我国农村居住建筑冬季采暖热舒适分析

方赵嵩 李大伟 唐天巍 张毓淳 吴会军

1 广州大学土木工程学院

2 中国民用航空中南地区空中交通管理局

0 引言

从20 世纪20 年代开始，居住建筑的舒适性一直是科研界备受关注的热点。国内外研究学者相继提出室内热环境的评价指标[1-2]。以往的住宅热舒适研究大多以城市居民为研究对象[3-5]，鲜少关注农村居民的舒适性。我国是一个传统的农业大国，农村住宅数量多面广。随着新农村建设的逐步推进，城乡差距缩小[6-7]，农民开始富裕起来，超过半数村民更加关注美好生活“住”的方面[8]。由于农村居民的经济水平、生活习惯、住宅环境等方面与城市居民有较大的区别，因此无法保证通过城市住宅建筑热舒适性研究得出的结论能够适用于农村住宅。

我国地域辽阔，不同地区气候差异大，不仅住宅建筑围护特性各异，居民的生活习惯也有区别。本文主要归纳整理现有农村住宅热舒适研究成果，从不同气候区典型城市的气候特点、建筑围护结构特点等方面进行对比，分析不同气候区农村建筑的冬季采暖与室内热舒适情况，为进一步研究提供参考。由于温和地区气候温和湿润，大部分当地居民冬季无需采用采暖设施，夏季无需采用降温设备[9]，因此本文不予考虑。

1 不同气候区农村建筑围护结构特性

《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016[10]将我国划分成严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区以及温和地区五个大的气候区域。由于各个区域气候差异明显，农村建筑的围护结构特性也存在不同，文献调研结果表明：农村住宅建筑所采用的围护结构材料大多以廉价、易得为特点。外墙的厚度随着气候区冬季温度范围的上升而减小，门窗的层数也因气候区而异。农村地区建筑的门窗以木质为主，新建住宅多采用铝合金、塑钢材料。屋面的形式一般有平屋顶和坡屋顶两种，屋面形式的选取主要因气候区的降雨特点而异，比如，受热带风暴和密集台风影响严重的夏热冬冷地区，屋面形式主要为坡屋顶。其他气候区对屋顶的形式没有特别的要求。严寒、寒冷地区对外围护结构的保温措施要求较高，而夏热冬冷地区以及夏热冬暖地区大多无额外保温措施[11]。

2 不同气候区农村建筑冬季常用采暖形式

在农村住宅建筑中，冬季的采暖方式多样。常用的采暖形式统计于表1 中。

表1 农村住宅建筑常用采暖形式[12-15]

严寒、寒冷地区大部分农村住宅建筑都布置了采暖设施。旧宅最常采用的采暖方式是火炕，导致室内颗粒物浓度严重超标，严重影响健康人群心脏、呼吸系统等，而且温度分布不均匀，人体舒适度低，在新建住宅中已少有使用。其次是火墙、土暖气的使用，采暖效果比火炕要好些，也减少了颗粒物浓度。由于前者对墙体构造要求高，后者的气流组织形式不够合理，导致这两种采暖形式下室内人体热舒适度较差。太阳能采暖方式下的室内热环境与室内空气质量最好，但是它对建筑物的要求较高，受天气影响明显。锅炉采暖的住宅室内热舒适性优于火炕采暖，差于太阳能采暖。且锅炉采暖以煤为燃料，室内颗粒物浓度超标严重，使用锅炉采暖时需注意室内通风，及时更换室内空气。总的来说，各个气候区都有适用太阳能和燃煤锅炉这两种采暖形式的地区。

夏热冬冷地区冬季湿冷，最冷月平均温度在零度以上，一般为0～10 ℃。主要采暖形式有：太阳能、燃煤锅炉以及分体空调。夏热冬暖地区长夏无冬，最冷月平均温度＞10 ℃，该地区农村住宅对采暖的要求比较低，少数住宅内装有采暖设施，常用的采暖形式与夏热冬冷地区相同。该气候区的大部分农村住户仅在极端寒冷的几天开启采暖设备。

3 不同气候区农村建筑冬季室内热环境变化特点

3.1 严寒与寒冷地区[16-19]

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2018 中第4.3.6 条对严寒与寒冷地区居住建筑主要计算参数进行了规定，其中，室内计算温度要求为18 ℃。金虹[16]等对严寒地区农村住宅冬季室内热环境舒适温度的研究，提出建议室内舒适温度为15～18 ℃。

北方城市居民冬季大多在室内活动，室内供暖设施齐全，温度适宜，一般为18～22 ℃，满足建筑节能设计标准。相比之下，农村的室内热环境较差。因其冬季使用的燃料主要是薪柴和稻草，存放在室外庭院中，并且由于农村人民劳作的特性以及串门的习俗，外门频繁开闭，这也决定了农村人们通常不习惯穿着过少，对应的服装热阻升高，相应人们对较低室温的接受程度较高。

文献调研发现，严寒、寒冷地区农村住宅主要房间冬季实测日平均温度均低于18 ℃，严寒地区平均室温大约为8～11 ℃左右，寒冷地区平均室温5～12 ℃。白天由于村民一日三餐都要加热火炕，且大部分时间在客厅活动，火炕对客厅室内空气进行加热，其蓄热能力足以使室内温度维持在相对稳定的范围内。到了晚上十点半左右，随着室外温度的不断降低，屋内供暖设备散热量降低，造成室温较大幅度降低。对于卧室空间，北方人民习惯晚上八点以后开始陆续就寝，所以大部分家庭会烧炕，针对性的加热卧室小空间区域，从而晚上八点以后卧室局部温度较高，但其全天温度波动最明显。

3.2 夏热冬冷地区[20-21]

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010 中第3 节规定，夏热冬冷地区和夏热冬暖地区冬季采暖热环境设计计算温度为18 ℃。

文献调研发现，夏热冬冷地区农村住宅冬季室内热环境中温度变化大多在可接受范围内，赵田等人[26]在湖北农村地区住宅建筑室内热舒适的调研中发现，冬季主要使用房间的室内平均温度为10.4～14.7 ℃，比室外高0.7～4 ℃，在可接受范围内。冬季阁楼的室内温度随着室外温度的变化波动幅度最大，说明这一地区屋面的传热性能影响室内热环境。另外，在南面开窗面积较大的卧室冬季日平均温度最高，说明该地区窗墙比以及外窗朝向问题对室内热环境也有较大影响。

3.3 夏热冬暖地区[22-23]

《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2012 中，对夏热冬暖北区冬季采暖室内热换季设计计算温度的规定值为16 ℃，对南区室内设计温度不做要求。夏热冬暖地区最冷月平均温度大于10 ℃，综合文献调研结果来看，该气候区的一些典型城市农村住宅冬季室内整体温度水平较高，一般不低于12 ℃，但普遍存在湿度较高的情况。

金玲等人[23]在粤东农村的三类住宅中进行了室内热环境及舒适性研究，结果表明该地区冬季室内温度波动非常平缓，日平均温度为15.5 ℃，大于室外平均气温；但是相对湿度依然很高，平均相对湿度为82%。在一类设置有天井的农村住宅中，由于厅堂与天井相连形成非密闭的半开放空间，其冬季室内温度要低于其他类型的住宅1～2 ℃左右。

3.4 不同气候区室内舒适情况汇总

通过文献调研[24-32]，笔者在下表2 中统计了不同气候区农村居民对室内环境的热舒适状态，包括满意情况，中性空气温度、热舒适区间以及可接受区间。所调研文献中，所有测试环境大多控制与当地居民日常生活情况一致，严寒、寒冷地区的调研均在室内正常供暖的条件下进行。

从表2 中可看到大部分调研地区农村居民对所处环境的可接受百分比超过80%，满意度较高。寒冷地区中的哈尔滨市、夏热冬冷地区的湘西土家族苗族自治州，以及夏热冬暖地区的广东省地区满意度均超过90%。这是由于严寒地区冬季气温较低，农村居住建筑在围护结构方面更加注重做好保温措施，再加上严寒地区室内采暖设施充足，人们对室内环境的满意程度自然较高。而夏热冬冷地区以及夏热冬暖地区冬季室内温度本不低，再加上适当的采暖措施能够提高热舒适满意度。相比之下，寒冷地区的代表如西安省，室内热舒适满意度调查情况较差，采暖条件下仅50%左右的居民认为环境可接受，采暖条件下室温与自然室温相差仅1.7 ℃，说明当地住宅室内热环境普遍较差。

表2 不同气候区室内热舒适情况

中性空气温度以及可接受空气温度区间随着气候区南移逐渐升高，严寒、寒冷地区对偏冷环境的适应性更强。不同气候区的热舒适空气温度区间没有特定规律。但从文献调研可知，严寒地区室内热舒适空气温度区间的下限值与上限值最高，说明该地区农村居民对住宅的舒适性感到满意，但还不是非常理想。他们可以接受的空气温度较低，但感到热舒适的温度区间比可接受的温度要高得多。

ASHRAE Standard 推荐热舒适区域指的是80%可接受度的热舒适区域，是基于10%的整体热舒适不满意度（即使用PMV-PPD 模型计算得到PPD=10%）和10%的局部热舒适不满意度确定得到。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[33（]以下简称民规）对供热工况下舒适空调室内设计参数进行了规定，室内温度22～24 ℃，相对湿度大于30%为舒适度较高的环境，舒适度一般的可接受室内温度为18～22 ℃。将调研地区冬季实际热舒适区域、ASHRAE Standard 推荐热舒适区域，以及民规提出的温湿度范围进行对比，如图1 所示。可以看出，ASHRAE Standard 推荐的热舒适区域明显空气温度更高，民规提出的舒适范围以及可接受范围相比ASHRAE 热舒适范围更贴近实际调研结果。农村住宅居民认为舒适的空气温度实际比ASHRAE Standard 推荐值要低得多，说明他们对低温的承受能力更强。随着气候区南移，热舒适空气温度区间也逐渐变宽。

图1 ASHRAE Standard 推荐热舒适区域与调研地区冬季实际热舒适区域

4 结语

不同气候区农村住宅围护结构需依据当地气候特征选择，尽可能更好地保证室内热舒适。不同气候区典型农村建筑，尽管已经因地制宜采取不同的采暖设施取暖，但由于生活习惯以及建筑特点，仍存在温度不适宜的情况。目前已有冬季农村室内热舒适情况的研究，主要集中在实测及已有采暖方式的优势及弊端，而针对各地区现有采暖方式进行改良优化的研究极少。发展新农村，需要积极创新，发现或创造更加适合各个气候区农村住宅建筑的围护结构组合以及采暖方式，以更好地满足农村人民对美好生活“住”的方面的需求。