环境，结合软件模拟对实测结果分析，提出适合当地地域环境的民居设计策略，能够体现出侗族民居在民族性、建筑结构性、建筑美学等具有较为突出的特点。

1 研究概况

1.1 研究案例概况

侗族分布在我国的西南部湘、黔、桂毗邻地区，贵州地区侗族主要分布在黔东南的从江、黎平、榕江等地。此次研究案例主要选取具有代表性的从江县高增乡高增村、岜扒村，黎平县肇兴镇肇兴村、厦格村、堂安村五个侗族村落民居，进行民居光热环境分析，选取岜扒村进行光热环境性能软件模拟分析，所选研究对象如表1所示。

表1 聚落特征Tab.1 Settlement characteristics

1.2 研究内容与方法

本文运用定量(物理环境实测和相关软件热环境分析)的研究方法，对黔东南侗族五个传统村落民居进行热环境实测分析，利用Ecotect和Desibuilder分别进行光热环境和能耗模拟分析，明晰民居热舒适性与优化改进策略。

具体测试时间及外环境气象情况如下：进行实际测量时，选取当地冬、夏具有代表性的极端天气时间，冬季选在2020年1月15日，连续检测温度时间为24 h，天气状况为早上晴天，后转阴。夏季选在2020年7月24日，连续检测温度时间为24 h，天气由阴转晴。黔东南侗族民居对居住环境舒适度存在的主要问题集中在房屋破旧、采光通风差、潮湿寒冷，即夏季室内较炎热，冬季室内寒冷，寒风渗透大，冬夏热舒适均不佳。因此主要测试记录冬、夏两季对人体热感受直接相关的数据，包括室内外空气温湿度及室内外空气流速。通过对室内外实测数据的分析，研究建筑在窗墙比、围护结构及材料对侗族传统民居室内热环境的影响。分析影响黔东南侗族传统民居室内热环境及舒适度的因素，总结传统民居的绿色经验，为黔东南侗族传统民居的优化改进提供可行的科学依据。

利用温湿度计，对室内外堂屋、卧室层测点位置温湿度进行连续24 h测试，室外进行相关数据测试将仪器即空气温湿度测点(1个)布置距所测民居墙体1 m处。室内空气温湿度测点(2个)堂屋、卧室，仪器布置于房间的中心位置，距地面1 m。每一个小时仪器自动采集一组数据，测试期间室内外窗开启，房间内处于自然通风，居民处于正常活动。

2 测试结果与分析

2.1 民居内外部环境实测

利用相关仪器测试室内、外空气温、湿度，分析民居受各环境因素影响，测试结果如下。

2.1.1高增村

高增村民居外部环境分析：

区域内环境(巷道)空气温度、黑球温度分析

巷道外部冬季空气温度(3.9～9.9 ℃)，黑球温度(3.3～9.5 ℃)；夏季空气温度(26.4～44.5 ℃)，黑球温度(26.3～48.9 ℃)。

高增村民居内部环境分析：

(1)堂屋空气温度、黑球温度、相对湿度分析

堂屋作为整栋建筑的过渡空间，连接室内与室外。夏季，堂屋相对湿度为(65.8%～88.7%)，整体相对湿度变化不大，空气温度(25.5～34.5 ℃)，黑球温度(27.0～34.6 ℃)，温度变化范围在7.6 ℃左右；冬季，堂屋相对湿度(70.1%～85.4%)，黑球温度(4.4～9.8 ℃)，空气温度(4.5～10.4 ℃)，体感值与温度值相差不大，但体感温度<空气温度。

(2)室外、堂屋、卧室温度分析

夏季室外最高温度为44.5 ℃，最低温度为26.4 ℃，幅度变化为18.1 ℃，温度变化比较剧烈。堂屋、卧室温度的变化由室外温度变化而改变，所测数据中民居堂屋最高温度34.5 ℃，最低温度为25.5 ℃。卧室一天中最高温度为34.1 ℃，最低温度为26.1 ℃。

2.1.2岜扒村

岜扒村民居外部环境分析：

区域外环境(巷道)黑球温度分析

冬季1号巷道黑球温度(4.1～5.6 ℃)，2号巷道黑球温度(3.6～6.2 ℃)；夏季1号巷道黑球温度(25.2～35.5 ℃)，2号巷道黑球温度(25.3～35.6 ℃)；1、2巷道为东西平行巷道，但是2巷道窄于1巷道，1巷道(D/H>1)，2巷道(D/H<1)，夏季1巷道与2巷道体感温度差别不大，但是在冬季由于2巷道狭窄，通过的寒风不稳定，体感温度存在忽高忽低，波动相比1巷道大。因此，在风向一定，道路顺风而建，一个合适尺度的巷道尺寸可以改变一定程度上区域内环境的体感温度值。

岜扒村民居内部环境分析：

(1)堂屋空气温度、黑球温度分析

堂屋冬季空气温度(3.8～6.0 ℃)，黑球温度(4.0～6.2 ℃)，堂屋温差相差不大，体感温度>空气温度；夏季空气温度(25.1～33.6 ℃)，黑球温度(25.8～34.3 ℃)。夏季堂屋温差相比冬季温差波动较大，因此冬季体感温度相比夏季更让人感到舒适。

(2)室内外温度分析

冬季室外温度(3.5～5.6 ℃)，堂屋温度(3.7～6.0 ℃)，卧室温度(3.9～6.1 ℃)，室内外气温波动范围小，波动幅度堂屋>卧室。夏季室外温度(26.1～33.4 ℃)，堂屋温度(25.1～32.2 ℃)，卧室温度(26.9～34.0 ℃)，堂屋温度波动最大，这与堂屋相对开敞、与室外通风换气较多有关。

2.1.3肇兴村

民居外部环境分析：

巷道空气温度、黑球温度分析

冬季黑球温度(5.5～8.0 ℃)，空气温度(5.3～7.4 ℃)；夏季黑球温度(27.5～36.0 ℃)，空气温度(28.0～33.5 ℃)；冬、夏两季黑球温度与空气温度变化趋势相差无几，但在冬季巷道体感温度比夏季舒适。

民居内部环境分析：

(1)堂屋空气温度、黑球温度、相对湿度分析

夏季堂屋相对湿度为基本在(65.4%～84.3%)，相对湿度变化不大，空气温度(27.3～33.3 ℃)，黑球温度(26.7～34.2 ℃)，温度增幅为7 ℃左右；冬季，堂屋相对湿度(68.9%～85.9%)，空气温度(6.0～7.6 ℃)，黑球温度(6.5～8.1 ℃)。冬季民居堂屋人体体感值>空气温度值，说明木质围护结构在冬季起到一定的保温措施，但效果达不到民居所要求的效果。

(2)室外、堂屋、卧室温度分析

冬季室外温度(5.2～7.3 ℃)，堂屋温度(6.0～7.6 ℃)，卧室温度(5.8～7.8 ℃)，温度变化幅度在2 ℃以内，且卧室整体变化趋势较稳定，夏季室外温度(28.1～33. ℃)，堂屋温度(27.3～33.4 ℃)，卧室温度(27.0～33.2 ℃)，整体变化趋势相差不大。

2.1.4厦格村

厦格村民居外部环境分析：

区域内环境(巷道)空气、黑球温度对比分析

冬季黑球温度(1.6～5.4 ℃)，空气温度(2.0～4.8 ℃)，夏季黑球温度(25.4～36.5 ℃)，空气温度(24.2～40.0 ℃)；冬季巷道体感温度与空气温度变化值相差不大，夏季体感温度值<空气温度值，因为厦格侗寨海拔高度为700～800 m之间，所以夏季寨内巷道凉爽。

厦格村民居内部环境分析：

(1)厦格村堂屋空气温度、黑球温度分析

在物理量上，冬季民居空气温度(2.5～6.8 ℃)，黑球温度(2.4～6.8 ℃)，夏季空气温度(26.3～34.5 ℃)，黑球温度(25.8～34.5 ℃)，夏季体感温差>空气温度差，民居室内的空气流通和热交换有一定的不足之处，在夏季会感到潮湿闷热，冬季体感温度与空气温度温差波动不大。

(2)室内外空气温度分析

冬季室外温度(1.4～4.5 ℃)，堂屋温度(2.5～6.8 ℃)，卧室(2.3～5.6 ℃)，随着海拔的升高，冬季温度相比海拔低的村寨低。夏季室外温度(25.0～35.8 ℃)，堂屋温度(26.3～32.9 ℃)，卧室温度(24.8～34.5 ℃)。

2.1.5堂安村

堂安村外部环境(巷道)分析：

堂安村内部环境(巷道)空气温度、黑球温度分析

冬季空气温度(2.2～6.2 ℃)，黑球温度(2.3～5.4 ℃)；夏季空气温度(24.8～33.5 ℃)，黑球温度(25.1～32.3 ℃)。

堂安村内部环境分析：

(1)堂屋空气温度、黑球温度、相对湿度分析

堂安冬季堂屋空气温度(2.8～7.2 ℃)，黑球温度(3.2～6.9 ℃)；夏季堂屋空气温度(25～32.9 ℃)，黑球温度(24.6～31.7 ℃)，一天中超过30 ℃的时间为13：00～16:00，共3个小时，和室外超过30 ℃时间段基本一致，且黑球温度<空气温度，夏季室内感到凉爽。

(2)室内外空气温度分析

室外冬季最高温度6.2 ℃，最低温度2.2 ℃，堂屋温度最高为7.2 ℃，最低为2.8 ℃，卧室最高温度为7.3 ℃，最低为3.2 ℃；夏季室外最高温度为33.5 ℃，最低温度为24.8 ℃，堂屋最高温度为32.9 ℃，最低为25 ℃，卧室为32.3 ℃，最低温度为25.1 ℃。

以上是选取的五个具有代表性的黔东南侗族民居，提炼出影响传统民居热环境的因素，并结合传统民居的实例进行一定总结。

2.2 民居内部环境

建筑室内热环境：门窗洞口在单面墙中的开启比及建筑朝向都直接影响温湿度和风环境的流通，随着海拔的增高，室内的温湿度也会发生不同程度的改变。海拔低的侗寨，如高增村夏季室内温度，在同样条件下比海拔高的堂安侗寨高，给人干燥发热的感觉。在冬季，侗族高增村民居建筑室内热环境要比侗族堂安村民居建筑室内热环境更舒适。对调查的结果分析显示，黔东南地区冬天温度为18～25 ℃，湿度为30%～60%，风速为 0～0.2 m/s；夏天温度为23～28 ℃，湿度为30%～50%，风速为0.2～0.4 m/s，在此环境下从事工作或者生活的人会有较高的舒适性。

2.3 民居外部环境

建筑街巷空间：村寨内道路与民居的高宽比在一定程度上，能够带走街巷内多余的热量，增加民居外部环境带给人的舒适性。当道路与民居的高宽比D/H=1时，此时寨内建筑之间的间隔不仅保留了传统民居汇聚人气的特色，又可以让道路视野更加舒适，也可最大化的在民居外围形成一个良好的风道。

景观植物的选择：气温、地形地貌、民族特色和良好的植被覆盖率共同决定民居的外部环境。选择适合民居外部环境的景观植物，一方面可以调节建筑周围的微气候，另一方面也可以利用植物形成独特的道路景观。

2.4 村落区域环境

村落选址：从整个黔东南地区大环境中看，村落选址对整个村寨的舒适性起着一定的作用。无论是山地型村寨还是平坝型村寨，在村落选址时都要考虑场地给建筑本身带来的影响。山地型村寨以岜扒村为例，民居沿着山体登高线层层修建。平坝型村寨所处的地形地貌环境更加平缓、适于村落建筑建设，选择一个合适的筑建地址在聚落的形成当中起着很大的因素，在村寨选址也要避开生态脆弱的地区。

植物营造：通过实地调研分析，合理的植物营造以及科学的植物种植，可以提高村落建筑的物理环境性能，一方面可以利用植物提高民居的私人空间，另一方面，植物可以调控村落及民居外部环境的物理因素，提升建筑室内外的舒适性。

2.5 不足之处

建筑布局与环境营造方面：村落布局过于紧凑、建筑间距小，且存在部分民居朝向不理想，不利于通风采光；某些村落内部绿化空间营造少，不利于调节微气候环境，有待加强。

建筑形态与功能空间层面：黔东南侗族现有的传统民居因年代久远，平面功能空间布局设置与现代生活的需求存在一定差异，不能满足当下侗民对民居舒适性的要求。功能空间划分不明确；民居局部空间的开间进深过大，不利于室内进行采光；门窗洞口的开窗小且数量不够，不利于室内采光。

建筑构造与材料层面：屋顶构造单一，缺少吊顶设计，隔热性能有待加强。底层水泥地面构造简单，工艺差，防潮性能还有待改善。海拔高于600 m的侗寨，外维护结构材料单一，拼接工艺差，气密性弱，大大降低了冬季的保温效果。窗户气密性不佳，冬季保温效果不好。

3 光热环境改进研究

3.1 民居热工环境中建筑布局与环境营造布局优化措施

建筑四周南侧巷道相对较宽，南向作为影响民居通风和建筑采光的主要因素；因此利用本土植物调节建筑四周的微气候、植物在建筑物理环境中可以制造风道，选择落叶乔木种植在南侧，以利于夏季导风，增加了室外建筑通风的条件，同时在夏季也降低了民居周围甚至村寨因地形及人为因素形成的区域热岛强度。

3.2 建筑形态与功能空间优化措施

考虑到改善民居室内热环境质量，在保持侗族建筑特有文化的基础上对民居各功能布局进行调整，主要改进措施如下：

(1)房间平面布局调整

将分散的功能空间进行重新划分整合，实现功能分区、动静分区等进行重新合理分配：一层平面布局功能分布不合理，没有结合当地需要在一层设置部分功能空间，导致空间浪费。

将厨房与粮仓放在西侧，入户门与北段窗户进行相对布置，在夏天由利于空气流通，减少室内热量，给人舒适感，如图1所示。

图1 岜扒村民居改进前后平面布局对比分析Fig.1 A comparative analysis of the layout before and after the improvement of the folk dwellings in Bia-Pai Village

(2)立面造型设计

侗族民居的立面形式优化设计依旧延续侗族传统形式，建筑往往采用架空、叠架错层等处理手法来适应复杂的地形。岜扒村所在的地里环境区域内，一年四季湿度较大，雨水充足，因此为了夏季遮阳和雨季避免雨水进入室内，房屋的出檐较深。屋顶多为歇山式，多用小青瓦铺盖，也有用杉树皮为防水材料。虽然侗族传统民居现如今仍为干栏式建筑，但已演变成不同的建筑结构形式，大部分底部架空用来防虫和潮湿。

3.3 建筑构造与材料优化措施

3.3.1屋顶

作为改善建筑室内热环境条件，屋顶扮演着重要的角色，无论冬夏，屋顶作为接受太阳辐射最直观的一个接受面，在很大程度上决定着室内特别是顶层室内的热环境，在夏季进行防热隔热很大程度上是要对屋顶进行优化设计。侗族民居的屋顶设计往往只是一层小青瓦，在夏季，随着室外温度的升高，会导致室内空间的温度受外界因素影响较大，随着外界升高温度而升高。在侗族民居屋顶的构造上，一般是先将椽子搁置在屋顶的檩条上，用青瓦加以覆盖，但并不能在夏季隔绝室外直射太阳光的热辐射，因此进行民居的屋顶优化设计时，屋顶的防热隔热作为重点优化对象。

(1)改进屋顶构造现状侗族民居屋顶为歇山式屋顶，黔东南地区气候湿润多雨、夏季炎热，侗族民居采用歇山顶将屋顶的死角位置打开一个空洞，制造通风效果。但根据实测结果屋顶通风效果不佳，夏季室内不能通过屋顶通风带走多余的热量，降低室内热量。因此在对屋顶进行优化设计应加强屋顶的通风隔热效果。

(2)屋面结构优化黔东南侗族民居屋面采用单层瓦覆盖，在夏季不能很好的隔绝太阳的直射辐射，冬季也不能达到保温效果。因此，在先将椽子搁置在屋顶的檩条上，之后在青瓦下方增加望砖，提升望板和板瓦、筒瓦之间的一个空气间层在屋顶的隔热保温作用，可以省去对瓦底抹灰。有研究显示，在夏季直射阳光的热辐射下，屋瓦和其下望砖的温差几乎达到了10 ℃，形成的空气间层具有一定的通风效果，空气可以在其中流动穿过，使民居屋面具备一定的隔热性能。当瓦外层随着接收太阳照射温度逐渐升高时，此时筒瓦内表面温度相较于外层较低，筒瓦内的空气在内外空气温度差的情况下，从筒瓦和板瓦间的缝隙形成内外空气交换，这样导致了筒瓦内的气压下降，形成一个内外空气交替通风的过程，降低屋面的温度。对于屋顶保温材料可选择热工性能强的无机保温砂浆，它不仅与基层粘结强度强且稳定性高，如图2所示。

图2 改善后坡屋面材料Fig.2 Improvement of rear slope roofing materials

3.3.2墙体外围护结构优化措施

(1)优化外围护结构构造现状侗族民居墙体围护结构材料多为杉木，厚度为30～40 mm单层木质结构，但模板切割工艺粗糙，拼接工艺差，维护结构的气密性不够好，因此室内的气温变化不稳定，随室外温度变化随之发生改变，受外部环境影响较大。优化做法如下，采用双层“呼吸式”墙体改造方法，将建筑围护结构的木板错口拼接，降低空气流通的速率，增加围护结构的保温性能，围护结构的中间部分作为调节温度的中空层。为进一步提高保温隔热的性能，在双层“呼吸式”的基础上，可在围护结构内部增加聚氨酯保温板和岩棉板。

(2)墙体材料的更新现有民居围护结构材料以当地盛产的杉木为主，在原有的木板之间增添聚氨酯保温板和岩棉板。聚氨酯保温板相较于其他围护结构不仅本身导热系数低，热工性能好，而且具有防潮、防水性能、防火、耐高温特点，综合性价比高。在最外层杉木板设置通风间层，进行垂直通风，带走民居室内热量，降低室内温度，提高舒适性。除此外可在内外层的木板涂加一道防火涂料，增加其防火性能，改进墙体材料结构，如表2所示。

表2 围护结构材料Tab.2 Enclosure materials

3.3.3建筑门窗洞口调整

黔东南地区侗族传统民居中90%以上的传统民居依旧沿用木质门窗，窗户也多为木窗，当下新建民居因为对生活质量要求的提高，窗户多为铝合金推拉窗，极少有塑钢窗，窗玻璃为单层普通玻璃，这不仅在夏季室内隔热效果差，在冬季冷风可以通过门窗缝隙进入室内，严重影响室内的热环境，降低当地民居的舒适性。黔东南地区属于夏热冬暖地区，夏季的太阳辐射强，门窗一方面要注重夏季室内热量的疏散，另一方面兼顾冬季的保温。岜扒村民居现状中，一层建筑虽有南向开窗，但窗户体积小，因此室内采光通风并不理想。

(1)门窗构造改造首先，因门窗与建筑围护结构的构造层不同，导致围护结构与门窗的连接处会存在狭小的缝隙，会降低室内的热舒性，因此选择在两两连接处添加密封材料提高民居室内的舒适性，增强建筑的保温隔热性能；对门内侧增添聚苯板为保温材料，减少风的渗透，将窗户改成双层窗，夏季增强抵御外界的太阳辐射隔热能力，冬季减少室内热量的流失提高保温性能。

(2)门窗材料选择杉木材料不仅本身导热系数较小同时也具有当地地域特色。单层窗户玻璃相较于带有空气间层的双层或三层玻璃在可见光、遮阳系数等方面更有有优势，通过合理选用门窗框材料和改用带空气间层的双层或三层玻璃根据《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113规定如表3所示参照设置，可以有效提高门窗的保温隔热性能。

表3 常见玻璃性能Tab.3 Common glass properties

侗族民居的门窗为平开式木窗木门，在随着现代的发展，后期修缮的局部窗户部分改成了铝合金推拉窗。门窗的优化一方面需保留侗族传统风貌，另一方面需要注意室内采光与自然通风的问题。在对民居窗户进行优化时，继续采用木质平开窗，玻璃改成双层玻璃，增加其在冬季的保温性能，提升室内舒适性；另一方面，适当增加窗户数量或适宜增大窗户占比，加强天然采光，将门窗洞口多数设置在南北方向，顺应黔东南夏季的主导风向，形成穿堂风。

(3)采用合理的窗墙比在保证室内正常通风以及采光的前提下，采用合理的窗墙比，可以增强室内采光及热环境的提升。受建筑朝向的影响，建筑所接受的太阳辐射强度和日照率是不同的；因此，不同朝向建筑墙体的窗墙比各地区也有不同要求，南向的窗墙比应大一些，而北向窗墙比应该最小，东、西两向的窗墙比介于南北向之间。南向0.40，北向0.25，东、西向0.30。

3.3.4地面改进措施

现有的民居地面首层主要构造为水泥地面、素土夯实地面、木板地面和水泥地面与木板地面拼接的形式，二层或三层为木地板地面，远离地面舒适性相比首层舒适。因此主要针对首层进行优化改造，现状首层地面房间防潮效果不理想且空气湿度大，在地面加设一层防潮层，以达到防潮隔湿的效果，保证地面的干燥。水泥地面和木板地面拼接的侗族民居也是干阑式建筑的演化，一般出现在地面具有高差的地块，木板地面是架空部分，水泥地板贴近地面，优化时可同时对架空与水泥地面同时加设防潮层。

4 光环境与热环境分析

4.1 模拟软件的选择

能够对民居进行光热环境模拟及提供优化改进策略基础模拟分析条件。基于这个目的，本文选择Ecotect、 DesignBuilder 软件作为模拟分析工具。

4.2 模型建立

本节主要利用Ecotect、DesiBuilder软件对优化后的侗族传统民居的采光与热工性能进行模拟分析，验证其优化设计的准确性。

建筑室外物理环境因素如空气温度、相对湿度等和室内人员活动及室内设备因素都可以建筑室内环境质量。本文利用软件模拟的重点主要考虑外部物理环境因素以及冬夏两季极端天气的情况。

4.2.1模拟参数与模拟设置

对优化后的民居进行模拟验证，对传统木结构民居平面布局、围护结构进行改造，由于当地政府为了保护传统建筑文化，无论是新建当代乡土建筑还是传统乡土建筑，必须保留外立面文化肌理，在围护结构热工性能改造时，选择外墙内保温的构造形式作为首要考虑因素。综合考虑文化、技术、经济及后期维修等原则，平面布局设置采用优化后民居图如图1所示。利用Ecotect模拟软件自带建模工具，还原民居建筑建模。在建模过程中，分析热环境时还原当地民居建筑围护结构材料，对其参数进行设置，在进行光环境分析需要用到的光气候区及采光模拟参数进行设置。建模完成后，在天气软件Weather Tool中设置该地区建筑朝向等信息。

4.2.2Ecotect中光环境分析

基于Ecotect软件分析建筑光环境，在还原当地建筑的条件下，分析民居在采光方面的不足并提出改善。首先在Ecotect软件分网络面板构建分析网络，选择构建的模型所在地区的照度(例黔东南从江县地区的天空照度为271 38Lux)，选择CIE全阴天模式，然后对模型进行采光系数分析，分析采光模拟结果与绿色建筑标准中所要求的建筑采光标准进行比较分析，并针对提出的优化改进意见与优化前模拟结果进行对比分析，判断提出的优化意见是否合理，提高建筑室内采光的面积比。

对优化前后民居全年室内光热环境的优劣情况利用相关软件进行评估，利用Ecotect Analysis模拟软件按照当地民居外形、建筑材料及围护结构构造做法进行设定建立传统民居模型进行分析。

用Ecotect 软件进行室内光环境分析，由于绿标要求“室内采光系数大于2%的面积要占到总面积的75%以上”，在软件中将模拟平面高度设置为窗台高度800 mm。计算结果显示: 室内一层、二层采光系数大于75%所占面积比为11.34%、1.38%,远达不到绿标采光要求，在自然条件下，增加光照强度改善室内采光成为该建筑的重要任务。

依据GB 50033-2013《建筑采光设计标准》的要求，要求室内采光系数标准值应大于2%。通过Ecotect软件模拟分析而知，民居优化前采光系数大于2%的建筑面积，一层民居为11.34%，二层采光系数为1.38%；由此可见，民居的采光系数面积不足，采光情况不理想。对民居室内功能分区、门窗大小及位置进行优化，优化后的民居一层采光系数为76.23%，二层采光系数为76.36%如表4所示。优化后的民居建筑面积大于优化前，优化后的民居采光质量得到了提升。

窗墙比作为影响建筑采光系数的一个重要因素，通过设置建筑不同窗墙比与采光系数之间的关系，在窗墙比符合标准的情况下，可增加室内采光面积比。但在实际建筑室内采光系数不仅要考虑窗墙比，还应考虑窗户类型、建筑朝向等因素。

4.2.3热环境分析

利用软件中能耗分析功能，分析原有建筑的热性能不足，基于此提出相应的建筑热环境功能改善。首先，对建筑材料进行参数设置，结合建筑外形和建筑性质，对建筑的围护结构得热情况、热工性能等进行分析。根据软件模拟结果，对建筑进行围护结构优化，提高建筑舒适度。

(1)模型建立

根据实际调研情况进行适当的修改。所得到的建筑模型在当地具有一定的代表性。当地夏季炎热潮湿、冬季气温寒冷潮湿，对于民居围护结构在冬季保温和夏季防热散热方面都有较高的要求，建筑外围护结构结合当地地里环境、气温等各方面综合移速的考虑进行设计。建筑东、西向不开窗，北向窗墙比为0.25，南向窗墙比为0.4。

(2)计算模型及围护结构参数

表5 优化民居围护结构做法及传热系数Tab.5 Optimizing the practice and heat transfer coefficient of residential envelope structure

(3)室内热环境计算参数

在DesiBuilder软件设置计算参数，冬季室内采暖设置温度为18 ℃，采暖起始温度为12 ℃，当室内温度低于12 ℃则启动采暖系统进行供暖。为了增加模拟的科学性，在对建筑冬季保温和采暖节能的同时需要考虑建筑夏季的防热，在进行能耗模拟时同时增设空调系统。在对建筑夏季进行模拟分析时，软件室内设置温度为26 ℃，当室内温度高于28 ℃时，则启动空调系统进行降温制冷。

(4)建筑模型供暖空调设备能耗优化前后模拟结果分析

表6 建筑年累计热负荷对比分析Tab.6 Comparative analysis of building annual cumulative thermal load kW·h

通过Designbuilder软件计算房间冷热负荷如图3所示，优化前后建筑年累计热负荷降低67%，差别较大，相差3 536.16。在年累计冷负荷计算结果上较为接近；优化后建筑的围护结构性能得到提升。

图3 优化前后民居累计冷热负荷对比图Fig.3 Comparison of cumulative cooling and heating loads of dwellings before and after optimization

利用Designbuilder 软件进行热环境下模拟，优化后堂屋冬季温度最高值出现在16:00—18:00，最低值出现在6:00—8:00，夏季堂屋最高值出现在15:00—17:00；卧室冬、夏两季温度随室外温度变化整体波动均较小，一天内温度比较稳定，温差变化趋势较小，当室外温度下降或者上升，室内温度都有延迟，说明优化后民居的保温隔热性能有所提升。

通过对优化后建筑室内热环境模拟分析得知，对建筑围护结构外侧沿用当地的杉木板，内侧采用30 mm岩棉板隔热板与30 mm聚氨酯保温层，墙壁室内侧铺设杉木板，形成自保温墙体的同时，又可隔绝夏季室外光照导致的室内温度过高，优化后的夏季堂屋、卧室温度基本保持在22～26 ℃，满足GB 50376-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的要求，优化后的建筑围护结构在冬季室内温度相比改进前室内温度提高了2～3倍，提高了室内舒适度。