廣西桂林龍勝地區(qū)干欄式建筑熱舒適度的研究

薛 興，王 冕，吉林波

（桂林電子科技大學(xué)a.建筑與交通工程學(xué)院；b.機(jī)械電子工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

廣西桂林龍勝地區(qū)干欄式建筑熱舒適度的研究

薛 興a，王 冕b，吉林波b

（桂林電子科技大學(xué)a.建筑與交通工程學(xué)院；b.機(jī)械電子工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

隨著對民族特色建筑的研究逐漸增多，對傳統(tǒng)建筑研究的重要目的之一在于驗(yàn)證建筑物空間和形態(tài)與地區(qū)氣候條件之間是否具有良好的適應(yīng)性。通過對廣西桂林地區(qū)少數(shù)民族干欄式建筑和普通居住建筑建筑參數(shù)、氣象數(shù)據(jù)的實(shí)地測量，采用Design-Builder模擬軟件對其建立模型，并進(jìn)行CFD仿真，模擬得到建筑物內(nèi)部的熱環(huán)境以及全年室內(nèi)溫度，最終計(jì)算得出建筑物內(nèi)部全年熱舒適度指標(biāo)。經(jīng)對比仿真結(jié)果得出，干欄式建筑內(nèi)部熱環(huán)境和熱舒適度指標(biāo)明顯優(yōu)于普通居住建筑，干欄式建筑更加符合廣西地區(qū)氣候。

干欄式建筑；熱舒適度指數(shù)；室內(nèi)熱環(huán)境

建筑熱環(huán)境關(guān)系到人體的健康和舒適，與建筑能耗和污染物排放息息相關(guān)［1］。建筑熱環(huán)境研究的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是以人體熱感覺和環(huán)境適應(yīng)性為核心的熱舒適性研究，解決滿足人體熱舒適要求的建筑熱環(huán)境構(gòu)建問題。人們一直在努力改善居住環(huán)境，開發(fā)新技術(shù)等，但在對新材料、新設(shè)計(jì)等創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行不懈追求的同時(shí)［2］，駐足回望歷史，同樣發(fā)現(xiàn)在資源和技術(shù)條件相對有限的條件下，由祖先創(chuàng)造的各地傳統(tǒng)民居，已能運(yùn)用各種樸素的營造手段，應(yīng)對不同地方的地域氣候，建筑宜居環(huán)境［3］。如過內(nèi)的陜北窯洞，傣族竹樓，北京四合院，廣西干欄式建筑等。它們以各種無需耗能的因勢利導(dǎo)的營造方法，體現(xiàn)著對各自地域環(huán)境的尊重以及對地域氣候的良好適應(yīng)［4］。遵從當(dāng)?shù)貧夂蚴墙ㄖ鄻有缘闹饕蛩?，氣候的各?xiàng)因素直接影響建筑布局、功能、形式、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等，特別是在少數(shù)民族建筑上表現(xiàn)得最為明顯。

干欄式建筑廣泛分布于西南部，這與南方地理環(huán)境、氣候條件有關(guān)［5］。干欄式建筑的優(yōu)點(diǎn)是可以減少地面的處理工作，放火燒荒后即可建房，且滿足了居宅防潮抗洪，解決了氣溫高、通風(fēng)等問題［6］。

1 干欄式建筑測量與數(shù)據(jù)計(jì)算

1.1 干欄式建筑實(shí)地測量

干欄式建筑多出現(xiàn)于我國西南地區(qū)，特點(diǎn)鮮明有利于當(dāng)?shù)貧夂?，本文測量地點(diǎn)是廣西區(qū)桂林市龍勝縣下屬各村落（龍勝縣中洞村、下洞村等），當(dāng)?shù)亟ㄖ郎蕉?，朝向多為東南、南，建筑物一層由立柱支撐，大多無圍護(hù)結(jié)構(gòu)。所測房屋各項(xiàng)基本信息如表1所示。

1.2 干欄式建筑窗墻比

干欄式建筑大多南向墻有窗，東西北墻皆無窗，這是因?yàn)槟戏綍r(shí)間長天氣炎熱，減少東西向窗，可減少白天所得熱量降低室內(nèi)溫度，干欄式建筑多移山而建北部靠山因而無窗。窗戶高、長和窗墻比數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 建筑物實(shí)地測量數(shù)據(jù)

表2 建筑物窗戶數(shù)據(jù)與窗墻比

2 選擇與建立建筑物模型

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地測量，所測村落內(nèi)干欄式建筑物和普通居住建筑內(nèi)部格局基本相同，房屋內(nèi)部大致為一客廳、兩臥室，一神臺、一廚房。經(jīng)過綜合分析房間A具有典型干欄式建筑特性，故選取房屋A作為模擬對象，與同一地區(qū)居民建筑E進(jìn)行對比。本文選用Design-Builder軟件作為仿真工具，其具有3D建模、溫度模擬和CFD模擬等功能［7］滿足本文研究需要，因此本文使用其對房屋A和E分別建模，建立模型命名為模型A和模型E，建立模型如圖1和圖2所示。

圖1 干欄式建筑模型圖

圖2 居住建筑模型圖

3 模型內(nèi)部熱環(huán)境CFD仿真

熱環(huán)境是指由太陽輻射、氣溫、周圍體表面溫度、相對濕度與氣流速度等物理因素組成的作用于人，影響人的冷熱感和健康的環(huán)境。人的生活和工作大部分時(shí)間都在室內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境與人體關(guān)系密切。室內(nèi)環(huán)境的熱特性是室外氣候與內(nèi)部熱源通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱交換與熱平衡的結(jié)果。本文使用Design-Builder軟件對廣西龍勝地區(qū)干欄式建筑模型A和E建模，并計(jì)算建筑物內(nèi)的熱環(huán)境。龍勝地區(qū)當(dāng)日氣象參數(shù)為：測量日期為2013.6. 30；測量時(shí)間為15：10－16： 10；天氣為多云；風(fēng)速為1.5 m／s；風(fēng)溫為30.6℃；建筑內(nèi)外表面溫度分別為34.6℃和31.2℃，空氣濕度74%，室內(nèi)平均溫度為29.6℃等。龍勝地區(qū)干欄式圍護(hù)結(jié)構(gòu)所使用建筑材料為杉木，由《傳熱和傳質(zhì)基本原理》［8］中查得杉木屬于軟木，熱物性參數(shù)如下：密度為510 kg／m3；熱導(dǎo)率為0.12 W／m·K；比熱容1 380 J／（kg·K）。Design-Builder中的CFD模塊對模型A和E進(jìn)行模擬，得出模型當(dāng)日內(nèi)部熱環(huán)境如圖3和圖4所示。

圖3 模型A內(nèi)部氣溫分布圖

圖4 模型E內(nèi)部氣溫分布圖

由仿真結(jié)果可得出，干欄式建筑模型A的一層平均溫度約為28～29℃，二層內(nèi)部溫度平均越為30℃低于E模型內(nèi)部平均溫度1～2℃，模型結(jié)果顯示模型A的內(nèi)部熱環(huán)境優(yōu)于E模型，仿真結(jié)果與現(xiàn)場測量結(jié)果一致。

4 建筑物內(nèi)部熱舒適度分析

人對熱環(huán)境表示滿意的意識狀態(tài)即為環(huán)境的熱舒適性［9］。研究表明，舒適度指數(shù)值為59～70時(shí)［10］，為舒適，隨著舒適度指數(shù)值的升高，人體感覺逐漸變熱；當(dāng)舒適度指數(shù)降低，人體感覺變冷。通過輸入桂林地區(qū)全年氣象參數(shù)［11］Design-Builder軟件可模擬仿真得出全年風(fēng)速、濕度、氣溫等，全年氣溫如圖5所示。

圖5 模型A、E全年氣溫圖

由圖可知干欄式建筑模型A的室內(nèi)溫度夏季低于普通建筑模型E室內(nèi)溫度1～2℃，冬季高于模型E室內(nèi)溫度約1℃，因此干欄式建筑室內(nèi)的熱環(huán)境比普通居住建筑更優(yōu)。

因模型A、E測量地點(diǎn)距離不遠(yuǎn)，空氣濕度、風(fēng)速等條件基本相同，故假設(shè)兩模型相對濕度和平均風(fēng)速相同，輸入全年平均濕度和全年平均風(fēng)速，將各月溫度值代入人體舒適度計(jì)算公式［12］：

式中：ssd為人體舒適度指數(shù)；t為氣溫；f為相對濕度；v為風(fēng)速。

由各月溫度計(jì)算得出模型A和E的舒適度指數(shù)值如圖6所示。由圖6可得，夏季、冬季干欄式建筑模型A內(nèi)部人體舒適度指數(shù)比普通居民建筑模型E更趨近于59～70，因此干欄式建筑夏季與冬季比普通居民建筑更加舒適宜居。

圖6 模型A、E人體舒適度指標(biāo)圖

5 結(jié) 論

1）模擬結(jié)果與現(xiàn)場測量結(jié)果進(jìn)行比對得出，干欄式建筑冬暖夏涼相對于普通建筑物熱舒適性更佳，更符合廣西地區(qū)氣候。

通過對干欄式建筑模型的研究得出干欄式建筑一層由立柱支撐且無圍護(hù)結(jié)構(gòu)，增加了自然通風(fēng)量，并減小室內(nèi)空氣濕度，大大改善了建筑物二層內(nèi)部熱環(huán)境。

［1］張吉禮，馬良棟，趙天怡.建筑環(huán)境熱舒適性研究：進(jìn)展與趨勢分析［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2011，30（1）

［2］Correa Charles-M.Form follows climate ［J］.Architectural Record，1980（7）.

［3］趙群.傳統(tǒng)民居生態(tài)建筑經(jīng)驗(yàn)及其模式語言研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2005.

［4］李仕國，王燁.中國建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能措施概述［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（2）：6-9.

［5］邱紅.西部（新疆、西藏、云南）少數(shù)民族的民居建筑文化與開發(fā)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2002.

［6］曾志輝.廣府傳統(tǒng)民居通風(fēng)方法及其現(xiàn)代建筑應(yīng)用［D］.華南理工大學(xué)，2010.

［7］Molenaar K，Gransberg D.Design-builder selection for small highway projects［J］.Journal of Management in Engineering，，2001，17（4）：214-223.

［8］英克魯佩勒，等.傳熱和傳質(zhì)基本原理［M］.6版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：568.

［9］ASHRAE.Thermal Environment Conditions for Human Occupancy （ASHRAE Standard 55-1992） ［S］. Atlanta：ASHRAE，1992.

［10］李俊鴿，楊柳，劉加平.夏熱冬冷地區(qū)人體熱舒適氣候適應(yīng)模型研究［J］.暖通空調(diào)，2008，38（7）：20-24.

［11］中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系.中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集［M］.1版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［12］肖晶.基于人體舒適度指數(shù)負(fù)荷特性分析方法的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2005.

（編輯 王秀玲）

Research on Comfort Index of Gan-Lan Dwellings in LongSheng Area of Guangxi Province，Guilin City

Xue Xinga，Wang Mianb，Ji Linbob

（a.Architecture and Traffic Engineering College；b.Electromechanical Engineering College，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，Guangxi，P.R.China）

The research on architectures with ethnic characteristics increase both domestic and abroad，and one of the important objectives of which is to find whether there is good adaptability between the space and forms of architecture and area climatic conditions，In this paper，through the field measurement of parameters and meteorological data of stilt style architecture of the minorities in Guilin of Guangxi province and ordinary residential building，and using Design-Builder simulation software to model，conducting the CFD simulation，thermal environment inside the building and indoor temperatures of the whole year were obtained，then we calculated that thermal comfort index inside the building for the full year.Comparing the simulation results，we concluded that thermal environment inside the building and thermal comfort index of stilt style architecture significantly outperformed the ordinary ones.Stilt style architectures are more suitable to the climates in Guangxi province.At present，the research of stilt style architecture is still at an early age，and this paper can provide basis for the research on the energy saving technology of stilt style architecture.

Gan-lan dwellings；comfort index；indoor thermal environment

TU83

A

1674-4764（2013）S2-0140-03

10.11835／j.issn.1674-4764.2013.S2.036

2013-09-30

薛興（1965-），男，副教授，高級工程師，主要從事熱能工程研究，（E-mail）xuexing＠guet.edu.cn。